Масла для вакуумных насосов

Масла для вакуумных насосов.
Вакуумная техника - это совокупность методов и аппаратуры для получения,
поддержания и контроля вакуума. Вакуумный насос имеет простую конструкцию и
небольшой вес. Он безопасен в эксплуатации: мала вероятность утечки газа или
жидкости, вредной для здоровья человека.
Рассмотрим виды вакуумных насосов
материалами, необходимыми для их работы.
и
определимся
с
Пластинчато-роторные насосы с масляным уплотнением - состоят из цилиндрического корпуса,
внутри которого эксцентрично вращается ротор, в котором имеются пазы, и в них возвратнопоступательно движутся пластины.
Пластины под действием центробежной силы при вращении ротора прижимаются к стенкам
цилиндрической камеры и делят пространство на отдельные рабочие ячейки, уплотняясь при этом
масляной плёнкой.
Когда объём рабочих ячеек увеличивается, они соединяются с всасывающим патрубком, и
происходит всасывание. Затем рабочие ячейки отсоединяются от всасывающего патрубка, объём их
уменьшается, и в них происходит сжатие откачиваемого газа. На следующем этапе ячейки
соединяются с нагнетательным патрубком, и благодаря уменьшению объёма рабочих ячеек газ из
них выбрасывается в нагнетательный патрубок.
Для уменьшения влияния на производительность пластинчато-роторного вакуумного насоса переноса
газа со стороны нагнетания на сторону всасывания в защемлённом объёме, в нижней части
цилиндрического корпуса и торцевых крышках выполнен ряд отверстий. Через эти отверстия сжатый
газ из защемлённого объёма по кольцевым каналам перепускается в рабочую ячейку, в которой
начался процесс сжатия.
В полость сжатия для смазки трущихся деталей и уплотнения зазоров подаётся масло через
трубопроводы. Для уплотнения торцевых зазоров применяются уплотнительные кольца, которые
прижимаются к торцовым крышкам пружиной. Уплотнение вала осуществляется торцовым сальником.
Пластинчато-роторные безмасляные (сухие) насосы имеют тот же принцип работы, что и
пластинчато-роторные маслоуплотняемые насосы, за исключением того, что они работают без
применения смазок.
Такие насосы чаще всего используют там, где достаточно неглубокого вакуума (100-200 мбар),
наиболее экологичны в применении.
Жидкостно-кольцевые (водокольцевые) насосы отличаются тем, что сжатие газа в них
осуществляется жидкостным кольцом, которое приводится в движение лопаточным рабочим колесом,
эксцентрично расположенным в корпусе.
Перед пуском насос до оси заполняется жидкостью и при вращении рабочего колеса жидкость
лопатками отбрасывается к корпусу. Таким образом, между ступицей рабочего колеса и жидкостным
кольцом образуется серпообразное пространство, разделённое лопаткам рабочего колеса на
рабочие ячейки, объём которых изменяется в зависимости от угла поворота рабочего колеса. Когда
объём рабочих ячеек увеличивается, они соединяются с всасывающим окном и через него
заполняются откачиваемым газом. Когда этот объем станет максимальным, она отсоединяется от
окна всасывания. При дальнейшем повороте рабочего колеса объём рабочей ячейки уменьшается, и
в ней происходит сжатие газа. На следующем этапе рабочая ячейка соединяется с нагнетательным
окном, и газ благодаря уменьшению объёма рабочей ячейки выталкивается через нагнетательное
окно в нагнетательный патрубок.
Вал электродвигателя, посредством которого осуществляется привод, соединяется с валом насоса
через упругую муфту. Так как газ сжимается жидкостью, в насосе осуществляется хороший
теплообмен между сжимаемым газом и жидкостью, и большая часть тепла сжатия отводится от газа.
Чтобы поддерживать температуру жидкостного кольца стабильной, постоянно вводятся новые порции
холодной жидкости. Излишнее количество жидкости отводится из жидкостного кольца через
нагнетательное окно и нагнетательный трубопровод в отделитель жидкости.
Двухроторные насосы состоят из корпуса, в котором вращаются два одинаковых по профилю
ротора, двух торцовых крышек, подшипников, синхронизирующей передачи и сальников. Откачка и
сжатие газа происходят вследствие заполнения газом образуемой в вакуумном насосе рабочей
камеры, которая переносится без сжатия из полости всасывания в полость нагнетания. После
сообщения рабочей камеры с нагнетанием давление в ней возрастает за счёт газа, перетекающего из
нагнетательного окна.
Достоинства: большая производительность, отсутствие масла в сжимаемом газе, полная
уравновешенность, быстроходность, равномерность откачки газа, надёжность и долговечность.
Недостатки: насосов данного типа относятся: небольшая степень повышения давления,
несовершенство процесса сжатия, более высокая температура газа на нагнетании и высокий уровень
шума.
Мембранные насосы - безмасляная откачка газа осуществляется вследствие изменения объёма,
описываемого мембраной. Прогиб мембраны ограничивается краевыми креплениями и ходом
толкателя. В небольших мембранных насосах (микронасосах) привод мембраны может
осуществляться через шток от кривошипно-шатунного механизма, а в крупных - гидравлическим
способом от специального поршневого насоса. Газораспределение - клапанное.
Объёмная производительность насоса возрастает с увеличением прогиба мембраны, но снижается
долговечность работы. Кроме того, к недостаткам мембранных вакуумных насосов можно отнести
тихоходность и большую металлоёмкость.
Спиральные насосы предусмотрены для безмасляного получение вакуума в производстве и
лабораториях. Использоватся как отдельно, так и в комбинации с другими насосами.
Специальное химостойкое покрытие обеспечивает беспрепятственное использование для перекачки
химически активных газов.
Насосы обладают газобалластным устройством, которое позволяет перекачку паров до
определённого давления всасывания. Если всё же внутри насоса образуется конденсат, эта
проблема решается с помощью вертикального монтажа насоса - они специально спроектированы для
применения в областях, где образуется конденсат.
Микронасосы имеют принцип действия обыкновенного насоса, при невысокой производительности и
малых габаритов. Все они работают без применения смазок и находят себе очень широкое
применения.
Винтовые насосы работают на безмасляной основе с регулируемым приводом благодаря
частотному преобразователю. Встроенное регулирование числа оборотов двигателя обеспечивает
его энергоэкономичное использование в зависимости от потребностей. Всасываемый воздух при этом
всегда остаётся уравновешенным (нет пульсаций).
Турбомолекулярные насосы работают на принципе сообщения молекулам откачиваемого газа
дополнительной скорости в направлении их движения вращающимся ротором. Ротор состоит из
системы дисков.
Применяются два вида расположения вала: горизонтальное и вертикальное.
Достоинство насосов с вертикальным валом - предельная компактность и лёгкость, благодаря
естественному расположению первой решётки (роторного диска) непосредственно у разъёма
входного фланца, а двигателя - внутри полого ротора. Но насос с горизонтальным валом лучше
приспособлен к ремонту, поскольку подверженные износу подшипники в нём легко доступны и могут
быть легко заменены без разборки насоса.
Ротор - самый сложный, точный и дорогой узел. Он нуждается в тщательной динамической
балансировке. Точность балансировки зависит от массы ротора и обратно пропорциональна квадрату
рабочей частоты его вращения. Недостаточная балансировка ротора приводит к опасным для работы
вакуумных приборов вибрациям, нагрузкам на подшипники и досрочному выходу насоса из строя.
Опорные устройства - не менее важные узлы. Требование продолжительной работы при высоких
частотах вращения с учётом размещения подшипников в вакууме выполнимо только при применении
подшипников самой высокой точности и быстроходности. Однако сложно подобрать радиальноупорные подшипники - одной точности и лёгкости подшипников недостаточно. Необходим подбор
характеристик упругости обойм, в которые устанавливаются подшипники, в связи с наличием
неидеальной жёсткости деталей, собственной частоты колебаний вала и лопаток, отсутствии
симметрии электромагнитного поля двигателя, зазоров и износа в подшипниках. Применяются
обоймы в виде тонкостенных разрезных пружинных втулок.
Паромасляные диффузионные насосы работают на диффузии молекул откачиваемого газа в
струю пара рабочего вещества (ртуть, масло).
При использовании всех
необходимо
применять
без исключения видов насосов
вспомогательные
продукты,
разработанные специально для высокого вакуума, быстрого
накачивания большого объема газов и паров в производственных
процессах.
До недавнего времени в высоковакуумных
бустерных и диффузионных насосах
широко применялись минеральные масла
типа ВМ-1С, ВМ-3, ВМ-5С. На
сегодняшний день они потребители не
полностью удовлетворены их
характеристикам, поскольку
производимые ранее на территории России
рабочие жидкости для высоковакуумных
насосов типа ВМ-7, ПЭС-В-1, ПЭС-2В-2,
ПФМС-2/5 л, ФМ-1, 5Ф4Э удовлетворяли
потребительские требования на 100%-ов.
На настоящий момент в РФ данные виды
жидкостей не изготавливаются, либо
выпускаются в ограниченном количестве.
Существуют предприятия, которые являются дилерами изготовителей и поставщиками различных
видов вакуумных насосов ряду крупных потребителей в России. Они, соответственно, нуждаются в
вышеуказанных минеральных маслах или рабочих жидкостях.
Компания Dow Corning вывела на рынок продукты, максимально подходящие для использования в
вакуумных насосах:
Dow Corning 702 Diffusion pump fluid – специально разработанная жидкость,
главным свойством которой является быстрое накачивание больших объемов газов
и паров. Благодаря этому производится вакуум от 10-5 до 10-7 торр., даже при
использовании в вакуум-эжекторном насосе достигается вакуум от 10-4 до 10-5 мм
рт.ст.
Dow Corning 704 Diffusion pump fluid – однокомпонентная жидкость для
высокого вакуума 10-6 – 10-8 (неуловленный) и 10-10 – 10-11 мм рт.ст.
(уловленный). Создана для работы в трудных условиях, обеспечивает
быструю откачку даже после внешнего воздействия воздуха и температуры.
Dow Corning 705 Diffusion pump fluid – бесцветная или светло-соломенная
однокомпонентная жидкость, предназначенная для создания ультравысокого
вакуума 10-9-10-10 торр. (неуловленный) и 10-11 торр. (уловленный). Имеет очень
низкое давление паров и обратно-потоковый коэффициент, что позволяет не
использовать ловушки или охлаждение для создания ультравысокого и
ультрачистого вакуума.
Преимущества Dow Corning Diffusion pump fluids:


Сокращение производственного цикла.
Однокомпонентная силиконовая жидкость достигает максимального потенциала немного
быстрее, чем это требуется для многокомпонентных органических жидкостей.
Быстрое накачивание.
Диффузионные насосы, использующие силиконовые жидкости могут создавать на 20-300 %
более высокий начальный вакуум, чем применяемые органические жидкости. Для более
высокой газо-пропускной способности при высоком конечном давлении операционного
интервала насоса, подвод тепла может быть увеличен на 20-30 %.




Минимизированный обратный поток.
Давление паров однокомпонентной силиконовой жидкости Dow Corning® настолько низкое,
что использование улавливателей или охлаждение существующих улавливателей перестает
быть необходимым для многих применений.
Длительный срок эксплуатации.
Термическая и химическая стабильность силиконовых жидкостей позволяет им работать
очень длительный период без ухудшения показателей или загрязнений.
Системы очистки (фильтры), низкие затраты на обслуживание.
Низкое давление паров силиконовых жидкостей при температуре отвода дает в результате
снижение потерь жидкости. Внутренние поверхности насосов остаются чистыми,
силиконовые жидкости не разлагаются и создают фактически безаварийные условия
работы.
Быстрая циркуляция, уменьшение времени простоя оборудования.
Коэффициент восстановления силиконовых жидкостей после воздействия воздуха и рабочих
температур во много раз быстрее, чем у органических жидкостей. Время экономится между
циклами из-за выдающейся резистентности силиконовых жидкостей Dow Corning к окислению
и гидролизу, что позволяет производить вакуум без охлаждения насоса.
Области применения Dow Corning Diffusion pump fluids очень
широки и не ограничиваются использованием только при
производстве и эксплуатации различных видов насосов:
Авиакосмическая промышленность - камера моделирования условий
космоса.
Электроника - телевизионные кинескопы и катодно-лучевые трубки;
микроволновые приборы; осаждение паровой фазы тонких пленок
напылением или испарением в приборах и микросхемах.
Металлургия - электронно-лучевые операции, высоковакуумные печи,
плавильная дегазация и спекание огнеупорных металлов, осаждение
толстых пленок.
Конденсационные покрытия - алюминированные телевизионные трубки;
оптические покрытия, декоративные покрытия для сувениров и автомобильных частей; покрытия для
архитектурного стекла, пластиковых и металлических листов; металлизированные и гибкие упаковки.
Атомная энергетика - технологии металлов и топлива, катализаторы.
Исследования - ультравысокий и ультрачистый вакуум для тонких пленок, поверхностного
излучения, изучение смазывания и металлической усталости; термоядерная, плазменная физика.