Масляный насос роторного типа: Масляный насос – назначение, типы, устройство, принцип работы

Масляный насос роторного типа

Это устройство, которое необходимо для того, чтобы создавать в системе смазки ДВС оптимальное давление для постоянной циркуляции масла. В действие маслонасос (рекомендую маслонасосы conrad.ru/catalog/toplivnye_i_maslyanye_nasosy/) приводится коленвалом или распредвалом через вал привода.

📎Виды масляных насосов двигателя

Масляные насосы не одинаковы в разных автомобильных двигателях. Так, они могут быть регулируемыми или нерегулируемыми. Первые можно корректировать, изменяя их производительность для обеспечения оптимального давления в системе. Устройства второго типа этой возможности лишены, там для обеспечения стабильности давления используются редукционные клапаны.

Конструктивно насосы для перекачки масла подразделяются на роторные и шестеренные. В роторных устройствах масло перекачивается лопастями роторов, а в устройствах второго – передается шестеренками.

Шестеренный маслонасос может иметь:

Внешнее зацепление с размещенными рядом шестернями;
Внутреннее зацепление, в этой схеме шестеренки размещаются одна внутри другой.
Имея приблизительно равные рабочие характеристики, устройства отличаются размерами, поскольку системы с внутренним зацеплением имеют меньшие габариты.

Конструктивные особенности масляных насосов с шестернями

Такие насосы отличаются простотой. Они состоят из небольшого количества деталей, среди которых:

1) ведомая и ведущая шестерни;
2) привод;
3) всасывающий и нагнетательный каналы.

В корпусе устройства смонтированы шестерни, передающие масло с всасывающего на нагнетательный канал, откуда оно распространяется по системе. Производительность такого оборудования полностью зависит от частоты работы коленвала. Если давление становится чрезмерным, для его уменьшения необходимо сбросить в картер из системы немного масла. Осуществляется эта операция автоматически с применением редукционного клапана, реагирующего на повышение давления. Следует отметить, что вручную такой масляный насос двигателя регулировать невозможно.

📎Конструктивные особенности масляных насосов роторного типа

Как правило, масляный насос роторного типа состоит из небольшого количества деталей, среди которых:

1) всасывающая и нагнетательная полости;
2) внешний и внутренний роторы;
3) вал привода.

Работа масляного насоса с роторами строится на взаимодействии двух роторов. В нерегулируемых конструкциях масло, которое засасывается внутрь, передается в систему роторными лопастями. Если давление становится избыточным, открывается редукционный клапан и лишнее масло сбрасывается.

Регулируемыми их делает наличие подвижного статора. У него есть специальная регулировочная пружинка, подкручивая или скручивая которую можно изменять объем камеры с роторами, за счет чего изменяется и общее давление в системе. Благодаря статору удается добиться стабильного давления в смазочной системе независимо от того, с какой интенсивностью вращается коленвал.

Устройство масляного насоса с возможностью регулировки также сложностью не отличается, но позволяет добиться гораздо большей эффективности работы смазочной системы.
Достоинства регулируемых масляных насосов
Сегодня регулируемые масляные насосы считаются гораздо более приемлемыми, чем нерегулируемые, ведь отличаются рядом весомых преимуществ, среди которых:

— примерно на треть меньшая отбираемая у двигателя мощность;
— меньший износ масла за счет снижения частоты и числа оборотов;
— масло меньше вспенивается.

То есть, регулируемый масляный насос позволяет обеспечить более ровную циркуляцию масла и больший промежуток между его заменами, что и делает его более предпочтительным оборудованием.

📎Признаки неисправности масляного насоса

Как и любая другая система с подвижными частями, масляной насос может выйти из строя.

О неисправностях в масляной системе будет сигнализировать лампа масла давления.

Причинами этого могут стать различные факторы, среди которых:

— снижение уровня масла в картере;
— поломка приборов, контролирующих давление;
— применение некачественного или неприспособленного для данного насоса масла;
— засорение масляного фильтра;
— поломка предохранительного или смазочного клапана;
— засорение самого масляного насоса и прочие проблемы.

Признаками проблем со смазочной системой становятся:
1) снижение давления масла;
2) увеличение его расхода.
Об этом обязательно просигнализирует контрольная лампа на приборной панели.

Следует отметить, что при снижении давления масла необходимо сразу прекратить использование автомобиля и заняться выяснением причин проблемы.
Виды неисправностей масляного насоса

Чаще всего маслонасос нуждается в ремонте по причине износа внутренних деталей или потери герметичности клапана.

Различные причины могут привести к разным видам поломок, среди которых:

— повреждение прокладки в насосе;
— засорение фильтра;
— плохая фиксация фильтра;
— усиленный износ роторов или шестерней;
— поломка редукционного клапана

В принципе, при нормальной эксплуатации масляные насосы служат достаточно долго, так как работают в условно дружелюбной среде.

Нарушение правил эксплуатации двигателя, неквалифицированное сервисное вмешательство или достижение предельного износа деталей может привести к поломке даже этого выносливого узла.
Нормально ухаживая за двигателем, можно с высокой долей вероятности избежать неприятностей с его системой смазки.

Каждая силовая установка автомобиля состоит из механизмов и системы, выполняющие определенные функции. И, пожалуй, одной из самых важных является система смазки. Она обеспечивает подачу смазочного материала между сопряженными элементами узлов и механизмов, снижая трение между ними, отводя тепло и продукты износа.

Практически на всех авто используется комбинированная смазка, обеспечивающая смазывание поверхностей под давлением, а также путем разбрызгивания. То есть, к одним сопряженным элементам смазочный материал поступает принудительно, а другие смазываются во время самотечного прохода масла по поверхностям.

При всей своей важности данная система состоит из небольшого количества элементов – поддона, к котором располагается смазочный материал, маслозаборника, насоса, фильтра, каналов для подачи масла к трущимся поверхностям.

Типы, особенности конструкции масляного насоса

1. ведущая шестерня 2. корпус насоса 3. всасывающий канал 4. ведомая шестерня 5. ось 6. нагнетательный канал 7. разделительный сектор 8. ведомый ротор 9. ведущий ротор

Самым важным элементом в данной системе является масляный насос. Этот узел обеспечивает нагнетание масла в каналы, которое дальше поступает к узлам и механизмам. Поскольку часть составных элементов мотора смазываются принудительно, то смазочный материал должен подаваться под давлением. К тому же ряд элементов, нуждающихся в смазке путем разбрызгивания, расположены достаточно высокого относительно самого насоса (пример – распредвал, установленный в головке блока цилиндров), и масло еще нужно подать к нему по каналам, что невозможно без создания давления, которое обеспечивает движение смазки к высоко расположенным элементам.

На автомобилях используется несколько типов масляных насосов:

При этом каждый из типов включает несколько видов, отличающихся между собой конструкцией. Так шестеренчатые насосы бывают с внешним и внутренним зацеплением.

Видео: Система смазки двигателя

Шестеренчатый насос с внешним зацеплением

1. ведомая шестерня 2. всасывающий канал 3. ведущая шестерня 4. приводной вал 5. нагнетательный канал 6. ось ведомой шестерни

Насос с внешним зацеплением состоит из двух шестерен, установленных в корпусе. Взаимодействуют они между собой благодаря зацеплению зубьев, расположенных на внешней стороне. Одна из шестерен является ведущей и приводиться в движение она может от коленчатого или распределительного валов. Вторая шестерня является ведомой и вращается она за счет зацепления.

В корпусе имеются два канала – подающий и отводящий. Подающий соединен с маслозаборником второй конец которого опущен в поддон с маслом. Отводящий же канал соединен с магистралями, которые подают смазочный материал к трущимся поверхностям.

Работает такой насос по простому принципу: масло из подающего канала поступает в зону зацепления шестерен, захватывается зубьями и нагнетается в отводящий канал. Таким образом обеспечивается давление в системе.

Шестеренчатый насос внутреннего зацепления

Шестеренчатый насос с внутренним зацеплением имеет несколько иную конструкцию. В корпус насоса помещено тоже две шестерни, но одна находится внутри второй. Внутренняя шестерня является ведущей и зубья у нее расположены с внешней стороны. Ведомая же шестерня – внешняя и зубчатый сектор у нее сделан с внутренней стороны. Причем оси этих шестерен не совпадают, поэтому с одной стороны между ними образуется полость в виде серпа, в которую помещен серповидный разделительный сектор. Причем начало этой полости располагается возле подающего канала, а конец – у выпускного.

Работает этот насос так: при вращении масло из подающего канала благодаря образующемуся зазору в начале образования полости между шестернями попадает между зубьями ведомого элемента. Поскольку она получает вращение от ведущей шестеренки, масло перемещается в сторону выпускного канала внутри полости, а разделительный сектор отсекает лишнюю смазку и предотвращает перетекание его между зубьями.

За разделительным сектором объем полости уменьшается, поскольку она заканчивается и появляется зона начала зацепления шестерен. В этой зоне масло сжимается зубьями, но в этот момент масло проходит место расположения выпускного канала в которое оно уже под давлением выходит.

Ещё кое-что полезное для Вас:

Видео: Масляный насос vw, audi, skoda, seat — замеры износа, снятие, разборка и редукционный клапан

Особенности данного типа насосов

Шестеренчатый насос с внешним зацеплением на автомобилях сейчас практически не применяется, поскольку второй тип – с внутренним зацеплением, при той же производительности имеет значительно меньшие размеры, но конструктивно он сложнее.

Особенностью этих насосов является то, что они является нерегулируемыми. То есть, давление смазочного материала напрямую зависит от скорости вращения приводного вала. К примеру, на холостом ходу давление масла меньше, чем на средних и высоких оборотах, поскольку коленчатый или распределительный валы, от которых осуществляется привод, имеют небольшие обороты.

Вместе с тем, контроль за давлением масла все же осуществляется, поскольку его избыток может привести к выдавливанию сальников и уплотнителей. Регулировка выполняется благодаря установленному перепускному клапану в корпусе насоса. Представляет он собой подпружиненный поршень, установленный в канал, соединяющий выходную магистраль с поддоном. Работает он достаточно просто – при превышении давления свыше определенного значения, масло преодолевает усилие пружины и толкает поршень, из-за чего его канал открывается и начинает стекать в поддон. Как только давление упадет, пружина возвращает поршень на место.

Роторный тип масляного насоса

1. всасывающая полость 2. масло 3. внешний ротор 4. нагнетательная полость 5. приводной вал 6. внутренний ротор

Роторный масляный насос по принципу работы схож с шестеренчатым внутреннего зацепления. Но у него рабочими элементами являются не шестерни, а два ротора с лопастями. У него тоже имеется полость нагнетания, которая перекачивает масло, но отсутствует разделительный сектор за ненадобностью. В отличие от зубьев лопасти захватывают больше масла, что позволяет его закачивать в систему в требуемом количестве. На автотранспорте применяются как нерегулируемые, так и регулируемые роторные насосы.

Их достоинством помимо компактных размеров, является уменьшенный отбор мощности от двигателя.

Нерегулируемый вариант работает по тому же принципу что шестеренчатые, то есть для поддержания давления в заданном диапазоне используется перепускной клапан.

Регулируемый же тип насоса обеспечивает поддержание определенного значения давления на любых режимах работы двигателя. Достигнуто это благодаря использованию дополнительного компонента в конструкции – подпружиненного подвижного статора. В результате этого роторы помещены в него, а сам статор – в корпус насоса.

Регулируемый тип масляного насоса роторного типа
1. нагнетательная полость 2. внешний ротор 3. внутренний ротор 4. регулировочная пружина 5. всасывающая полость 6. приводной вал 7. подвижный статор А — Сторона нагнетания Б — Сторона всасывания

Его задача – изменение объема нагнетательной полости, имеющейся между роторами. А работает все так: на малых оборотах, когда давление недостаточно, пружина смещает статор, увеличивая объем, что приводит к перекачке большего количества масла, из-за чего давление возрастает.

При высоких же оборотах, когда давление повышается, масло начинает преодолевать усилие пружины и из-за чего статор отходит и пространство уменьшается, от этого снижается количество закачиваемого масла. Таким образом, за счет перемещения ротора и уменьшения-увеличения нагнетательной полости удается поддерживать давление в строго определенном значении.

Видео: Неисправности масляного насоса Volswagen-B3

Основные неисправности

Конструкция масляного насоса, к какому типу бы он не относился, сравнительно простая, что обеспечивает ему надежность и длительный ресурс. И все же неисправности у него бывают, точнее она одна – снижение производительности, что приводит к падению давления в системе. А это уже может привести к более серьезным поломкам, поскольку узлы, которые недостаточно смазываются, начинают интенсивно изнашиваться из-за масляного «голодания». Произойти же это может по разным причинам.

1. Первая из таких не относится к насосу, но приводит к негативным последствиям в его работе – закупорка сетки маслоприемника продуктами износа и грязью. В результате этого масло в недостаточных количествах поступает к насосу. Устранить такую неисправность несложно – достаточно снять поддон и маслоприемник, после чего тщательно очистить и промыть сетку.
2. Проблема с падением давления может произойти из-за износа составных частей насоса или длительной его работы с маслом, в котором имелось большое количество загрязняющих элементов. Результатом этого является образование и увеличение зазоров между деталями насоса. Из-за этого через эти зазоры смазочный материал просто перетекает внутри нагнетающей полости и шестерни или роторы не способны его захватить, чтобы выполнить нагнетание в магистраль. В большинстве случаев работоспособность системы смазки восстанавливается путем замены изношенных элементов или узла в целом.
3. Проблемы может создать и перепускной клапан. Из-за грязи он может заклинить в открытом положении, и масло будет постоянно перетекать в поддон. Устраняется такая неисправность разборкой и промывкой насоса и его каналов.

В целом же, чтобы насос проработал долго и не доставлял проблем достаточно всего лишь своевременно менять смазочный материал и фильтрующий элемент, чтобы поддерживать чистоту в системе смазки.

В современных автомобилях смазка основных узлов двигателя осуществляется преимущественно под давлением. Для создания последнего на требуемом уровне в конструкции системы предусмотрен масляный насос. Он выполняет цикличную подачу масла, обеспечивая непрерывность процесса. От точности работы маслонасоса зависит долговечность деталей двигателя, расход топлива (механические потери энергии) и уровень вредных выбросов.

Виды и устройство насосов

Основной принцип работы всех масляных насосов двигателей схож: всасывание моторного масла из поддона картера (масляного бака) и нагнетание в магистрали системы смазки. Конструктивно это могут быть шестеренчатые, роторные и пластинчатые насосы с возможностью принудительной регулировки уровня давления или без таковой. Отличается и способ приведения их в действие.

Шестеренчатые насосы

Этот тип механизмов относится к нерегулируемым. Привод такого масляного насоса осуществляется от коленчатого вала двигателя. На практике это означает, что уровень давления напрямую зависит от оборотов мотора. Чтобы при этом давление масла в нагнетательной магистрали системы смазки было постоянным и не превышало критических значений, такие масляные насосы всегда дополняются редукционным клапаном.

Шестеренчатый масляный насос с внешним зацеплением

Конструктивно шестеренчатый насос состоит из следующих элементов:

• Ведущая шестерня, соединенная с коленвалом.
• Ведомая шестерня, приводимая в движение ведущей шестерней.
• Герметичный корпус с нагнетательным и всасывающим каналами.
• Редукционный клапан масляного насоса — он представляет собой плунжер с пружиной, который при повышении давления отжимается, открывая канал сброса масла.
• Уплотнители (сальники).

Шестеренчатые насосы могут быть:

• С внешним зацеплением — шестерни располагаются рядом и имеют внешние зубья. Недостатком данного типа является сложность достижения высокого уровня сжатия, поскольку это провоцирует рост удельных давлений в зоне зацепления зубьев. И хотя благодаря применению специального разгрузочного паза проблему можно решить, насосы с подобным пазом неэффективны для широкого спектра частот вращения и на малых оборотах производительность будет очень мала.
• С внутренним зацеплением — ведущая шестерня имеет внешние зубья и расположена внутри ведомой, зубья которой направлены внутрь. Шестерни не имеют общей оси и образуют полукруглый зазор (полость). Такой маслонасос имеет более компактные размеры.

Принцип работы шестеренчатого насоса очень прост: смазка поступает внутрь через всасывающий канал, где сжимается шестернями и выталкивается под давлением в нагнетательный канал. Маслонасосы с внутренним зацеплением также могут оснащаться разделительным серпом (серповидной перегородкой). Он устанавливается между зубьями роторов в зоне из максимального удаления друг от друга. Благодаря этому происходит уплотнение полостей нагнетания и обеспечивается более высокое рабочее давление.

Масляные насосы автомобильных двигателей всегда приводятся в движение от мотора. Передача при этом может осуществляться посредством зубчатого зацепления, приводных цепей или ремней.

Роторные насосы для перекачки моторного масла

Маслонасосы роторного типа сходны с шестеренчатыми внутреннего зацепления. Однако вместо шестерней сжатие масла осуществляется при помощи неподвижного статора (большего диаметра) и подвижного ротора (расположенного внутри статора). Такие насосы могут быть нерегулируемыми (с редукционным клапаном) и регулируемые.

Роторный маслонасос ДВС

Нерегулируемые роторные масляные насосы имеют привод от коленвала и создают уровень давления пропорционально его вращению. Избыточное давление так же как и в шестеренчатых масляных насосах сбрасывается редукционным клапаном.

Отличием регулируемых роторных насосов является наличие подвижного статора и специальной регулировочной пружины. Сам процесс регулировки основан на принципе изменения объема рабочей полости (зазор между роторами), что осуществляется поворотом статора. Так, если частота вращения коленчатого вала повышается, двигатель потребляет больше масла, что приводит к снижению давления.

Пружина реагирует на это и перемещает статор, изменяя позицию ведомого ротора и изменяя рабочую полость насоса. Увеличивается производительность маслонасоса. Регулируемый маслонасос позволяет поддерживать стабильный уровень давления независимо от режима работы двигателя.

Пластинчатые или шиберные маслонасосы

Для некоторых типов двигателей может быть использован пластинчатый или шиберный масляный насос. Такая конструкция позволяет регулировать производительность исходя из оборотов двигателя.

Состоит шиберный насос из корпуса, внутри которого находятся ротор и статор. Их оси смещены, благодаря чему в нижней части образуется серповидный зазор. Ротор также оснащен подвижными пластинами, вставленными в специальные пазы. Под действием центробежной силы на участке зазора между ротором и статором они выдвигаются и образуют отдельные камеры сжатия масла. При вращении ротора объем камер постоянно изменяется. Когда объем увеличивается, создается разрежение и происходит всасывание масла. Когда камера уменьшается, давление возрастает и выполняется нагнетание.

Особенности эксплуатации и неисправности маслонасосов

В системах смазки с мокрым картером (масло находится в поддоне двигателя) маслонасос располагается между маслоприемником и фильтром в передней части двигателя. Для систем с сухим картером (резерв смазки находится в специальном баке) насос находится между масляным баком и очищающим фильтром. В некоторых моделях авто он также может находиться возле дополнительного масляного радиатора системы воздушного охлаждения. Его легко найти, ориентируясь на передачу привода масляного насоса, соединенную с коленвалом.

Ресурс насосов достаточно большой — несколько сотен тысяч километров пробега. Основными требованиями правильной эксплуатации этого узла является использование качественного масла, регулярная очистка фильтра, а также своевременная доливка и замена. Негативное влияние может оказать некорректный запуск двигателя, особенно в условиях пониженных температур, а также попадание в масло охлаждающей жидкости.

Наиболее распространенными проблемами являются:

• Износ зубьев шестерен или поверхности роторов.
• Увеличение зазоров между основными рабочими элементами и корпусом.
• Коррозия поверхностей.
• Поломка редукционного клапана (заклинивание, несвоевременное срабатывание).
• Неисправности привода масляного насоса.

Поломки масляного насоса приводят к нарушению режимов подачи смазки к основным узлам двигателя. При этом негативными для мотора являются как слишком высокое, так и низкое давление. В случае обнаружения неисправностей в маслонасосе в большинстве случаев его полностью меняют на новый.

Масляный насос — типы конструкций и принцип работы

Каждая силовая установка автомобиля состоит из механизмов и системы, выполняющие определенные функции. И, пожалуй, одной из самых важных является система смазки. Она обеспечивает подачу смазочного материала между сопряженными элементами узлов и механизмов, снижая трение между ними, отводя тепло и продукты износа.

Практически на всех авто используется комбинированная смазка, обеспечивающая смазывание поверхностей под давлением, а также путем разбрызгивания. То есть, к одним сопряженным элементам смазочный материал поступает принудительно, а другие смазываются во время самотечного прохода масла по поверхностям.

При всей своей важности данная система состоит из небольшого количества элементов – поддона, к котором располагается смазочный материал, маслозаборника, насоса, фильтра, каналов для подачи масла к трущимся поверхностям.

Типы, особенности конструкции масляного насоса

1. ведущая шестерня 2. корпус насоса 3. всасывающий канал 4. ведомая шестерня 5. ось 6. нагнетательный канал 7. разделительный сектор 8. ведомый ротор 9. ведущий ротор

Самым важным элементом в данной системе является масляный насос. Этот узел обеспечивает нагнетание масла в каналы, которое дальше поступает к узлам и механизмам. Поскольку часть составных элементов мотора смазываются принудительно, то смазочный материал должен подаваться под давлением. К тому же ряд элементов, нуждающихся в смазке путем разбрызгивания, расположены достаточно высокого относительно самого насоса (пример – распредвал, установленный в головке блока цилиндров), и масло еще нужно подать к нему по каналам, что невозможно без создания давления, которое обеспечивает движение смазки к высоко расположенным элементам.

На автомобилях используется несколько типов масляных насосов:

1. Шестеренчатые;
2. Роторные;

При этом каждый из типов включает несколько видов, отличающихся между собой конструкцией. Так шестеренчатые насосы бывают с внешним и внутренним зацеплением.

Видео: Система смазки двигателя

Шестеренчатый насос с внешним зацеплением

1. ведомая шестерня 2. всасывающий канал 3. ведущая шестерня 4. приводной вал 5. нагнетательный канал 6. ось ведомой шестерни

Насос с внешним зацеплением состоит из двух шестерен, установленных в корпусе. Взаимодействуют они между собой благодаря зацеплению зубьев, расположенных на внешней стороне. Одна из шестерен является ведущей и приводиться в движение она может от коленчатого или распределительного валов. Вторая шестерня является ведомой и вращается она за счет зацепления.

В корпусе имеются два канала – подающий и отводящий. Подающий соединен с маслозаборником второй конец которого опущен в поддон с маслом. Отводящий же канал соединен с магистралями, которые подают смазочный материал к трущимся поверхностям.

Работает такой насос по простому принципу: масло из подающего канала поступает в зону зацепления шестерен, захватывается зубьями и нагнетается в отводящий канал. Таким образом обеспечивается давление в системе.

Шестеренчатый насос внутреннего зацепления

Шестеренчатый насос с внутренним зацеплением имеет несколько иную конструкцию. В корпус насоса помещено тоже две шестерни, но одна находится внутри второй. Внутренняя шестерня является ведущей и зубья у нее расположены с внешней стороны. Ведомая же шестерня – внешняя и зубчатый сектор у нее сделан с внутренней стороны. Причем оси этих шестерен не совпадают, поэтому с одной стороны между ними образуется полость в виде серпа, в которую помещен серповидный разделительный сектор. Причем начало этой полости располагается возле подающего канала, а конец – у выпускного.

Работает этот насос так: при вращении масло из подающего канала благодаря образующемуся зазору в начале образования полости между шестернями попадает между зубьями ведомого элемента. Поскольку она получает вращение от ведущей шестеренки, масло перемещается в сторону выпускного канала внутри полости, а разделительный сектор отсекает лишнюю смазку и предотвращает перетекание его между зубьями.

За разделительным сектором объем полости уменьшается, поскольку она заканчивается и появляется зона начала зацепления шестерен. В этой зоне масло сжимается зубьями, но в этот момент масло проходит место расположения выпускного канала в которое оно уже под давлением выходит.

Ещё кое-что полезное для Вас:

• Почему двигатель расходует масло («жор» масла)
• Что такое компрессия двигателя и как ее измерять?
• Почему греется двигатель: причины перегрева и к чему это может привести

Видео: Масляный насос vw, audi, skoda, seat — замеры износа, снятие, разборка и редукционный клапан

Особенности данного типа насосов

Шестеренчатый насос с внешним зацеплением на автомобилях сейчас практически не применяется, поскольку второй тип – с внутренним зацеплением, при той же производительности имеет значительно меньшие размеры, но конструктивно он сложнее.

Особенностью этих насосов является то, что они является нерегулируемыми. То есть, давление смазочного материала напрямую зависит от скорости вращения приводного вала. К примеру, на холостом ходу давление масла меньше, чем на средних и высоких оборотах, поскольку коленчатый или распределительный валы, от которых осуществляется привод, имеют небольшие обороты.

Вместе с тем, контроль за давлением масла все же осуществляется, поскольку его избыток может привести к выдавливанию сальников и уплотнителей. Регулировка выполняется благодаря установленному перепускному клапану в корпусе насоса. Представляет он собой подпружиненный поршень, установленный в канал, соединяющий выходную магистраль с поддоном. Работает он достаточно просто – при превышении давления свыше определенного значения, масло преодолевает усилие пружины и толкает поршень, из-за чего его канал открывается и начинает стекать в поддон. Как только давление упадет, пружина возвращает поршень на место.

Роторный тип масляного насоса

1. всасывающая полость 2. масло 3. внешний ротор 4. нагнетательная полость 5. приводной вал 6. внутренний ротор

Роторный масляный насос по принципу работы схож с шестеренчатым внутреннего зацепления. Но у него рабочими элементами являются не шестерни, а два ротора с лопастями. У него тоже имеется полость нагнетания, которая перекачивает масло, но отсутствует разделительный сектор за ненадобностью. В отличие от зубьев лопасти захватывают больше масла, что позволяет его закачивать в систему в требуемом количестве. На автотранспорте применяются как нерегулируемые, так и регулируемые роторные насосы.

Их достоинством помимо компактных размеров, является уменьшенный отбор мощности от двигателя.

Нерегулируемый вариант работает по тому же принципу что шестеренчатые, то есть для поддержания давления в заданном диапазоне используется перепускной клапан.

Регулируемый же тип насоса обеспечивает поддержание определенного значения давления на любых режимах работы двигателя. Достигнуто это благодаря использованию дополнительного компонента в конструкции – подпружиненного подвижного статора. В результате этого роторы помещены в него, а сам статор – в корпус насоса.

Регулируемый тип масляного насоса роторного типа
1. нагнетательная полость 2. внешний ротор 3. внутренний ротор 4. регулировочная пружина 5. всасывающая полость 6. приводной вал 7. подвижный статор А — Сторона нагнетания Б — Сторона всасывания

Его задача – изменение объема нагнетательной полости, имеющейся между роторами. А работает все так: на малых оборотах, когда давление недостаточно, пружина смещает статор, увеличивая объем, что приводит к перекачке большего количества масла, из-за чего давление возрастает.

При высоких же оборотах, когда давление повышается, масло начинает преодолевать усилие пружины и из-за чего статор отходит и пространство уменьшается, от этого снижается количество закачиваемого масла. Таким образом, за счет перемещения ротора и уменьшения-увеличения нагнетательной полости удается поддерживать давление в строго определенном значении.

Видео: Неисправности масляного насоса Volswagen-B3

Основные неисправности

Конструкция масляного насоса, к какому типу бы он не относился, сравнительно простая, что обеспечивает ему надежность и длительный ресурс.

И все же неисправности у него бывают, точнее она одна – снижение производительности, что приводит к падению давления в системе. А это уже может привести к более серьезным поломкам, поскольку узлы, которые недостаточно смазываются, начинают интенсивно изнашиваться из-за масляного «голодания». Произойти же это может по разным причинам.

1. Первая из таких не относится к насосу, но приводит к негативным последствиям в его работе – закупорка сетки маслоприемника продуктами износа и грязью. В результате этого масло в недостаточных количествах поступает к насосу. Устранить такую неисправность несложно – достаточно снять поддон и маслоприемник, после чего тщательно очистить и промыть сетку.
2. Проблема с падением давления может произойти из-за износа составных частей насоса или длительной его работы с маслом, в котором имелось большое количество загрязняющих элементов. Результатом этого является образование и увеличение зазоров между деталями насоса. Из-за этого через эти зазоры смазочный материал просто перетекает внутри нагнетающей полости и шестерни или роторы не способны его захватить, чтобы выполнить нагнетание в магистраль. В большинстве случаев работоспособность системы смазки восстанавливается путем замены изношенных элементов или узла в целом.
3. Проблемы может создать и перепускной клапан. Из-за грязи он может заклинить в открытом положении, и масло будет постоянно перетекать в поддон. Устраняется такая неисправность разборкой и промывкой насоса и его каналов.

В целом же, чтобы насос проработал долго и не доставлял проблем достаточно всего лишь своевременно менять смазочный материал и фильтрующий элемент, чтобы поддерживать чистоту в системе смазки.

Пластинчато-роторные насосы с масляным уплотнением

Пластинчато-роторные насосы с масляным уплотнением (или пластинчато-роторные насосы) являются основными насосами в большинстве вакуумных систем, используемых в термической промышленности. Их также называют «форвакуумными» насосами, когда они используются в сочетании с бустерным насосом или как с бустерным, так и с вторичным («высоковакуумным») насосом, как правило, диффузионного типа. Пластинчато-роторный насос также можно использовать отдельно, когда не требуется высокий вакуум и приемлема более медленная откачка.

Доступны двухступенчатые конструкции, в которых используются два последовательно соединенных ротора внутри насоса. Одноступенчатые конструкции могут обеспечить вакуум 3 x 10 ^-2 Торр (4 x 10 ^-2 мбар), в то время как двухступенчатые конструкции могут достигать 3 x 10 ^-3 Торр (4 x 10 ^-3 мбар).

Рисунок 1 | Поперечное сечение пластинчато-роторного насоса ³ (Рисунок предоставлен Найджелом С. Харрисом, магистром наук, к. физ., автором «Modern Vacuum Practice», 3-е исправленное издание, Kurt J. Lesker Company, 2007 г.)

Учитывая широкое распространение пластинчато-роторных насосов, конструкторам и пользователям промышленного вакуумного оборудования важно хорошо понимать принцип работы этих насосов. В этой серии статей будут рассмотрены принципы работы насосов, конструкции насосов, масла для насосов, конструкции одноступенчатых и двухступенчатых насосов, загрязнение и газовый балласт (ручной и автоматический), общие аксессуары, области применения, поиск и устранение неисправностей и техническое обслуживание насосов.

Принципы работы

Из различных технологий вакуумных насосов пластинчато-роторные насосы считаются мокрыми объемными насосами. Их часто называют «мокрыми» насосами, потому что перекачиваемый газ подвергается воздействию масла, используемого в качестве смазки для обеспечения уплотнения.

По этой причине масло тщательно отбирается и специально разработано для конкретного применения. Положительное смещение указывает на то, что насос работает, механически улавливая объем газа и перемещая его через насос, создавая низкое давление на стороне всасывания.

Конструкция насоса

Пластинчато-роторные насосы (рис. 1) сконструированы таким образом, что статор насоса погружен в масло и содержит ротор, установленный эксцентрично. Ротор содержит две лопасти, которые скользят в диаметрально противоположных пазах. Лопасти могут быть подпружинены, но в противном случае полагайтесь на центробежную силу, чтобы толкать наружу стенку статора. При вращении ротора концы лопастей постоянно соприкасаются со стенкой статора.

Рисунок 2 | Внутренний вид верхней части пластинчато-роторного насоса (любезно предоставлено Edwards Vacuum)

Весь узел (рис. 2) обрабатывается и собирается с жесткими допусками, так что зазор между верхней частью ротора и стенкой статора (часто называемый «уплотнением Доу») составляет приблизительно 0,025 мм (1,0 мил) . Это уплотнение заполнено маслом, обеспечивая уплотнение между входной и выходной сторонами. Масло циркулирует из масляного резервуара внутрь насоса и выбрасывается через выпускной клапан вместе с перекачиваемым газом.

Максимальное давление, достигаемое насосом, ограничивается обратными утечками через уплотнение Duo и выделением смазочного масла. Давление на выходе может достигать 1000 мбар (750 торр), а на входе — всего 0,01 мбар (0,0075 торр), что означает перепад давления на маслонаполненном уплотнении примерно 100 000:1 (1000:0,01). При большем перепаде давления возникает обратная утечка через уплотнение, что представляет собой один из факторов, ограничивающих предельный вакуум, достигаемый пластинчато-роторными насосами.

Типичный пластинчато-роторный насос состоит из четырех стадий (рис. 3)

1. Индукционный. При первом повороте ротора на 180° газ подается в насосную камеру. Объем, занимаемый газом, увеличивается за счет серповидного пространства, создаваемого смещенным ротором. Давление газа уменьшается пропорционально увеличению его объема (закон Бойля). Это втягивает газ в насос и создает необходимый вакуум.
2. Изоляция. Самая верхняя лопасть проходит через впускное отверстие, изолируя его от перекачиваемого газа.
3. Сжатие. Дальнейшее вращение сжимает и нагревает газ перед самой нижней лопаткой, уменьшая его объем за счет уменьшения пространства между ротором и статором.
4. Выхлоп. По мере того, как самая нижняя лопасть продолжает вращаться, давление перед ней увеличивается в достаточной степени, чтобы открыть выпускной клапан, выпуская газ под давлением, немного превышающим атмосферное.

Рисунок 3 | Четыре ступени пластинчато-роторного насоса (любезно предоставлено Edwards Vacuum)

Одним из важнейших компонентов пластинчато-роторного насоса является выпускной клапан (рис. 4), питание которого подается через несколько портов. В одной распространенной конструкции клапана используется эластомер (искусственный каучук) или фторэластомер с металлической опорной пластиной. Металлическая опорная пластина ограничивает движение эластомерной части клапана. Некоторые клапаны выполнены полностью из металла без эластомера, но такая конструкция подвержена эффекту, известному как «обратное всасывание», если насос останавливается под вакуумом. Поскольку в клапане не используется эластомер, масло может просачиваться через него и «всасываться» обратно через насос в вакуумную камеру или печь. Поскольку клапан открывается и закрывается при каждом обороте, он является источником шума и подвержен износу независимо от того, используется эластомер или нет. Например, при скорости вращения насоса 1750 об/мин клапан будет открываться и закрываться 2,5 миллиона раз каждые 24 часа с частотой 29Гц. Клапан работает механически и принудительно открывается давлением, создаваемым насосом, затем закрывается атмосферным давлением.

Рисунок 4 | Выпускной клапан пластинчато-роторного насоса ³ ((Рисунок любезно предоставлен Найджелом С. Харрисом, магистром наук, к. физ., автором «Modern Vacuum Practice», 3-е исправленное издание, Kurt J. Lesker Company, 2007 г.)

Роторный Масла для насосов

Ротационные насосы смазываются маслом, которое не только обеспечивает уплотнение между сторонами высокого и низкого давления насоса, но также смазывает подшипники насоса и другие вращающиеся компоненты Некоторые конструкции насосов, особенно старые, используют циркуляцию смазочное масло полагалось на систему вакуумной подачи, при этом вакуум, создаваемый самим насосом, также использовался для подачи смазочного масла через подшипники ротора.В других насосах используются подпружиненные манжетные уплотнения вала вокруг вала ротора.Это уплотнение динамического типа. , что также требует смазки.

Несмотря на то, что вакуумное распределение масла по-прежнему используется, в более современных насосах используется отдельный масляный насос для циркуляции масла через каналы, выточенные в статоре, к подшипникам ротора и уплотнениям (рис. 5). Когда вакуумный насос работает, его вращение также приводит во вращение масляный насос, который установлен на том же валу и создает положительное давление подачи масла на 0,4 бар (300 торр) выше атмосферного давления. Это давление поднимает подпружиненный эластомерный диск, который позволяет маслу течь в желоб, питая внутреннюю часть насоса и подшипники ротора, а также лопасти вакуумного насоса. Когда вакуумный насос останавливается, давления масляного насоса больше нет, чтобы открыть эластомерный диск, и поэтому он закрывается, предотвращая всасывание масла через насос в вакуумную камеру. Независимо от того, используется масляный насос или нет, излишки масла удаляются из насосного механизма через выпускной клапан.

Рисунок 5 | Масляный насос и распределительная система (любезно предоставлены Edwards Vacuum)

В вакуумные насосы, в которых используется отдельный масляный насос, также может быть встроен впускной запорный клапан с гидравлическим приводом (рис. 6). В этой конструкции часть циркулирующего масла направляется на поршень, который соединен с впускным клапаном, расположенным там, где газ поступает в насос из вакуумной камеры. Поршень использует гидравлическое давление, создаваемое масляным насосом, чтобы открыть впускной клапан, позволяя газу поступать в насос из камеры. Клапан подпружинен и использует эластомерное уплотнение для остановки потока газа в течение 0,5 секунд после остановки насоса. Это обеспечивает дополнительную защиту от обратного всасывания в вакуумную камеру.

Рисунок 6 | Впускной запорный клапан с гидравлическим приводом (предоставлено компанией Edwards Vacuum)

Типы масла

Масло, используемое в пластинчато-роторных насосах, тщательно отбирается. Помимо обеспечения смазки подшипников ротора, он должен:

1. Обеспечивать уплотнение между лопастями и ротором.
2. Создайте уплотнение Duo между концами лопастей и статором.
3. Обеспечивают охлаждение статора за счет передачи тепла внешнему кожуху.
4. Обеспечьте защиту металлических частей от коррозии от перекачиваемого газа.

Рисунок 7 | Фильтр масляного тумана ³ . масло имеет решающее значение, потому что масло подвергается воздействию газа, откачиваемого из камеры. Если давление масла слишком высокое, оно будет испаряться под воздействием вакуума, позволяя парам масла загрязнять вакуумную камеру (это называется обратным потоком). Давление паров масла обычно является одним из факторов, ограничивающих максимально достижимое значение. По причинам, изложенным выше, выбору масла следует уделить особое внимание. Типичное моторное масло, например, недостаточно очищено для использования в вакуумном насосе, имеет недостаточную стойкость к химическому воздействию и содержит присадки, которые могут нанести вред процессу, протекающему в вакуумной камере. Кроме того, необходимо учитывать вязкость. Масла с более низкой вязкостью используются для более низких рабочих температур и небольших насосов, а масла со средней вязкостью используются для средних и больших насосов.

Масла, разработанные специально для роторных насосов, представляют собой дистиллированные минеральные масла, в которых атомы водорода присоединены к любым свободным молекулам в цепи. Этот процесс, называемый гидроочисткой, позволяет получить прочный, стабильный состав с низким давлением паров. В тех случаях, когда вакуумный насос может подвергаться воздействию реактивных или коррозионно-активных газов, содержащихся в перекачиваемом газе, используется специально разработанное масло, которое было дополнительно обработано для удаления примесей. Там, где присутствует высокая концентрация кислорода или других химически активных газов, рекомендуются высокоинертные искусственные смазочные материалы. Эта перфторполиэфирная (ПФПЭ) жидкость обладает хорошей термостойкостью, но ее нельзя подвергать воздействию температур выше 280°C (535ºF), при которых она выделяет токсичные пары. Жидкости PFPE доступны под торговыми названиями (например, Fomblin (Solvay Solexis) и Dupont’s Krytox). Если использовать неподходящее масло в химически агрессивной среде, оно разложится и оставит смолоподобный осадок, который заблокирует внутренние проходы и вызовет перегрев насоса и выход из строя из-за недостаточной смазки.

Из-за того, что роторный насос является «мокрым» насосом, часть масла выбрасывается из насоса в виде тумана вместе с перекачиваемым газом. По этой причине для улавливания вытесняемого масла используется фильтр масляного тумана (рис. 7). После выхода из насоса перекачиваемый газ проходит через фильтр тумана, который содержит фильтрующий элемент, разлагающий масляный туман на капли и собирающий его. Захваченное масло можно слить вручную или через другие принадлежности вернуть в насос по замкнутому контуру. Он может возвращаться либо под действием силы тяжести в маслобак, либо за счет всасывания через газовый балласт (будет обсуждаться позже). Фильтрующий элемент является расходным материалом и подлежит периодической замене.

В статье выше мы подробно рассмотрели принципы работы пластинчато-роторных насосов с масляным уплотнением, включая базовую конструкцию насоса и насосное масло. В следующем разделе мы продолжим это обсуждение, уделив особое внимание эксплуатационным особенностям и внутреннему устройству этих насосов.

Одноступенчатые насосы по сравнению с двухступенчатыми

Одним из ограничивающих факторов пластинчато-роторного насоса является уплотнение Duo Seal, которое представляет собой заполненное маслом бесконтактное уплотнение в небольшом зазоре 0,025 мм (0,001 дюйма) между ротором и статор в верхней части насоса. В одноступенчатом пластинчато-роторном насосе перепад давления на уплотнении может достигать 100 000:1 (1000 мбар против 0,01 мбар). Выше этого двойное уплотнение начнет пропускать масло со стороны высокого давления на сторону низкого давления (рис. 8). Это создает обратный поток, то есть движение перекачки масла обратно в камеру вакуумной печи.

Рисунок 8 | Ротационно-пластинчатый насос Duo Seal (любезно предоставлено Edwards Vacuum)

Для создания более высокого вакуума с помощью пластинчато-роторного насоса используется двухступенчатая конструкция насоса. В двухступенчатом насосе используются два последовательно соединенных пластинчато-роторных насоса (рис. 9). Выход высоковакуумной ступени соединен трубопроводом со входом низковакуумной ступени. Поскольку давление на входе низковакуумной ступени значительно ниже атмосферного, эта конструкция приводит к более низкому давлению на выходе из высоковакуумной ступени, в отличие от одноступенчатой ​​конструкции, которая испытывает атмосферное давление на выходе. Это уменьшает перепад давления между уплотнением Duo Seal и лопастями в ступени высокого вакуума, позволяя ему работать при более высоком давлении на входе. Двухступенчатый пластинчато-роторный насос может достигать давления на входе 3 x 10 ^-3 торр (4 x 10 ^-3 мбар). Между высоковакуумной и низковакуумной ступенью нет выпускного клапана, но он есть на выходе из низковакуумной ступени.

Рисунок 9 | Концепция двухступенчатого пластинчато-роторного насоса (любезно предоставлена ​​компанией Edwards Vacuum)

Выбор режима

Некоторые двухступенчатые пластинчато-роторные насосы могут работать как в режиме высокой производительности, так и в режиме высокого вакуума. Режим выбирается поворотом ручки, расположенной на панели управления помпы. Селектор режима регулирует поток масла под давлением на ступень высокого вакуума насоса, что изменяет характеристики насоса. В высокопроизводительном режиме давление масла (и, следовательно, расход) увеличивается, а в высоковакуумном режиме расход масла уменьшается. Эта функция решает проблему недостаточного перепада давления на низковакуумной ступени при более высоких давлениях, тем самым обеспечивая достаточную подачу масла в высоковакуумную ступень (которая находится позже в контуре смазки). При работе в более высоком вакууме эта проблема не возникает. Разницы давлений достаточно, чтобы обеспечить адекватную смазку на высоковакуумной ступени.

Режим высокой пропускной способности используется для обеспечения более быстрой депрессии при давлении на входе, превышающем примерно 38 торр (50 мбар). Типичный цикл может начинаться в режиме высокой пропускной способности для максимально быстрого вакуумирования вакуумной камеры, а затем переключаться в режим высокого вакуума при 38 торр (50 мбар) для достижения предельного вакуума. Режим высокой производительности также используется для откачки конденсирующихся (грязных) паров и при необходимости для обеззараживания насосного масла. Режим высокого вакуума можно использовать только тогда, когда откачиваемые газы чистые.

Сочетание выбора режима и газобалластного режима (см. ниже) позволяет оптимизировать производительность насоса. Широкий диапазон насосных характеристик (т. е. соотношение давления и расхода) достигается за счет выбора этих двух режимов в сочетании с газовым балластом (высоким, низким или без него) (таблица 1). Переключатель режимов можно активировать, когда помпа включена или выключена, а некоторые более крупные помпы переключаются между режимами автоматически.

Запорный клапан (против обратного всасывания)

Пластинчато-роторные насосы часто оснащаются запорным клапаном на входе (также известным как антивсасывающий или вакуумный предохранительный клапан). Как следует из названия, это устройство закрывается при остановке откачки, предотвращая всасывание газа (или воздуха) обратно в вакуумную камеру через насос. Когда откачка останавливается и клапан закрывается, воздух поступает в выпускное отверстие насоса, выравнивая давление внутри насоса с давлением за пределами выпускного отверстия насоса. Это предотвращает попадание масла в корпусе в камеры статора. Когда насос снова включается, клапан открывается не сразу, а с задержкой до тех пор, пока давление в насосе не достигнет приблизительного давления в вакуумной камере, тем самым также предотвращается обратное всасывание, когда насос достигает давления. Этот запорный клапан (см. Роторно-лопастные насосы с масляным уплотнением, часть 1) приводится в действие гидравлически. В двухступенчатых пластинчато-роторных насосах запорный клапан расположен на высоковакуумной ступени.

Газовый балласт

Влага и испаряющиеся загрязняющие вещества (обычно из-за грязных работ, попадающих в вакуумную камеру) попадают в масло насоса и мешают его эффективной работе. В результате становится трудно достичь предельного вакуума, и для этого требуется все больше и больше времени, поскольку масло теряет способность обеспечивать уплотнение между лопастями и статором, а также в двойном уплотнении, что приводит к снижению эффективности перекачки. Кроме того, свойства масла изменяются, вызывая недостаточное смазывание и создавая возможность внутренней коррозии. Чтобы избежать этих проблем, используется простая, но очень эффективная операция газового балласта (также известная как газовый балласт).

Газовый балласт – это нагнетание неконденсируемого газа (например, азота или воздуха) в пластинчато-роторный насос на стадии сжатия, что приводит к уменьшению конденсации. Балластный газ впрыскивается через односторонний («газобалластный») клапан, расположенный в верхней части насоса (рис. 10). Одним из способов использования газобалласта является то, что преднамеренное открытие газобалластного клапана снижает эффективность насоса, что, в свою очередь, приводит к нагреву масла в насосе и вытеснению влаги и других летучих паров из масла туда, куда они могут попасть. быть отправлены вверх по вентиляционной трубе.

Теория, лежащая в основе этого, заключается в том, что впрыскиваемый газ разбавляет пар в перекачиваемом газе, так что парциальное давление пара никогда не достигает насыщения во время сжатия. Впрыск начинается в начале цикла сжатия. После его запуска ротор насоса продолжает вращаться, увеличивая давление, создаваемое в насосе, что приводит к закрытию одностороннего балластного клапана, но не до тех пор, пока не произойдет достаточное разбавление. По мере того как ротор продолжает вращаться, нагнетательный клапан насоса принудительно открывается и выбрасывает смесь перекачиваемого газа, балластного газа и пара.

Рисунок 10 | Принцип газовой балластировки ³ (Рисунок предоставлен Найджелом С. Харрисом, магистром наук, к. физ. наук, автором «Modern Vacuum Practice», 3-е исправленное издание, Kurt J. Lesker Company, 2007 г.)

В дополнение к разбавлению конденсируемого паров, газовый балласт повышает температуру технологического газа на 10–20°C (18–36°F), что еще больше препятствует образованию конденсата. Кроме того, газовый балласт, используемый во время нормальной работы для предотвращения конденсации паров, также используется для обеззараживания насосного масла, которое уже было загрязнено конденсированным паром. Для сильно загрязненных насосов это может занять несколько часов.

Рекомендуется балластировать вакуумный насос не реже одного раза в день, обычно при запуске оборудования и перед запуском первой загрузки. Делать это нужно не менее 30 минут. В некоторых критических случаях или там, где выполняются грязные работы и ожидается значительное выделение газов, рекомендуется балластировать насос после каждого цикла в течение 20–30 минут между запусками. Это помогает обеззараживать масло после каждого рабочего цикла.

Выбор воздуха или азота в качестве балластного газа зависит от характеристик технологического газа, откачиваемого из вакуумной камеры. В качестве инертного газа азот используется, когда влага, кислород или водород, содержащиеся в воздухе, реагируют с технологическими газами. В большинстве других случаев предпочтительным балластным газом является воздух.

Основным недостатком газового балласта является то, что при использовании он снижает предельный вакуум насоса (рис. 11). Это также увеличивает скорость подачи масла из насоса. Объем газа, создаваемого балластировкой, выбирается на большинстве насосов с доступной функцией низкого и высокого расхода. Негативное влияние балласта на предельный вакуум и потери масла меньше в режиме низкого расхода, чем в режиме высокого расхода.

Рисунок 11| Влияние газового балласта на скорость откачки ³ (Рисунок предоставлен Найджелом С. Харрисом M. Sc, C. Phys., автор «Modern Vacuum Practice», 3-е исправленное издание, Kurt J. Lesker Company, 2007)

Холодные ловушки

В дополнение к газовому балласту другим подходом к откачке газов, содержащих конденсированные пары или влагу, является их удаление перед подачей в насос. Это осуществляется через холодную ловушку (она же входной конденсатор), расположенную на входе насоса.

Конденсатор (рис. 12) работает путем охлаждения перекачиваемого газа ниже температуры конденсации паров (влага и др.), переносимых газом. Пары превращаются в жидкость и собираются на внутренних поверхностях теплообменника внутри конденсатора, предотвращая их попадание в насос. Образовавшийся конденсат собирают и удаляют. Входные конденсаторы могут охлаждаться водой с использованием кожухотрубного теплообменника или охлаждаться хладагентом или криогенными веществами, такими как жидкий азот.

Конденсатор также помогает свести к минимуму обратный поток паров масла из насоса в вакуумную камеру. Даже с конденсатором на входе роторный насос может накапливать в масле конденсированные загрязнители. Поэтому часто используются как входной конденсатор, так и газовый балласт для максимальной способности обработки паров с минимальным снижением производительности насоса.

Рисунок 12 | Конденсатор, расположенный на входе насоса (любезно предоставлено компанией Edwards Vacuum)

Форвакуумные ловушки

В любой вакуумной системе с давлением ниже 0,75 торр (10-1 мбар) существует вероятность обратного потока, т. е. миграции паров масла против потока откачиваемого газа и обратно в камеру вакуумной печи (рис. 13). Обратный поток (см. Роторно-лопастные насосы с масляным уплотнением, часть 1) является результатом испарения масла под низким давлением. Это вызывает загрязнение, так как масло откладывается в виде пленки на внутренних поверхностях печи и может мешать выполняемому процессу.

Рисунок 13 | Обратная миграция паров масла из пластинчато-роторного насоса ³ (Рисунок любезно предоставлен Найджелом С. Харрисом, магистром наук, к. физ., автором «Modern Vacuum Practice», 3-е исправленное издание, Kurt J. Lesker Company, 2007 г.)

Одним из способов предотвращения обратного течения является использование форвакуумной ловушки (рис. 14), представляющей собой молекулярное сито, установленное на входе в насос. Он заполнен активированным оксидом алюминия (также называемым сорбентом), который улавливает и собирает пары масла. Наполнитель из оксида алюминия является заменяемым и должен заменяться с тем же интервалом, что и масло в насосе, обычно каждые 6 месяцев, хотя это зависит от частоты использования. Ловушка на переднем плане остановит 99% паров масла.

Рисунок 14 | Форвакуумная ловушка (любезно предоставлена ​​Edwards Vacuum)

Глинозем также удаляет влагу из форвакуумной линии и собирает ее в виде жидкой воды. Со временем это замедлит откачку, так как глинозем забивается водой. По этой причине, когда в перекачиваемом газе присутствует влага, рекомендуется использовать входной конденсатор с форвакуумной ловушкой.

При использовании форвакуумной ловушки необходимо обойти ловушку (рис. 15) во время предварительной откачки, т.е. в период начальной откачки с высоким расходом при более высоких давлениях. Только после завершения черновой обработки и достижения более высокого вакуума возникает проблема с обратным потоком. В это время газ направляется через форвакуумную ловушку. Такое перепускное устройство предотвращает быстрое и ненужное засорение глинозема во время большого потока газа и паров, перекачиваемых во время черновой обработки.

Рисунок 15 | Перепускное устройство форвакуумной ловушки (любезно предоставлено Edwards Vacuum)

Хотя форвакуумные ловушки распространены, первая защита от обратного потока заключается в использовании насосного масла с низким давлением паров, которое менее склонно к испарению и, следовательно, с меньшей вероятностью обратного потока.

В дополнение к форвакуумной ловушке на входной стороне насоса используются другие аксессуары для улавливания влаги, паров и твердых загрязняющих веществ. Среди них осушительная ловушка, цеолитовая ловушка, каталитическая ловушка, уловитель и пылеуловитель. Выбор ловушек зависит от конкретного применения и состава перекачиваемого газа.

Резюме

О пластинчато-роторных насосах с масляным уплотнением можно и, возможно, следует сказать больше, но ключ в том, чтобы признать их важность для общей производительности вашей вакуумной печи. Знайте, как они работают и как правильно их использовать. Меняйте масло в насосе каждый месяц (300 часов) и выполняйте другие шаги, необходимые для ухода за ним, и вы будете вознаграждены годами бесперебойной работы насоса.

Ссылки

1. Херринг, Дэниел Х., Вакуумная термообработка, Том I, BNP Media, 2012.
2. Г-н Дэвид Собигрей, Edwards Vacuum, технический вклад и частная переписка.
3. Рисунки предоставлены Найджелом С. Харрисом, магистром наук, к. физ., автором «Modern Vacuum Practice», 3-е исправленное издание, Kurt J. Lesker Company. 2007 г., ISBN 09555150116 (доступно на VLPC и Amazon)

Как работает пластинчато-роторный насос

Принцип работы роторных насосов с масляным уплотнением

Поршневой вакуумный насос, как правило, представляет собой вакуумный насос, в котором перекачиваемый газ всасывается с помощью поршней, роторов, лопастей и клапанов или подобных устройств, возможно, сжимается, а затем выпускается. Процесс откачки осуществляется за счет вращательного движения поршня внутри насоса. Следует различать масляные и сухие поршневые насосы. Используя уплотнительное масло, можно достичь в одноступенчатом режиме высоких степеней сжатия, примерно до 10 ⁵ . Без масла «внутренняя неплотность» значительно больше и достижимая степень сжатия соответственно меньше, около 10. конструкции, а также одноступенчатые трохоидные насосы, которые сегодня представляют лишь исторический интерес. Все такие насосы оснащены газобалластным устройством, которое впервые было подробно описано Геде в 1935. В установленных технических пределах газобалластное устройство позволяет откачивать пары (в частности, водяной пар) без конденсации паров в насосе.

Таблица 2.1 Классификация вакуумных насосов

Пластинчато-роторные насосы (TRIVAC B, TRIVAC E, SOGEVAC)

Пластинчато-роторные насосы (см. рис. 2.6) состоят из цилиндрического корпуса (насосного кольца) (1), в котором подвесной и щелевой ротор (2) вращается в направлении стрелки. Ротор имеет лопасти (16), которые выталкиваются наружу обычно под действием центробежной силы, а также под действием пружин, так что лопасти скользят внутри корпуса. Газ, поступающий через впускное отверстие (4), проталкивается лопастями и, наконец, выбрасывается из насоса через выпускной клапан с масляным уплотнением (12).

Рис. 2.6 Поперечное сечение одноступенчатого пластинчато-роторного насоса (TRIVAC B)

1. Впускное отверстие
2. Грязеуловитель
3. Противовсасывающий клапан
4. Впускной канал
5. Лопасть
6. Насосная камера
7. Ротор
8. Отверстие, соединение для балласта инертного газа
9. Выхлопной канал
10. Выпускной клапан
11. Пружина
12. Демистер
13. Отверстие; штуцер для масляного фильтра

Серия TRIVAC B (рис. 2.6) имеет только две лопасти, смещенные на 180°. Лопасти выталкиваются наружу под действием центробежных сил без использования пружин. При низких температурах окружающей среды может потребоваться использование более жидкого масла. Насосы оснащены шестеренчатым масляным насосом для смазки под давлением. TRIVAC серии B оснащен особенно надежным клапаном против обратного всасывания; горизонтальное или вертикальное расположение впускных и выпускных отверстий. Смотровое стекло уровня масла и привод газового балласта находятся на одной стороне маслобака (удобная конструкция). В сочетании с системой TRIVAC BCS он может быть оснащен очень широким набором принадлежностей, разработанных в основном для полупроводниковых приложений. Масляный резервуар пластинчато-роторного насоса, а также других поршневых насосов с масляным уплотнением служит для смазки и уплотнения, а также для заполнения мертвых зон и щелей. Он отводит теплоту сжатия газа, т. е. для охлаждения. Масло обеспечивает уплотнение между ротором и насосным кольцом. Эти детали «почти» соприкасаются по прямой линии (линии кожуха цилиндра). Чтобы увеличить площадь маслоуплотняемой поверхности, в насосное кольцо встроен так называемый уплотнительный канал (см. рис. 2.4). Это обеспечивает лучшее уплотнение и обеспечивает более высокую степень сжатия или более низкое предельное давление.

Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть анимацию работы пластинчато-роторного насоса TRIVAC B

Leybold TRIVAC B — принципы работы

Диапазоны давления пластинчато-роторных насосов

Leybold производит пластинчато-роторные насосы различных серий, которые специально адаптированы для различных областей применения, таких как высокое давление на входе, низкое предельное давление или применения в полупроводниковой промышленности. Краткое изложение наиболее важных характеристик этих диапазонов приведено в Таблице 2. 2. Пластинчато-роторные насосы TRIVAC производятся как двухступенчатые (TRIVAC D) насосы (см. рис. 2.7). С помощью двухступенчатых насосов с масляным уплотнением можно достичь более низких рабочих и предельных давлений по сравнению с соответствующими одноступенчатыми насосами. Причина этого в том, что в случае одноступенчатых насосов масло неизбежно контактирует с атмосферой снаружи, откуда поглощается газ, который частично уходит в сторону вакуума, тем самым ограничивая достижимое предельное давление. В двухступенчатых поршневых насосах с масляным уплотнением производства Leybold уже дегазированное масло подается на ступень со стороны вакуума (ступень 1 на рис. 2.7): предельное давление лежит почти в области высокого вакуума, самые низкие рабочие давления лежат в диапазоне между средним вакуумом и высоким вакуумом. Примечание: работа так называемой ступени высокого вакуума (ступень 1) с очень небольшим количеством масла или вообще без масла, несмотря на очень низкое предельное давление, на практике приведет к значительным трудностям и значительно ухудшит работу насоса.

Рис. 2.4 Расположение уплотнительного канала в пластинчато-роторных насосах, также известных как «двойное уплотнение». Постоянный минимальный зазор a для всего проходного сечения b

Рис. 2.7 Поперечное сечение двухступенчатого пластинчато-роторного насоса, схема

I Ступень высокого вакуума
II Вторая ступень форвакуума
клапан

Таблица 2.2 Модельный ряд роторных вакуумных насосов

Роторно-плунжерные насосы (насосы E)

На Рис. 2.9 представлен вид в разрезе роторно-плунжерного насоса моноблочного типа. Здесь поршень (2), который приводится в движение эксцентриком (3), поворачивающимся в направлении стрелки, движется вдоль стенки камеры. Перекачиваемый газ поступает в насос через впускной патрубок (11), проходит через всасывающий канал золотникового клапана (12) в нагнетательную камеру (14). Золотниковый клапан образует единое целое с поршнем и скользит туда и обратно между вращающейся направляющей клапана в корпусе (шарнирная планка 13). Всасываемый насосом газ в конечном итоге попадает в камеру сжатия (4). При вращении поршень сжимает это количество газа до тех пор, пока он не будет выброшен через масляный клапан (5). Как и в случае пластинчато-роторных насосов, масляный резервуар используется для смазки, уплотнения, заполнения мертвых зон и охлаждения. Поскольку насосная камера разделена поршнем на два пространства, каждый оборот совершает рабочий цикл (см. рис. 2.10). Роторно-плунжерные насосы изготавливаются одноступенчатыми и двухступенчатыми. Во многих вакуумных процессах сочетание насоса Рутса с одноступенчатым роторно-плунжерным насосом может дать больше преимуществ, чем использование только двухступенчатого роторно-плунжерного насоса. Если такая комбинация или двухступенчатый насос не подходят, рекомендуется использовать насос Рутса в сочетании с двухступенчатым насосом. Это не относится к комбинациям, включающим пластинчато-роторные насосы и насосы Рутса.

Рис. 2.9 Сечение одноступенчатого роторно-плунжерного насоса

1. Корпус
2. Цилиндрический поршень
3. Эксцентрик
4. Камера сжатия
5. Клапан давления с масляным уплотнением
6. Смотровое стекло уровня масла
7. Газобалластный канал
8. Выпускной бак
9. Газобалластный клапан
10. Грязеуловитель
11. Впускное отверстие
12. Задвижка
13. Петля
14. Насосная камера (воздух поступает)

Рис. 2.10 Рабочий цикл роторно-плунжерного насоса

1. Верхняя мертвая точка
2. Щель во всасывающем канале золотника свободна – начало периода всасывания
3. Нижняя мертвая точка – щель во всасывающем канале достаточно свободна, и нагнетаемый газ (стрелка) свободно поступает в нагнетательную камеру (показана заштрихованной)
4. Прорезь во всасывающем канале снова закрывается поворотным шарнирным стержнем – конец периода всасывания
5. Верхняя мертвая точка — максимальное расстояние между вращающимся поршнем и статором
6. Незадолго до начала периода сжатия передняя поверхность вращающегося плунжера освобождает газобалластное отверстие – начало входа газобалласта
7. Отверстие для газового балласта свободно
8. Конец входа газобалласта
9. Конец периода откачки

Мощность двигателей пластинчато-роторных и плунжерных насосов

 Двигатели, поставляемые с пластинчато-роторными и плунжерными насосами, обеспечивают достаточную мощность при температуре окружающей среды 53,6 °F (12 °C) и при использовании наших специальных масел для покрытия максимальная потребляемая мощность (около 400 мбар). В пределах фактического рабочего диапазона насоса система привода прогретого насоса должна обеспечивать только около одной трети установленной мощности двигателя (см. рис. 2.11).

Рис. 2.11 Мощность двигателя роторно-плунжерного насоса (скорость откачки 60 м3/ч) в зависимости от входного давления и рабочей температуры. Кривые для газобалластных насосов других типоразмеров аналогичны.

1. Рабочая темп. кривая 1 – 89 °F (32 °C)
2. Рабочая темп. кривая 2 — 104°F (40°C)
3. Рабочая темп. кривая 3 — 140°F (60°C)
4. Рабочая темп. кривая 4 — 194 °F (90 °C)
5. Теоретическая кривая адиабатического сжатия
6. Теоретическая кривая изотермы сжатия

Блог и Вики Типы насосов Генерация вакуума Основы вакуума

Загрузите нашу электронную книгу «Основы вакуумной технологии», чтобы узнать об основах и процессах вакуумного насоса.

Каталожные номера

1. Вакуумные символы
2. Глоссарий единиц
3. Ссылки и источники

Вакуумные символы Глоссарий единиц Ссылки и источники

Вакуумные символы

Глоссарий символов, обычно используемых на схемах вакуумных технологий в качестве визуального представления типов насосов и деталей насосных систем

 

ПОДРОБНЕЕ

Глоссарий единиц

Обзор единиц измерения, используемых в вакуумной технике, и их обозначения, а также современные эквиваленты исторических единиц

 

ПОДРОБНЕЕ и источники

Ссылки, источники и дополнительная литература, связанная с фундаментальными знаниями вакуумной техники

 

ПОДРОБНЕЕ

Загрузка.