Функции масла в пластинчато-роторных вакуумных насосах: уплотнение, смазка и охлаждение

Если пластинчато-роторный вакуумный насос с масляным уплотнением останавливается при давлении 5 мбар вместо того, чтобы снизить номинальное предельное давление около 0,5 мбар, опытный техник проверяет масло, прежде чем прикасаться к лопастям, двигателю или муфте. В этой конструкции насоса рабочим элементом внутри насосной камеры является масло, а не смазка, нанесенная по краям, и вакуумметр обычно является первым местом, где проявляется неисправность масла.

Понимание того, что на самом деле делает масло, значительно упрощает выбор масла, мониторинг его состояния и интервалы замены — независимо от того, покупаете ли вы насосы или эксплуатируете их круглосуточно.

Куда на самом деле попадает масло внутри насоса

Пластинчато-роторный вакуумный насос представляет собой машину объемного действия. Эксцентриковый ротор вращается внутри цилиндрического статора, а лопатки, скользящие в прорезях ротора, делят пространство между ротором и статором на камеры, которые увеличиваются на входе и сжимаются по направлению к выпуску. Не имея поршневых колец или динамических уплотнений, машина зависит от зазоров всего в сотых долях миллиметра, оставаясь эффективно закрытыми, а масло, непрерывно подаваемое в насосную камеру, является тем, что их закрывает. Оказавшись внутри, он мигрирует к четырем критическим пробелам:

• кончики лопаток прижимаются к стенке статора,
• концы лопаток скользят в пазах ротора,
• серповидный зазор между ротором и статором,
• седло выпускного клапана, которое должно оставаться закрытым от вакуума между циклами сжатия.

1. Масляная пленка прижимает кончик лопатки к стенке статора.
2. Масляные уплотнения имеют самый широкий зазор на стороне всасывания ротора.
3. Масло заливает узкий серп, где ротор почти касается статора.

Тот же принцип лопастей работает и при положительном давлении: это основа роторного лопастного вентилятора, который перемещает чистый воздух при очистке воды и в пневматических системах низкого давления, где требования к уплотнению гораздо мягче. В вакууме идентичная геометрия становится неумолимой: любой зазор, который масляная пленка не может перекрыть, напрямую проявляется как потеря предельного давления.

Роторный лопастной вентилятор для подачи воздуха низкого давления Работая с той же геометрией лопастей при положительном давлении, этот воздуходувка подает 0,59–0,66 м3/мин при давлении до 49 кПа ниже 60 дБ, обеспечивая аэрацию при очистке воды, где требования к уплотнению мягче, чем в вакууме. Посмотреть продукт →

Четыре функции масла в пластинчато-роторном вакуумном насосе

Уплотнение

Уплотнение is the function that makes vacuum possible. The oil film between vane tip and stator is only microns thick, yet it holds back a pressure difference of up to roughly 1,000 mbar between adjacent chambers. If the film breaks, gas slips backward from the compression side to the inlet side; the pump keeps turning while the needle refuses to fall. Oil also keeps the exhaust valve seated until chamber pressure exceeds it.

Смазка

Каждая лопасть выскальзывает из своего паза и дважды за оборот перемещается по стенке статора с реальной скоростью скольжения. Масляный слой заменяет контакт металла с металлом жидкостным трением, обеспечивает предсказуемый износ лопастей и пазов, а также служит подшипникам ротора и уплотнениям вала. Насос, в котором заканчивается годное к использованию масло, громко сигнализирует о проблеме — дребезжанием или стуком — задолго до того, как он заклинит.

Охлаждение

Масло поглощает тепло сжатия газа и переносит его в корпус насоса или во внешний контур или контур с водяным охлаждением на более крупных моделях, а также гасит самое горячее место в машине: сжатый газ, выходящий через клапан. Вот почему температура картера масла рассматривается как индикатор работоспособности: многие производители указывают максимальную температуру картера в диапазоне 80–95°C. Если контуры заводской воды уже установлены, циркуляционная система охлаждения поддерживает температуру масла (и, следовательно, вязкость масла) стабильной в течение длительных рабочих циклов.

Комплект системы циркуляционного водяного охлаждения для воздуходувок Благодаря теплообмену 10 000–20 000 кДж/ч и герметичному насосу с магнитным приводом этот компактный комплект стабилизирует температуру масла в воздуходувках и компрессорах, сохраняя постоянную вязкость в течение длительных рабочих циклов без дополнительных трубопроводов подачи. Посмотреть продукт →

Защита от коррозии

Наконец, каждая внутренняя поверхность покрыта масляной пленкой, которая удерживает конденсат и агрессивные пары от голого металла. Это особенно важно после влажной работы или остановки: остаточная вода конденсируется по мере выравнивания давления, и незащищенный насос может за ночь заржаветь, а затем оторвать его лопасти при следующем запуске.

Что отличает масло для вакуумных насосов от обычного масла

Самое важное свойство — это давление пара, а не противозадирные присадки. Если насос рассчитан на давление 0,01 мбар, само масло должно оставаться ниже этого давления паров при рабочей температуре, иначе насос выделяет пары масла и никогда не опустится. Таким образом, специальные пластинчато-роторные масла представляют собой минеральные сорта высокой степени очистки, чаще всего ISO VG 46–VG 68, а варианты для тонковакуумной очистки подвергаются дальнейшей дистилляции до тех пор, пока давление их паров не станет на несколько порядков ниже номинального предельного давления насоса.

Вязкость тянет в противоположную сторону. Слишком жидкое масло теряет герметичность при рабочей температуре; Слишком густое масло приводит к замедлению работы лопастей при холодном запуске, увеличению потребляемой мощности и перегрузке сепаратора масляного тумана. Синтетические сорта — сложные эфиры или перфторполиэфиры для агрессивной химии — увеличивают интервалы замены и устойчивы к окислению, но стоят в несколько раз дороже.

Газобалластный клапан работает непосредственно с маслом. При работе во влажной среде открытие балласта пропускает немного воздуха на ступень сжатия, поэтому водяной пар выходит через выхлопную систему перед конденсацией в масло — стандартная защита от молочной эмульсии, описанная ниже, за счет немного более высокого достижимого предельного давления.

Как деградирует насосное масло и сколько стоит каждый отказ

Масло в пластинчато-роторном насосе живет внутри процесса: все, что поступает на вход, в конечном итоге контактирует с ним. Четыре модели деградации вызывают большинство обращений в сервисный центр, связанный с маслом:

• Водяной пар образует эмульсию желтовато-коричневого цвета. Эмульгированное масло сначала теряет герметизирующую способность, поэтому предельное давление повышается за несколько дней до появления каких-либо механических симптомов.
• Растворители и углеводороды разбавляют масло, разжижая уплотнения и увеличивая обратный поток в камеру.
• Частицы пыли и износа действуют как притирочная паста между лопатками и статором, ускоряя износ пазов и образование задиров.
• Окисление и нагар в результате длительного перегрева делают лопасти липкими и повышают пусковой крутящий момент.

Практический ответ скорее рутинный, чем героический. Еженедельно проверяйте уровень и цвет масла через смотровое стекло, запускайте газовый балласт после влажных партий, меняйте масло в горячем виде, чтобы вместе с ним уходили взвешенные загрязнения, и заменяйте сепаратор масляного тумана с интервалом, указанным в руководстве. Ожидайте первую замену раньше — обычно в течение первых 100–500 часов работы, пока свежий насос выделяет обкаленные частицы, — а затем установите интервалы примерно от 1000 до 4000 часов в зависимости от сорта масла и чистоты процесса. Если сравнивать с заклинившим комплектом лопастей или потертостями статора, замена масла — самая дешевая операция в графике технического обслуживания.

Когда процесс лучше обходится без нефти

Все, что масло делает хорошо внутри насоса, определяет его слабость на границе вакуума: следы масла всегда присутствуют в газовом тракте в виде обратного потока в камеру или в виде тумана в выхлопе. В упаковке пищевых продуктов, фармацевтической сублимационной сушке, электронике и лабораторных приборах этот след представляет собой риск загрязнения и постоянные эксплуатационные расходы.

Есть два ответа. Первый удерживает насос с масляным уплотнением и управляет маслом с помощью сепараторов тумана, систем возврата масла и адсорбционных ловушек. Второй полностью удаляет масло из нагнетательной камеры: вакуумный насос Рутса работает в сухой накачивающей камере со смазкой шестерен и подшипников, изолированной за пределами вакуумного пространства, поэтому он широко применяется в качестве сухого усилителя над форвакуумным насосом с масляным уплотнением. Мы изучаем этот компромисс при сравнении производительности вакуумного насоса Рутса с пластинчато-роторным насосом в реальных условиях применения, а для больших сухих потоков также стоит проверить, могут ли безмасляные винтовые машины напрямую работать с вакуумом.

Вакуумный насос Рутса в качестве сухого усилителя Предлагая производительность 0,6–713,8 м3/мин с сухой насосной камерой и изолированной смазкой шестерен, этот насос Рутса обеспечивает большие потоки по сравнению с форвакуумным насосом с масляным уплотнением, когда выбор зависит от чистоты продукта или затрат на содержание масла. Посмотреть продукт →

Как производитель вакуумных насосов Рутса и лопастных машин, мы считаем, что это решение определяется не столько технологическими предпочтениями, сколько двумя цифрами: насколько чистым должен оставаться продукт и сколько стоит годовое обслуживание масла.

Практический контрольный список масел

Масло в пластинчато-роторном вакуумном насосе является одновременно и уплотнительным элементом, и смазкой, и охлаждающей жидкостью, и антикоррозийным барьером, что делает его важнейшим расходным материалом насоса. Управляйте этим соответственно:

• Используйте только тот сорт масла, который указан в руководстве по эксплуатации насоса; замещение — это ложная экономика на уровне вакуума.
• Еженедельно проверяйте уровень и цвет масла и одновременно записывайте динамику предельного давления.
• Запускайте газовый балласт после влажных партий или партий с высоким содержанием растворителей для удаления конденсата.
• Меняйте масло теплым, а вместе с ним меняйте и сепаратор масляного тумана.
• Относитесь к молочному, темному или пенистому маслу как к состоянию, которое необходимо прекратить и изучить, а не как к примечанию на следующий месяц.

При таком подходе нефтяная система становится дешевой страховкой, а не постоянным беспокойством. Если вы выбираете вакуумное оборудование для производства санитарно-гигиенической бумаги, установки очистки сточных вод или другого непрерывного процесса и хотели бы получить второе мнение по выбору или планированию технического обслуживания, связанного с маслом, наша команда инженеров поддерживает клиентов от выбора модели до установки и повторного обслуживания — привычка, основанная на тридцатилетнем опыте компании Roots и лопастного машинного наследия.