§ 39. Газы и пар. Понятие о вакууме Согласно молекулярно

Глава VII. В А К У У М Н А Я С У Ш К А
И ПРОПИТКА К О Н Д Е Н С А Т О Р О В
§ 39. Газы и пар. Понятие о вакууме
Согласно молекулярно-кинетической теории все окруж а ю щ и е нас в е щ е с т в а состоят из м о л е к у л и атомов, связ а н н ы х м е ж д у собой с и л а м и сцепления. В зависимости
от величины этих сил вещество находится в твердом,
ж и д к о м или г а з о о б р а з н о м состоянии.
Г а з о о б р а з н ы е вещества вследствие теплового д в и ж е ния и очень с л а б о й связи м е ж д у м о л е к у л а м и неспособны с а м о с т о я т е л ь н о с о х р а н я т ь ни форму, ни объем,
а всегда з а н и м а ю т все предоставленное им пространство.
Состояние г а з а о п р е д е л я ю т т р е м я его п а р а м е т р а м и —
д а в л е н и е м p , о б ъ е м о м V и т е м п е р а т у р о й Т, с в я з ь м е ж д у
которыми в ы р а ж а е т с я уравнением М е н д е л е е в а — К л а пейрона pV=RT, где R — постоянный коэффициент.
П о н я т и я о т е м п е р а т у р е и о б ъ е м е не требуют р а з ъ я с нения. Д а в л е н и е м о ж е т быть определено к а к сила, дейс т в у ю щ а я на единицу поверхности, с о п р и к а с а ю щ е й с я
с газом, и о б ъ я с н я е т с я тем, что д в и ж у щ и е с я м о л е к у л ы
у д а р я ю т с я об эту поверхность. Д а в л е н и е , производимое
газом на стенки сосуда, з а в и с и т от числа м о л е к у л в единице о б ъ е м а , их массы и скорости д в и ж е н и я .
З а единицу д а в л е н и я принят п а с к а л ь ( П а ) , что означает д а в л е н и е , в ы з ы в а е м о е силой в один ньютон ( Н ) ,
к о т о р а я р а в н о м е р н о р а с п р е д е л е н а по поверхности площ а д ь ю 1 м 2 . К р а т н ы м и е д и н и ц а м и д а в л е н и я с л у ж а т килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа).
Г а з о о б р а з н о е вещество н а з ы в а е т с я г а з о м , если его
т е м п е р а т у р а в ы ш е критической, и п а р о м , если его
т е м п е р а т у р а н и ж е критической.
Критическая
температура
данного вещества — э т о т а к а я т е м п е р а т у р а , в ы ш е которой вещество
м о ж е т н а х о д и т ь с я только в г а з о о б р а з н о м состоянии;
никаким с ж а т и е м п р е в р а т и т ь его в ж и д к о с т ь (сконденсировать) н е в о з м о ж н о .
Е с л и пар не находится в состоянии н а с ы щ е н и я ,
к нему применимы г а з о в ы е законы. Д л я н а с ы щ е н н ы х
паров с п р а в е д л и в о с т ь г а з о в ы х законов, с в я з а н н ы х с изменением п а р а м е т р о в п а р а (давления, о б ъ е м а , температуры), нарушается.
139
В природе и технике постоянно н а б л ю д а ю т с я взаимные п р е в р а щ е н и я ж и д к о с т и в п а р (испарение) и п а р а
в жидкость (конденсация).
Если испарение какого-либо вещества происходит
в з а м к н у т о м сосуде, через некоторое в р е м я наступает
состояние н а с ы щ е н и я , т. е. у с т а н а в л и в а е т с я постоянное
равновесное д а в л е н и е п а р а , несмотря на п р о д о л ж а ю щ е е с я испарение. Н а с ы щ е н и е наступает в тот момент,
когда количество и с п а р я ю щ и х с я из ж и д к о с т и молекул
в единицу времени с р а в н я е т с я с количеством молекул
п а р а , к о н д е н с и р у ю щ и х с я в ж и д к о с т ь за то же время.
П р и этом у с т а н а в л и в а ю т с я постоянные плотность и давление насыщенного п а р а при неизменной т е м п е р а т у р е .
Ж и д к о с т и и т в е р д ы е вещества имеют определенные
д а в л е н и я н а с ы щ е н н ы х паров, которые необходимо учит ы в а т ь в вакуумной технике.
В отличие от г а з а д а в л е н и е насыщенного п а р а м о ж но изменить только р е г у л и р у я его т е м п е р а т у р у . П р и
с ж а т и и или р а с ш и р е н и и насыщенного п а р а (без изменения т е м п е р а т у р ы ) д а в л е н и е его остается неизменным,
т а к к а к происходит соответственно или к о н д е н с а ц и я
части п а р а , или дополнительное испарение.
Когда при повышении т е м п е р а т у р ы источник п а р а
полностью испарится, пар перестает быть н а с ы щ е н н ы м
и при д а л ь н е й ш е м н а г р е в а н и и ведет себя к а к газ. Н а оборот, о х л а ж д е н и е ненасыщенного пара приводит к обр а з о в а н и ю насыщенного п а р а , а з а т е м к конденсации
в ж и д к о с т ь и уменьшению плотности и д а в л е н и я насыщенного п а р а .
Если в з а м к н у т о м о б ъ е м е с о д е р ж и т с я источник п а р а ,
а в различных участках объема температура различна,
д а в л е н и е насыщенного п а р а будет о п р е д е л я т ь с я наиболее низкой т е м п е р а т у р о й . В пространстве, отделенном
от источника п а р а н а и б о л е е холодной стенкой, д а в л е н и е
насыщенного п а р а источника у с т а н а в л и в а е т с я в полном
соответствии с т е м п е р а т у р о й этой холодной
стенки.
В пространстве же м е ж д у н а и б о л е е холодной стенкой
и источником п а р а , пока он не и с п а р и л с я полностью,
происходит перегонка источника п а р а из н а и б о л е е нагретого в н а и б о л е е о х л а ж д е н н ы й участок системы.
В а к у у м в переводе с латинского о з н а ч а е т «пустота».
В п р а к т и к е под в а к у у м о м понимают состояние разреженного г а з а , которое х а р а к т е р и з у е т с я д а в л е н и е м н и ж е
атмосферного (область д а в л е н и й н и ж е 105 П а ) .
140
В зависимости от степени р а з р е ж е н и я г а з а р а з л и чают низкий, средний и высокий вакуум. Эти понятия
я в л я ю т с я относительными и о п р е д е л я ю т с я соотношением м е ж д у средней длиной свободного пути молекул
и линейными р а з м е р а м и сосуда, в котором
заключен газ.
П о д средней длиной свободного пути молекул поним а ю т среднее расстояние, которое проходит м о л е к у л а
м е ж д у д в у м я с о у д а р е н и я м и при своем непрерывном хаотическом д в и ж е н и и . Если
с р е д н я я д л и н а свободного
пути м о л е к у л значительно меньше линейных р а з м е р о в
сосуда, т а к о е состояние г а з а н а з ы в а е т с я н и з к и м в а к у у м о м , если с р е д н я я д л и н а свободного пути м о л е к у л
з н а ч и т е л ь н о п р е в ы ш а е т линейные р а з м е р ы сосуда,—
высоким
вакуумом.
Р а з р е ж е н н о с т ь г а з а в сосуде, при которой с р е д н я я
д л и н а свободного пути молекул с р а в н и м а с л и н е й н ы м и
р а з м е р а м и сосуда, н а з ы в а е т с я с р е д н и м в а к у у м о м .
Очевидно, что чем
б о л ь ш е м о л е к у л в единице
о б ъ е м а , тем ч а щ е происходят их в з а и м н ы е с о у д а р е н и я
и тем меньший путь проходит м о л е к у л а м е ж д у д в у м я
соударениями. С л е д о в а т е л ь н о , с р е д н я я д л и н а свободного
пути молекул о б р а т н о п р о п о р ц и о н а л ь н а д а в л е н и ю г а з а .
В зависимости от соотношения м е ж д у средней длиной свободного пути и р а з м е р а м и сосуда изменяются
многие свойства г а з а и явления, происходящие в газовой среде. Н а п р и м е р , с повышением в а к у у м а увеличив а е т с я скорость испарения веществ. Н а и б о л ь ш а я скорость испарения вещества будет в высоком вакууме,
когда и с п а р и в ш и е с я м о л е к у л ы не в о з в р а щ а ю т с я на поверхность, с которой происходит испарение.
Удаление
г а з а из з а м к н у т о г о о б ъ е м а , с в я з а н н о е
с уменьшением в нем м о л е к у л я р н о й концентрации и д а в ления г а з а , н а з ы в а е т с я п р о ц е с с о м о т к а ч к и . Г а з
из сосудов у д а л я ю т с п е ц и а л ь н ы м и в а к у у м н ы м и насосами.
§ 40. Влажность материалов. Способы сушки
О к р у ж а ю щ и й нас атмосферный воздух всегда содерж и т некоторое количество водяного п а р а .
Если с р а в н и т е л ь н о сухой м а т е р и а л поместить во
в л а ж н ы й воздух, м а т е р и а л будет у в л а ж н я т ь с я , поглощ а я влагу из воздуха. С о д е р ж а н и е в л а г и на единицу
141
массы материала со временем будет повышаться, пока
не установится некоторое равновесное состояние в л а ж ности.
Наоборот, если в воздух той же относительной в л а ж ности поместить материал с высокой начальной в л а ж ностью, влажность материала будет уменьшаться, приб л и ж а я с ь т а к ж е к равновесному состоянию влажности.
Д л я разных материалов значения равновесной в л а ж ности при одном и том же значении относительной
влажности воздуха могут быть различными (рис. 51).
Большое влияние на влажность материала оказывает
температура. С повышением температуры равновесная
влажность понижается. Например, для конденсаторной
бумаги плотностью 0,8х10 3 кг/м 3 при относительной
влажности воздуха 60% с повышением температуры от
20 до 40° С равновесная влажность понижается от 9,5
до 7,3%.
Равновесная влажность материала при нормальной
температуре воздуха, относительная влажность которого
равна примерно 98%, называется в л а г о п о г л о щ а е м о с т ь ю м а т е р и а л а , определяется отношением массы влаги в материале Мв к массе абсолютно сухого материала М с и в ы р а ж а е т с я в процентах:
142
Малой влагопоглощаемостью обладают неполярные
материалы (стирофлекс, полипропилен, парафин и др.).
Весьма
заметной влагопоглощаемостью
отличаются
сильно полярные материалы, особенно содержащие в составе молекул гидроксильные группы ОН (целлюлоза).
На влагопоглодцаемость помимо химической природы
материала большое влияние оказывает его строение,
т. е. наличие и размер капиллярных промежутков внутри
материала, в которых накапливается влага.
Сильно пористые материалы (в частности, волокнистые) поглощают больше влаги, чем материалы плотного монолитного строения. К сильно пористым волокнистым материалам, широко применяемым в конденсаторостроении, относят конденсаторную и кабельную бумагу, электрокартон и др., исходным сырьем для которых является древесная целлюлоза (клетчатка). Волокнистое строение этих материалов объясняет большое
количество микрокапилляров в них радиусом г < 1 0 - 5 см
и м а к р о к а п и л л я р о в радиусом г > 1 0 - 5 см.
Микрокапилляры образуются зазорами между отдельными молекулами клетчатки и между пучками таких
молекул, называемых м и ц е л л а м и . М а к р о к а п и л л я р ы
образуются зазорами между скоплениями мицелл, представляющих собой элементарные волокна, называемые
ф и б р и л л а м и , и зазорами между волокнами, построенными из фибрилл.
Увлажнение волокнистых материалов на первой стадии происходит вследствие того, что молекулы воды
адсорбируются (поглощаются) внутренними и внешними
поверхностями мицелл. Эта влага удерживается молекулярным силовым полем и прочнее всего связана с материалом. Поглощение адсорбционной влаги связано с изменением
физико-механических
свойств материала
(сокращением объема волокон, выделением большого
количества тепла и уменьшением прочности м а т е р и а л а )
и происходит при относительной влажности воздуха до
80—90%.
Количество адсорбционно связанной влаги в материалах волокнистого строения по массе составляет 11 —15%.
Например, для сульфатной целлюлозы при температуре
25° С оно равно 11—12%.
В результате прочной связи адсорбционной влаги с
материалом изменяются и физические свойства этой влаги. Адсорбционная влага имеет более низкую температу143
ру замерзания, большую плотность и значительно меньшую диэлектрическую проницаемость. Так, например,
адсорбционно связанная влага торфа имеет плотность
1,3—2,4, замерзает при температуре —70° С, диэлектрическая проницаемость ее 2,2 вместо 81 у обычной свободной воды. Электропроводность адсорбционной влаги
практически равна нулю в отличие от электропроводности свободной воды.
Необходимо отметить, что не вся адсорбционно связанная влага имеет одинаковые свойства. Наиболее
прочно связан с материалом мономолекулярный слой
влаги (для конденсаторной бумаги он соответствует
влажности 2 — 3 % ) . Поэтому и свойства данного слоя влаги наиболее резко отличаются от свойств обычной воды.
Последующие слои адсорбционной влаги удерживаются
менее прочно, и свойства их постепенно приближаются
к свойствам свободной воды. Поглощение адсорбционной влаги связано с выделением большого количества
тепла.
На второй стадии увлажнения материал увлажняется
в результате капиллярной конденсации паров при относительной влажности воздуха от 80 до 100%. Пар конденсируется благодаря тому, что давление насыщенных
паров в капиллярах меньше давления насыщенных паров в окружающей среде. Давление насыщенных паров
в капиллярах тем меньше, чем меньше их радиус. Так,
например, при температуре 25° С в капилляре с радиусом 1,51х10- 7 см давление насыщенных паров воды на
50% ниже давления паров над плоской поверхностью,
а в капилляре с радиусом 1х10- 5 см — не отличается от
давления насыщенных паров над плоской поверхностью.
Поэтому пары воды конденсируются сначала в более узких капиллярах. При возрастании давления пара в окружающей среде влага конденсируется и в капиллярах
увеличенного радиуса, что и объясняет рост количества
воды, поглощаемой при повышении относительной влажности воздуха. Дальнейшее увлажнение материала возможно лишь в случае его непосредственного соприкосновения с водой.
Процесс удаления влаги сопровождается нарушением
связи ее с материалом, на что затрачивается определенная энергия.
При производстве силовых конденсаторов обычно
имеют дело с сушкой бумаги, влагосодержание которой
144
8—10%, т. е. с удалением лишь адсорбционно связанной
влаги.
Сушка материалов является теплофизическим процессом удаления поглощенной влаги, сопровождающимся
изменением технологических свойств материала.
Сушку материалов используют для различных целей:
улучшения
структурно-механических и
термических
свойств (кирпича, древесины, изоляционных материалов), увеличения теплотворной способности топлива,
консервирования и хранения пищевых продуктов, улуч
шения электрических свойств изоляционных материалов
и т. д.
На практике применяют следующие способы удаления
влаги из материалов: физико-химический, механический и
тепловой.
Ф и з и к о - х и м и ч е с к и й с п о с о б основан н а поглощении влаги такими веществами, как хлористый кальций, известь, серная кислота, силикагель и др., обладающие большой способностью поглощать влагу из окружающей среды.
В некоторых случаях этот способ применяют для удаления влаги из газов и жидкостей.
М е х а н и ч е с к и й с п о с о б основан н а удалении
влаги из очень влажных материалов путем прессовки, отжима, центрифугирования и применяется в текстильной,
бумажной и других отраслях промышленности.
Т е п л о в о й с п о с о б основан н а удалении влаги и з
материала конденсацией, выпариванием и испарением.
Сушку конденсацией используют преимущественно
для сушки влажных газов, сопровождающейся их охлаждением. Газ пропускают через холодильник с температурой более низкой, чем точка росы влажного газа. Пары,
охлаждаясь, конденсируются, в результате чего уменьшается влагосодержание газа.
Сушка выпариванием состоит в том, что влага в материале доводится до температуры кипения, соответствующей давлению окружающего воздуха. Помимо давления температура кипения зависит от характера соединения влаги с материалом. В капиллярно-пористых материалах жидкость начинает кипеть при более низкой температуре, чем жидкость в сосуде, при одинаковом барометрическом давлении. И чем меньше радиус капилляров,
тем ниже температура кипения. В случае интенсивного
нагрева жидкость в капиллярах приходит в состояние
145
интенсивного п а р о о б р а з о в а н и я (кипения) при температуре з н а ч и т е л ь н о м е н ь ш е 100° С д а ж е в у с л о в и я х н о р м а л ь ного барометрического д а в л е н и я .
П р о ц е с с сушки м о ж е т б ы т ь з н а ч и т е л ь н о у с к о р е н созд а н и е м в а к у у м а в сосуде с в ы с у ш и в а е м ы м м а т е р и а л о м .
При этом с н и ж а е т с я точка кипения в л а г и в м а т е р и а л е
и обеспечивается интенсивный отвод в ы д е л я ю щ и х с я паров. С у ш к а в в а к у у м е в сочетании с высокими температ у р а м и обеспечивает высокую степень высушиваемости
м а т е р и а л а . Так, например, силовые к о н д е н с а т о р ы сушат
при 120—130° С и д а в л е н и и 1 Па и ниже.
С у ш к а в ы п а р и в а н и е м с в я з а н а с потреблением тепла,
необходимого д л я п р е в р а щ е н и я в л а г и м а т е р и а л а в пар.
Д л я подвода тепла с л у ж и т н а г р е т ы й в о з д у х или г а з ы ,
н а г р е т ы е р а з н ы м и способами м е т а л л и ч е с к и е поверхности,
с о п р и к а с а ю щ и е с я с м а т е р и а л о м или и з л у ч а ю щ и е на него
тепло на расстоянии, диэлектрический н а г р е в и др. О б р а з у ю щ и е с я п а р ы о т в о д я т с я воздухом, г а з а м и или путем откачки.
П р и нагреве от внешних тепловых источников полученное поверхностью м а т е р и а л а т е п л о б л а г о д а р я теплопроводности м а т е р и а л а п е р е д а е т с я его внутренним слоям, т. е. происходит теплообмен. В этом с л у ч а е т е м п е р а тура поверхностных слоев м а т е р и а л а в ы ш е т е м п е р а т у ры внутренних слоев.
Вместе с теплообменом в м а т е р и а л е и м е ж д у материалом и о к р у ж а ю щ е й средой происходит влагообмен. В л а га из внутренних слоев м а т е р и а л а постепенно передвигается к н а р у ж н ы м слоям, где она и с п а р я е т с я и в виде п а р а
у д а л я е т с я в атмосферу. И с п а р е н и е в л а г и начинается с
н а р у ж н ы х слоев м а т е р и а л а , в р е з у л ь т а т е чего в течение
всей сушки в л а ж н о с т ь внутренних слоев м а т е р и а л а ост а е т с я в ы ш е в л а ж н о с т и н а р у ж н ы х слоев. Т а к и м перепадом в л а ж н о с т и , д е й с т в у ю щ и м от ц е н т р а к н а р у ж н ы м слоям, и о б ъ я с н я е т с я в основном перемещение в л а г и внутри м а т е р и а л а . В л а г о о б м е н м е ж д у м а т е р и а л о м и окруж а ю щ е й средой в ы з ы в а е т с я р а з н о с т ь ю п а р ц и а л ь н ы х д а в лений п а р а у поверхности м а т е р и а л а и в о к р у ж а ю щ е й
среде. Ч т о б ы происходило испарение, п а р ц и а л ь н о е давление п а р а в о к р у ж а ю щ е й среде д о л ж н о б ы т ь н и ж е парц и а л ь н о г о д а в л е н и я п а р а у поверхности м а т е р и а л а . Теплообмен и влагообмен тесно с в я з а н ы м е ж д у собой
и о п р е д е л я ю т скорость сушки, ее качество и экономичность.
146
§ 41. Назначение вакуумной сушки
и пропитки конденсаторов
П р и м е н я е м а я д л я изготовления
конденсаторов конденсаторная бумага в нормальных условиях содержит
примерно 10% в л а г и по м а с с е и 15—45% воздуха по объему. Б у м а г а с т а к и м с о д е р ж а н и е м воздуха и в особенности
в л а г и х а р а к т е р и з у е т с я очень низкими э л е к т р о и з о л я ц и о н ными свойствами и поэтому не м о ж е т быть применена в
качестве д и э л е к т р и к а в конденсаторах. По мере у д а л е н и я
в л а г и э л е к т р о и з о л я ц и о н н ы е свойства б у м а г и у л у ч ш а ются.
Д л я сухой бумаги э л е к т р и ч е с к а я прочность при переменном токе д о с т и г а е т 30—60 В/мкм, т а н г е н с у г л а диэлектрических потерь у м е н ь ш а е т с я до 0,10—0,12%, а
у д е л ь н о е сопротивление в о з р а с т а е т д о значений п о р я д к а
1015 Ом х м. С л е д о в а т е л ь н о , д л я получения конденсаторов
с высокими э л е к т р и ч е с к и м и х а р а к т е р и с т и к а м и из б у м а ж ного д и э л е к т р и к а п р е ж д е всего д о л ж н а б ы т ь полностью
у д а л е н а в л а г а . О д н а к о у д а л е н и е и з д и э л е к т р и к а только
в л а г и не м о ж е т обеспечить высокое к а ч е с т в о конденсаторов, т а к к а к с о д е р ж а щ и й с я в порах б у м а г и воздух отличается низкой по сравнению с к л е т ч а т к о й электрической
прочностью. П о э т о м у воздух, к а к и в л а г а , т а к ж е долж е н быть полностью у д а л е н из пор бумаги. Синтетические пленки н е с о д е р ж а т влаги. О д н а к о д л я п о в ы ш е н и я
диэлектрических свойств необходимо у д а л я т ь адсорбир о в а н н у ю на поверхности пленки в л а г у и воздух, содержащиеся между слоями диэлектрика. Наиболее эффективным способом у д а л е н и я в л а г и и воздуха я в л я е т с я вак у у м н а я с у ш к а конденсаторов.
П о с л е у д а л е н и я в л а г и и воздуха конденсаторы проп и т ы в а ю т ж и д к и м и д и э л е к т р и к а м и , которые, з а п о л н я я
свободные от в л а г и и воздуха поры б у м а г и и з а з о р ы м е ж ду с л о я м и д и э л е к т р и к а , в значительной степени повышают их э л е к т р и ч е с к у ю прочность. Это происходит потому,
что э л е к т р и ч е с к а я прочность п р о п и т ы в а ю щ и х ж и д к о с т е й
в ы ш е электрической прочности воздуха.
К р о м е того, п р о п и т ы в а ю щ и е жидкости, о б л а д а ю щ и е
более высокой по сравнению с воздухом диэлектрической
проницаемостью, у в е л и ч и в а ю т диэлектрическую проницаемость бумаги. Б л а г о д а р я этому емкость к о н д е н с а т о р а
после пропитки т а к ж е увеличивается. П р и пропитке мин е р а л ь н ы м м а с л о м с диэлектрической проницаемостью
147
2,2 емкость к о н д е н с а т о р а у в е л и ч и в а е т с я в 1,5—1,7 р а з а ,
а при пропитке Т Х Д с диэлектрической проницаемостью
5—5,9 емкость к о н д е н с а т о р а в о з р а с т а е т в 2—2,5 р а з а .
П р о ц е с с в а к у у м н о й сушки и пропитки з а н и м а е т до
80% всего технологического времени изготовления силовых конденсаторов и с в я з а н с большой з а т р а т о й энергии
при у д а л е н и и в л а г и из бумаги. Этот процесс я в л я е т с я
н а и б о л е е ответственным этапом технологии производства конденсаторов, т а к к а к он г л а в н ы м о б р а з о м определяет качество и н а д е ж н о с т ь конденсаторов в э к с п л у а т а ц и и .
§ 42. Установки для термовакуумной сушки
и пропитки конденсаторов
ров, используют более простые установки (рис. 5 3 ) . П р и
этом в у с т а н о в к а х окончательной сушки и пропитки отп а д а е т необходимость в конденсаторе в л а г и и влагосборнике.
Основным видом оборудования, в х о д я щ е г о в состав
к а ж д о й установки, я в л я ю т с я т е р м о в а к у у м н ы й ш к а ф д л я
сушки и пропитки конденсаторов, в а к у у м н ы е насосы,
конденсаторы в л а г и и паров п р о п и т ы в а ю щ е й жидкости.
К р о м е того, установку о с н а щ а ю т р а з л и ч н о й измерительной и р е г у л и р у ю щ е й а п п а р а т у р о й .
Т е р м о в а к у у м н ы е у с т а н о в к и р а з м е щ а ю т в специальных з д а н и я х и с н а б ж а ю т подъемно-транспортными сред-
Д л я сушки и пропитки конденсаторов применяют терм о в а к у у м н ы е установки периодического действия, в которых сушка и пропитка происходят в одном и том же ш к а -
фу. К а ж д ы й р а з после сушки и пропитки одной партии
конденсаторов в ш к а ф з а г р у ж а е т с я новая партия. Схема одной из п р о м ы ш л е н н ы х установок п о к а з а н а на
рис. 52.
Если применяют п р е д в а р и т е л ь н у ю сушку конденсато148
с т в а м и д л я з а г р у з к и и выгрузки конденсаторов. Ц е х термовакуумной сушки и пропитки конденсаторов п о к а з а н
на рис. 54.
В н а с т о я щ е е в р е м я процесс сушки и пропитки максим а л ь н о а в т о м а т и з и р у ю т . К а ж д у ю т а к у ю установку снабж а ю т пультом у п р а в л е н и я , где р а з м е щ а ю т приборы д л я
измерения т е м п е р а т у р ы и в а к у у м а . Все приборы на пульте с в я з ы в а ю т общей схемой а в т о м а т и к и , к о т о р а я обеспечивает непрерывный к о н т р о л ь за в а к у у м о м и температурой и п о д д е р ж и в а е т их на уровне, установленном технологическим процессом. А в т о м а т и з и р о в а н н ы е у с т а н о в к и
п о з в о л я ю т без в м е ш а т е л ь с т в а о б с л у ж и в а ю щ е г о персонала о с у щ е с т в л я т ь наивыгоднейший р е ж и м сушки, а т а к ж е
производить з а л и в к у , пропитку, осушку и о х л а ж д е н и е
конденсаторов перед выгрузкой.
На пультах размещают т а к ж е защитную аппаратуру,
п о з в о л я ю щ у ю при перерыве подачи электроэнергии, тепл о н о с и т е л я или о х л а ж д а ю щ е й воды о т к л ю ч а т ь насосы и
автоматически з а к р ы в а т ь соответствующие з а т в о р ы установки. З а щ и т н а я а п п а р а т у р а н е только п р е д о т в р а щ а е т
149
выход из строя насосов, но и позволяет с р а в н и т е л ь н о
длительное время поддерживать в шкафу установленный
в а к у у м и т е м п е р а т у р у без н а р у ш е н и я р е ж и м а о б р а б о т к и
конденсаторов.
П р и в а к у у м н о й с у ш к е и пропитке конденсаторов стремятся к снижению д а в л е н и й до 1 0 - 1 — 1 0 - 2 П а . П р и м е н е ние в а к у у м а при т а к и х остаточных д а в л е н и я х позволяет
Д л я т е р м о в а к у у м н о й сушки и пропитки конденсаторов п р и м е н я ю т ш к а ф ы прямоугольной ф о р м ы .
На рис. 55 п о к а з а н типовой п р я м о у г о л ь н ы й т е р м о в а куумный ш к а ф с полезным объемом 12 м 3 , п р е д с т а в л я ю щий собой с в а р н у ю конструкцию из листовой стали.
получать конденсаторы с высокими и с т а б и л ь н ы м и х а р а к теристиками. Необходимость получения столь высокого
в а к у у м а в у с т а н о в к а х д л я сушки и пропитки конденсаторов п о т р е б о в а л а применения насосов трех видов: механических с м а с л я н ы м уплотнением, д в у х р о т о р н ы х и бустерных.
В н а с т о я щ е е в р е м я освоено производство специальных высокопроизводительных в а к у у м н ы х насосов, запорной а р м а т у р ы и р е г у л и р у ю щ е й а п п а р а т у р ы , которые
д о л ж н ы полностью удовлетворить потребности конденсаторного производства.
С одной торцовой стороны он с н а б ж е н герметически зак р ы в а ю щ е й с я крышкой. В верхнюю стенку ш к а ф а вварены ввод д л я подключения в а к у у м н ы х насосов и патрубки д л я впуска п р о п и т ы в а ю щ е й ж и д к о с т и , подключения
измерительной
аппаратуры
(чтобы
измерять
т е м п е р а т у р у и в а к у у м ) и впуска воздуха из атмосферы.
В н и ж н ю ю часть ш к а ф а в в а р е н патрубок, через который
сливают п р о п и т ы в а ю щ у ю ж и д к о с т ь после пропитки конденсаторов. Д л я н а б л ю д е н и я за процессом сушки и пропитки конденсаторов ш к а ф имеет шесть смотровых окон,
р а с п о л о ж е н н ы х на к р ы ш к е и задней стенке.
Все стенки ш к а ф а по н а р у ж н о й поверхности опоясаны
П - о б р а з н ы м и р е б р а м и жесткости. Р е б р а жесткости герметично п р и в а р е н ы к с т е н к а м и вместе с ними о б р а з у ю т
к а н а л ы , по которым пропускают теплоноситель д л я обо-
150
§ 43. Термовакуумный шкаф
151
грева ш к а ф а . В качестве теплоносителя п р и м е н я ю т водяной пар или специальную ж и д к о с т ь .
К р ы ш к а ш к а ф а имеет самостоятельный обогреватель.
Теплоноситель д л я обогрева к р ы ш к и подают при помощи
гибких шлангов. К а н а л ы ш к а ф а и к р ы ш к и р а с с ч и т а н ы на
рабочее д а в л е н и е теплоносителя 5х 10 5 Па и рабочую
т е м п е р а т у р у 150° С.
В соответствии с т р е б о в а н и я м и К о т л о н а д з о р а к а н а л ы
ш к а ф а при испытаниях д о л ж н ы в ы д е р ж и в а т ь гидравлическое д а в л е н и е 9 х 1 0 5 П а . И х часто используют д л я
о х л а ж д е н и я конденсаторов после окончания сушки перед
заливкой, а т а к ж е после пропитки, что позволяет сократить в р е м я процесса. С н а р у ж и весь ш к а ф и к р ы ш к а обм у р о в а н ы теплоизоляцией.
Д л я з а г р у з к и конденсаторов на сушку и пропитку
внутри ш к а ф а п о м е щ а ю т прямоугольную п л а т ф о р м у ,
к о т о р а я м о ж е т свободно п е р е д в и г а т ь с я по р е л ь с а м , укрепленным на нижней стенке ш к а ф а . К о н д е н с а т о р ы
м о ж н о з а г р у ж а т ь к а к непосредственно на п л а т ф о р м у ,
т а к и в ванну, у с т а н а в л и в а е м у ю на этой п л а т ф о р м е . Д л я
слива ж и д к о с т и после пропитки в д н е ванны предусмотрен сливной патрубок, соединяемый со сливным патрубком ш к а ф а , что позволяет у д а л я т ь п р о п и т ы в а ю щ у ю
жидкость, не о т к р ы в а я крышки.
П о с к о л ь к у ш к а ф п р е д н а з н а ч е н д л я р а б о т ы при высоком в а к у у м е (до 10- 2 П а ) и т е м п е р а т у р е до 150° С,
к нему п р е д ъ я в л я ю т высокие т р е б о в а н и я в отношении
герметичности. Р а з ъ е м н ы е и н е р а з ъ е м н ы е места уплотнений в виде ф л а н ц е в ы х соединений и с в а р н ы х швов
в ы п о л н я ю т с особой т щ а т е л ь н о с т ь ю . Б о л ь ш у ю трудность
п р е д с т а в л я е т обеспечение н а д е ж н о г о уплотнения ш к а ф а
с крышкой, т а к к а к д л и н а уплотнения по периметру сос т а в л я е т около 9 м.
Р а з ъ е м н ы е соединения ш к а ф о в , используемых д л я
пропитки к о н д е н с а т о р о в м а с л а м и , у п л о т н я ю т при помощи масло- и температуростойкой резины. В ш к а ф а х ,
п р и м е н я е м ы х д л я пропитки конденсаторов х л о р и р о в а н ными д и ф е н и л а м и , р а з ъ е м н ы е соединения у п л о т н я ю т
силиконовой резиной, т а к к а к о б ы ч н а я резина при соприкосновении с х л о р и р о в а н н ы м и д и ф е н и л а м и или их п а р а ми быстро р а з р у ш а е т с я и з а г р я з н я е т п р о п и т ы в а ю щ у ю
ж и д к о с т ь . Ч т о б ы обеспечить н а д е ж н о е уплотнение, резину з а к л а д ы в а ю т в специально проточенные и прошлифованные п а з ы мест соединения. Д л я обеспечения с ж а т и я
152
резины в п р е д е л а х упругой д е ф о р м а ц и и предусмотрены
ограничители.
Внутренняя поверхность ш к а ф а , а т а к ж е поверхности
всех д е т а л е й , н а х о д я щ и х с я внутри него (ванны, платф о р м ы ) , д о л ж н ы быть хорошо о б р а б о т а н ы . Н а л и ч и е на
этих поверхностях шероховатостей и раковин з а т р у д н я е т
получение высокого в а к у у м а вследствие их газовыделения.
П р и м е н я ю т т а к ж е ш к а ф ы с электрическим обогревом.
В этом случае ш к а ф ы в ы п о л н я ю т одностенными. Н а г р е в а т е л ь н ы е э л е м е н т ы в виде стальных труб р а с п о л о ж е н ы
на внутренних поверхностях ш к а ф а , м е ж д у ними и стенк а м и ш к а ф а н а х о д я т с я листы из а л ю м и н и я или белой
ж е с т и д л я о т р а ж е н и я лучистой энергии к к о н д е н с а т о р а м .
Ш к а ф ы с э л е к т р и ч е с к и м обогревом п о з в о л я ю т автоматически р е г у л и р о в а т ь т е м п е р а т у р у . В то же в р е м я повыш а е т с я электроопасность о б с л у ж и в а н и я и не обеспечивается р а в н о м е р н о е р а с п р е д е л е н и е т е м п е р а т у р ы в процессе сушки конденсаторов, что ограничивает использование этих ш к а ф о в .
§ 44. Газобалластный вакуумный насос ВН-6Г
В у с т а н о в к а х д л я т е р м о в а к у у м н о й сушки и пропитки
конденсаторов из механических насосов применяют преимущественно золотниковые насосы В Н - 6 Г с г а з о б а л л а стным устройством. Их используют и самостоятельно
д л я непосредственной откачки паровоздушной смеси из
ш к а ф а , и д л я с о з д а н и я ф о р в а к у у м а при р а б о т е насосов
более высокого в а к у у м а . Устройство и принцип действия
золотниковых насосов п о к а з а н ы на рис. 56. На в а л эксцентрично н а с а ж е н ротор 2, з а к л ю ч е н н ы й в обойму 1, от
которой отходит открытый с в е р х у полый п а р а л л е л е п и пед 5 с отверстиями 7 в одной из его широких боковых
сторон. Во в р е м я в р а щ е н и я ротора обойма катится, частично п р о с к а л ь з ы в а я по стенке к а м е р ы с т а т о р а 8,
а параллелепипед совершает колебательные движения,
скользя вверх и вниз в золотнике 6. П р и т а к о м д в и ж е н и и
обойма одновременно выполняет двойную р а б о т у — всасывает о т к а ч и в а е м ы й газ через верхнее отверстие п а р а л лелепипеда и отверстие 7 и в ы б р а с ы в а е т его через патрубок 4 с к л а п а н о м 3.
Н а с о с ы обычной конструкции непригодны д л я откачки паров воды, т а к к а к в период с ж а т и я о т к а ч и в а е м ы е
153
пары полностью или частично конденсируются в камере
сжатия. Конденсация паров происходит потому, что при
температуре работающего насоса ( ~ 60° С) не могут
быть достигнуты давления паровоздушной смеси, необходимые д л я открытия выпускного к л а п а н а до образования насыщенных паров.
О б р а з у ю щ а я с я вода остается в насосе и, у в л а ж н я я
масло, снижает его вязкость. Увлажненное
(в виде
эмульсии) масло проникает на сторону впускного патрубка и, испаряясь,
снова попадает в сосуд,
из которого производится
откачка. М е ж д у упругостью паров воды в насосе
и в сосуде устанавливается равновесие, которое
приводит к прекращению
откачки. Кроме того, вода растворяет и активирует кислоты, содержащиеся в масле, в результате
происходит окисление и
осмоление масла и металлических деталей насоса,
что вызывает снижение
предельного вакуума насоса и выход из строя самого насоса. Поэтому механические насосы, предназначенные для откачки газов с парами воды, снабжаются газобалластными устройствами и называются г а з о б а л л а с т н ы м и , конденсация откачиваемого пара в
которых предотвращается тем, что через специальное
отверстие в камеру с ж а т и я вводится воздух из атмосферы (балластный г а з ) , создающий давление, необходимое д л я открытия выпускного к л а п а н а до наступления
конденсации паров.
Атмосферный воздух вводится в камеру в момент начала периода с ж а т и я . При сжатии давление в камере
будет складываться из парциальных давлений откачиваемых паров и газов и давления балластного газа. Количество впускаемого воздуха регулируется специальным
дозирующим устройством таким образом, чтобы давле154
ние, достаточное д л я открытия выпускного клапана, достигалось прежде, чем парциальное давление паров
станет равным давлению насыщения.
Насос ВН-6Г представляет собой вращательный двухроторный (двухплунжерный) параллельного действия
насос с масляным уплотнением, водяным охлаждением
и принудительной смазкой, который состоит из трех основных частей, смонтированных на общей чугунной фундаментной плите: самого насоса, электродвигателя и
бака д л я масла с отстойником.
Во избежание конденсации паров воды при их сжатии
насос снабжен газобалластным устройством д л я впуска
атмосферного воздуха (балластного г а з а ) в роторные
камеры.
Стенки корпуса насоса выполнены полыми для подачи о х л а ж д а ю щ е й воды. Вода подается в нижнюю часть
корпуса, а сливается из верхней части. Трубопровод,
подводящий о х л а ж д а ю щ у ю воду, снабжен вентилем д л я
регулирования подачи воды.
Б а к д л я масла предназначен для принудительной
подачи масла в насос и отделения откачиваемого насосом
газа от масла. Устройство насосов ВН-6Г подробно приводится в техническом описании и инструкции по эксплуатации.
Основные характеристики насоса ВН-6Г приведены
в табл. 10. Газобалластное устройство позволяет насосу
перекачивать пары воды с давлением на входе в насос
до 670 Па. Насос способен перекачивать в 1 ч такое количество паров, которое соответствует 2,5 л воды.
Д л я герметизации уплотнения и смазки механизмов
насоса используют масло ВМ-4. Расход о х л а ж д а ю щ е й
воды с температурой на входе в насос от 8 до 18° С составляет 700—1000 л/ч.
Приводом насоса служит асинхронный электродвигатель трехфазного переменного тока с короткозамкнутым
ротором на напряжение сети 220/380 В. П о т р е б л я е м а я
насосом мощность (1) и средняя быстрота откачки (2)
в зависимости от создаваемого им вакуума показаны на
рис. 57.
При непрерывной откачке газа и паровоздушной смеси от давления 105 Па (атмосферного) объем откачиваемого сосуда может быть до 20 м 3 , если натекание атмосферного воздуха в сосуд отсутствует. В случае откачки
из сосуда емкостью более 20 м 3 давление во входном от155
проверить и убедиться, что вентили масломерного
стекла и верхний вентиль отстойника открыты (масла
в баке достаточно, если его уровень в масломерном стекле виден в пределах прорези к о ж у х а ) ;
открыть вентиль трубопровода, подводящего к насосу о х л а ж д а ю щ у ю воду;
верстии насоса может превышать 13 к П а в течение не
более 5 мин. Д л и т е л ь н а я непрерывная откачка при давлении во всасывающем отверстии выше 13 к П а не допускается.
Если откачивают сосуды больших объемов, давление
во входном отверстии в допустимых пределах обычно
регулируют постепенным открыванием вакуумных клапанов, устанавливаемых между насосом и сосудом.
Пуск насоса необходимо производить в следующем
порядке:
156
включить электродвигатель насоса, после чего не
позже чем через минуту открыть вентиль масляного
трубопровода; если вентиль масляного трубопровода
был открыт и масло из бака натекло в насос, он не мож е т быть пущен без предварительного удаления этого
масла (для удаления избытка масла необходимо открыть вентиль масляного трубопровода и повернуть
шкив насоса на 10—15 полных оборотов вручную усилием двух человек с помощью рычага длиной 1200 мм;
масло из насоса будет поступать в бак, что можно проверить по повышению уровня масла в масломерном стекл е ) ; только после перекачки избытка масла из насоса
в бак включают электродвигатель;
открыть дозатор, повернув его маховичок против часовой стрелки (количество делений, на которое должен
быть повернут маховичок, определяется давлением откачиваемых паров воды; при давлении паров воды на входе в насос 100—670 Па маховичок повертывают на все
10 делений, т. е. на один полный оборот);
157
открыть клапан трубопровода, соединяющего насос
с откачиваемой системой (клапан открывают через 1 ч
после пуска насоса, чтобы обеспечить его прогрев и исключить возможность конденсации паров воды в начале
работы).
Остановку насоса необходимо производить в такой
последовательности:
перекрыть клапан трубопровода, соединяющего насос
с откачиваемой системой;
перекрыть дозатор, т. е. повернуть его маховичок по
часовой стрелке до отказа;
перекрыть вентиль масляного трубопровода и не позже чем через 30 с остановить насос (выключить электродвигатель) ;
перекрыть вентиль трубопровода, подводящего воду
к насосу.
Соблюдение указанного порядка пуска и остановки
насоса во избежание аварии является обязательным.
Кроме того, в процессе работы насоса необходимо:
постоянно содержать насос в чистоте;
не допускать попадания твердых частиц в насос,
в противном случае он может быть выведен из строя;
систематически следить за уровнем масла в баке
и периодически заменять его, т а к к а к с течением времени масло загрязняется и у в л а ж н я е т с я ;
периодически промывать бак; для удобства снимают
крышку бака и разбирают маслоотбойник;
систематически следить за тем, чтобы вентили масломерного стекла всегда были открыты (иначе уровень
масла в масломерном стекле не будет соответствовать
уровню масла в баке, что может привести к а в а р и и ) ;
систематически следить за охлаждением, не допуская
перегрева насоса (подача воды в насос д о л ж н а быть
отрегулирована так, чтобы температура масла в баке
не превышала 8 0 ° С ) ;
проверять состояние ремней и в случае необходимости заменять их новыми;
своевременно открывать и устанавливать на необходимое деление дозатор (при откачке паров воды во избежание увлажнения масла в насосе) и не реже одного
р а з а В день промывать сетку на его впускном отверстии; в случае увлажнения масла в насосе, что обнаруж и в а ю т по ухудшению вакуума и но изменению внешнего вида масла, надо открыть дозатор полностью (уско158
рить удаление воды из масла можно перекрытием клапана на трубопроводе, соединяющем насос с откачиваемой системой, при работе насоса на себя с полностью
открытым д о з а т о р о м ) ; об удалении воды из масла можно судить по восстановлению остаточного давления, которое при работе насоса на себя при полностью открытом дозаторе не должно превышать 130 П а ;
периодически сливать воду из отстойника; вентиль
для слива воды из отстойника надо открывать, перекрыв
предварительно его верхний вентиль (в противном случае в открытый нижний вентиль будет поступать наружный воздух и, перемешивая масло с водой, увлекать
воду из отстойника в бак, что может привести к ухудшению вакуума в системе);
периодически с помощью металлического стержня
прослушивать работу насоса; при обнаружении биений
во избежание аварии необходимо остановить насос д л я
осмотра.
В последнее время р а з р а б о т а н а новая серия однои двухступенчатых газобалластных насосов НВЗ (насос
вакуумный золотниковый), изготовленных взамен насосов В Н - 4 Г и ВН-6Г. Технические характеристики этих
насосов приведены т а к ж е в табл. 10. В отличие от
ВН-4Г и ВН-6Г насосы новой серии допускают парциальное давление паров воды на входе в насос 2,35 к П а
вместо 0,67 к П а . Эти насосы унифицированы, в них улучшены уплотнения между к а м е р а м и и система смазки,
а т а к ж е уменьшены масса и габариты. Насосы в двухступенчатом варианте позволяют получить предельное
остаточное давление по воздуху на два порядка ниже.
§ 45. Двухроторные вакуумные насосы
В процессе вакуумной сушки конденсаторов, когда
работа газобалластных вакуумных насосов становится
неэффективной, используют
двухроторные вакуумные
насосы, устройство которых показано на рис. 58. Рабочая к а м е р а 4 насосов образуется корпусом 3 и профильными роторами 1, синхронно в р а щ а ю щ и м и с я в противоположных направлениях.
Форма и синхронное вращение роторов подобраны
таким образом, чтобы между самими роторами, а т а к ж е
между роторами и стенками корпуса постоянно сохранялся небольшой зазор (0,1—0,15 мм), не уплотняемый
159
маслом. При вращении роторы поочередно захватывают
порцию газа со стороны впускного отверстия 5 и выталкивают его в выпускное отверстие 2.
Чтобы через зазоры в откачиваемый объем не проходило большое количество газа, на стороне выпускного
отверстия создают форвакуум.
Работа насосов становится эффективной, если на стороне выпускного отверстия достигается остаточное давление не выше 100 Па, поскольку длина
свободного пути молекул газа
становится сравнима с шириной зазоров или выше ее. В качестве форвакуумных насосов
применяют механические вакуумные насосы. Двухроторные насосы допускают боль-
шую частоту вращения (до 3000 об/мин), имеют быстроту действия до 5000 л/с и при достаточно низком выпускном давлении позволяют достигать предельного остаточного давления 1—0,1 Па.
160
При вакуумной сушке конденсаторов используют насосы 6ДВН-500 (рис. 59) и 6ДВН-1500 для откачки паровоздушной смеси в шкафах при давлении от 400 до
10 Па, техническая характеристика которых приведена
ниже. Д л я создания форвакуума применяют насос
ВН-6Г.
Зависимость потребляемой мощности и быстроты откачки насосов от давления приведена на рис. 60. Обслуживание насоса во время работы сводится к наблюдению за давлением на входе в него, уровнями масла,
подачей охлаждающей воды и характером его шума.
Резкое изменение шума в насосе свидетельствует о неисправностях.
161
§ 46. Бустерные насосы
Бустерный — это средневакуумный пароструйный насос, работающий на использовании откачивающего действия струи пара рабочей жидкости как за счет диффузии газа в струю, т а к и благодаря турбулентно-вязкостному увлечению газа.
На рис. 61 показано устройство двухступенчатого
пароструйного насоса. Р а б о ч а я жидкость 7 в испарителе
нагревается подогревателем
8. Образующийся пар поднимается по паропроводам
5 и 6 и со скоростью, превышающей скорость звука, через зонтичные сопла первой
2 и второй 4 ступеней выходит в виде струй, направленных под углом к о х л а ж д а е мой стенке 3 насоса.
Насос соединяется с сосудом впускным отверстием
/, через которое молекулы
откачиваемого газа диффундируют в струю пара и уносятся ею. Струя пара вместе
с захваченными молекулами
газа н а п р а в л я е т с я на стенки, о х л а ж д а е м ы е проточной водой, где пары конденсируются и каплями стекают в испаритель. Таким образом
в насосе обеспечена непрерывная циркуляция рабочей
жидкости. Газ, увлеченный первой струей пара, проникает во вторую струю, действие которой аналогично первой.
Из второй струи газ выбрасывается через выпускной
патрубок 9 и у д а л я е т с я обычно механическим насосом
предварительного разрежения. Чтобы пары рабочей жидкости не проходили вместе с откачиваемым газом через
выпускной патрубок, он т а к ж е о х л а ж д а е т с я проточной
водой.
Предельное остаточное давление, быстрота действия,
и другие параметры насосов зависят от их конструкции
и свойств рабочих жидкостей, в качестве которых применяют ртуть или органические масла. Современные пароструйные насосы обеспечивают скорость откачки от
100 до 10 000 л/с и выше.
162
Из бустерных насосов в термовакуумных установках
применяют многоступенчатые насосы БН-2000 и БН-4500,
предназначенные д л я удаления остатков влаги и газов
при вакуумной сушке и пропитке конденсаторов. В последнее время р а з р а б о т а н ы новые бустерные насосы
Н В Б М (насос вакуумный бустерный паромасляный) взамен существующих. Техническая характеристика этих
насосов приведена ниже.
Насосы БН-2000 и БИ-4500 включают в работу после того, к а к из конденсаторов механическими насосами предварительно удаляют основную массу влаги
и остаточное давление в ш к а ф у доведут до 10—30 П а .
163
При использовании бустерных насосов возможно получать в ш к а ф а х остаточное давление в конце сушки 1—
0,1 Па и, следовательно, ускорять и значительно улучшать сушку конденсаторов. Зависимость быстроты откачки от создаваемого насосом остаточного давления
показана на рис. 62.
Д л я работы насос устанавливают вертикально. Перед установкой его необходимо полностью разобрать,
тщательно промыть все детали паропровода, маслоотра-
ж а т е л я , ловушки и внутренней части корпуса четыреххлористым углеродом или бензином высшего качества
и просушить. На внутренних стенках корпуса и деталях
насоса не должно оставаться ворсинок от обтирочного
м а т е р и а л а . Порядок разборки и сборки насоса указывается в инструкции завода-изготовителя.
После сборки насос присоединяют к вакуумной системе и заливают рабочей жидкостью. В случае применения насоса для вакуумной сушки и пропитки конденсаторов в качестве рабочей используют пропитывающую
жидкость.
Проточную воду для о х л а ж д е н и я насоса подводят
так, чтобы обеспечить полное омывание о х л а ж д а е м ы х
стенок. Д л я этого трубки, подводящие воду, присоединяют к нижним штуцерам корпуса и штуцеру масляной
ловушки насоса.
164
Д л я контроля мощности, потребляемой нагревателем
насоса, в цепи нагревателя устанавливают электроизмерительные приборы (амперметры и вольтметры).
Перед пуском насос прежде всего должен быть проверен на натекание. С помощью механического насоса
создают в нем при закрытом входном к л а п а н е разрежение от 10 до 1 Па. Затем, перекрыв клапан со стороны
выпускного патрубка, проверяют насос на натекание,
которое не должно превышать 0,25л х Па/с. При обнаружении течь необходимо устранить.
Насос включают в работу при остаточном давлении
в откачиваемой системе не более 100 Па. С н а ч а л а открывают клапаны со стороны входного и выходного
фланцев насоса. З а т е м включают водяное охлаждение
и лишь после этого подсоединяют электронагреватель
к сети. В первые несколько минут после включения
электронагревателя вакуум в системе может ухудшиться вследствие выделения газов, растворенных в рабочей
жидкости. Выделение газов из рабочей жидкости происходит особенно сильно, если насос длительное время
сообщался с атмосферой, т а к к а к рабочая жидкость в холодном состоянии способна растворять достаточно большое количество воздуха.
Если к электронагревателю подводится требуемая
мощность и в вакуумной системе создан необходимый
форвакуум, насос начинает работать через 30—40 мин
после включения электронагревателя. Момент начала
работы насоса может быть определен по снижению давления в откачиваемой системе.
В процессе работы насоса необходимо:
следить за величиной остаточного давления в откачиваемой системе, не допускать резкого повышения давления или попадания атмосферного воздуха в горячий
насос; попадание воздуха в работающий насос приводит
к быстрому окислению рабочей жидкости, что вызывает нарушение р е ж и м а работы и ухудшение предельного остаточного давления;
следить за температурой о х л а ж д а ю щ е й воды на выходе из системы о х л а ж д е н и я насоса, которая не должна превышать 30° С;
следить по показаниям амперметров за потреблением
тока электронагревателем.
Пр и нарушениях р е ж и м а работы насос необходимо
Немедленно отключить.
165
Н а с о с о с т а н а в л и в а ю т в с л е д у ю щ е м п о р я д к е : перек р ы в а ю т к л а п а н со стороны о т к а ч и в а е м о г о сосуда; вык л ю ч а ю т э л е к т р о н а г р е в а т е л ь ; корпус насоса о х л а ж д а ю т
так, чтобы т е м п е р а т у р а рабочей ж и д к о с т и в и с п а р и т е л е
с н и з и л а с ь до 50—60° С; п е р е к р ы в а ю т к л а п а н со стороны
выпускного п а т р у б к а и в случае необходимости в ы к л ю ч а ю т механический насос; п р е к р а щ а ю т подачу о х л а ж д а ю щ е й воды. Во и з б е ж а н и е а в а р и и п о р я д о к пуска
и о с т а н о в к и насоса необходимо строго с о б л ю д а т ь .
П р и п р о д о л ж и т е л ь н о й непрерывной р а б о т е насоса
предельное остаточное д а в л е н и е
может ухудшиться
вследствие р а з л о ж е н и я или з а г р я з н е н и я р а б о ч е й ж и д кости. В этом случае, а т а к ж е в с л у ч а е п о п а д а н и я атмосферного воздуха в горячий насос при а в а р и я х или
из-за недосмотра насос следует отключить от откачив а е м о г о сосуда и р а з о б р а т ь . Все полости и д е т а л и насоса необходимо промыть и з а л и т ь его новой рабочей
жидкостью.
§ 47. Конденсаторы влаги
и паров пропитывающей жидкости
В а к у у м н ы е насосы, очень хорошо у д а л я я г а з ы из
в а к у у м н о й системы, не о б л а д а ю т достаточной э ф ф е к т и в ностью д л я у д а л е н и я п а р о в воды и других ж и д к о с т е й .
Р а с с м о т р е н н ы й р а н е е насос В Н - 6 Г с г а з о б а л л а с т н ы м
устройством м о ж е т п е р е к а ч и в а т ь п а р ы воды в пересчете
на воду только в количестве 2,5 л/ч. О д н а к о в ы д е л е н и е
в л а г и при сушке конденсаторов во много р а з п р е в ы ш а е т
скорость о т к а ч к и ее насосом.
М а с с а б у м а г и конденсаторов, з а г р у ж а е м ы х в ш к а ф
о б ъ е м о м 12 м 3 , с о с т а в л я е т 1,5—2 т. Из этого к о л и ч е с т в а
бумаги при ее исходной в л а ж н о с т и 8 — 1 0 % за с р а в н и тельно короткое в р е м я у д а л я е т с я до 100—150 л воды.
В отдельные моменты сушки интенсивность в ы д е л е н и я
в л д г и с о с т а в л я е т до 30 л/ч, что в переводе на па!ры
воды при д а в л е н и и 130 Па соответствует 30 000 м 3 /ч.
Д л я о т к а ч к и т а к о г о количества п а р о в воды понадобилось бы установить 7—8 насосов В Н - 6 Г .
Ч т о б ы обеспечить необходимую скорость о т к а ч к и паров воды и ограничить в допустимых п р е д е л а х количество паров, поступающих в в а к у у м н ы й насос, м е ж д у
сушильным ш к а ф о м и насосом у с т а н а в л и в а ю т конденсатор влаги. В нем конденсируется основная м а с с а п а ров воды, к о т о р ы е в ы д е л я ю т с я из конденсаторной бу166
маги в процессе сушки. К о г д а основная масса воды
выделится из бумаги, конденсатор обычно с п о м о щ ь ю
к л а п а н о в о т к л ю ч а ю т от в а к у у м н о й системы и д а л ь н е й шую о т к а ч к у п р о и з в о д я т накосом.
Д л я конденсации паров
воды при в а к у у м н о й сушке
конденсаторов
используют
к о ж у х о т р у б н ы е конденсаторы в л а г и с в о д я н ы м о х л а ж дением. На рис. 63 п о к а з а н
вертикальный
одноходовой
кожухотрубный
конденсатор влаги, п р е д с т а в л я ю щ и й
собой цилиндрический кож у х 6, в котором р а з м е щ е н а
т р у б ч а т к а 10, с о с т о я щ а я из
двух т р у б н ы х р е ш е т о к 2 и
пучка т р у б о к 1, р а з в а л ь ц о в а н н ы х в р е ш е т к а х . С торцов к о ж у х к о н д е н с а т о р а ограничен д н и щ а м и 4 и 11 с
п а т р у б к а м и 3 и 9 д л я подк л ю ч е н и я к в а к у у м н о й системе и п а т р у б к о м 12 д л я
подключения
к
сборнику
конденсата.
Ч т о б ы подводить и отводить о х л а ж д а ющую воду, в к о ж у х в в а р е ны п а т р у б к и 5. О т д е л ь н ы е
э л е м е н т ы к о н д е н с а т о р а соед и н я ю т с я ф л а н ц а м и 8 на
болтах. Д л я у с т а н о в к и конд е н с а т о р а с л у ж а т л а п ы 7,
приваренные к кожуху.
К о н д е н с а ц и я п а р о в воды в к о н д е н с а т о р е происходит
следующим о б р а з о м . П р и о т к а ч к е насосом п а р ы воды,
в ы д е л я ю щ и е с я во в р е м я сушки конденсаторов, из ш к а фа поступают в к о н д е н с а т о р влаги. П р о х о д я через омыв а е м ы е холодной водой трубки, п а р ы о х л а ж д а ю т с я .
П е р в о н а ч а л ь н о е о х л а ж д е н и е н е н а с ы щ е н н ы х паров приводит к о б р а з о в а н и ю н а с ы щ е н н ы х , а д а л ь н е й ш е е о х л а ж д е н и е — к конденсации насыщенных паров в жидкость
и у м е н ь ш е н и ю их плотности и д а в л е н и я . Конденсирую167
щиеся п а р ы о с а ж д а ю т с я на поверхности трубок в виде
пленки, и конденсат стекает на дно конденсатора влаги,
а з а т е м в сборник.
При прохождении через конденсатор влаги конденсируются не все поступающие пары воды. Д а в л е н и е
и плотность насыщенных неконденсирующихся п а р о в
воды в конденсаторе определяется температурой, до которой они были о х л а ж д е н ы водой. Например, при температуре 10° С давление насыщенных паров 1,21 к П а ,
а их плотность — 9,39 г/м 3 . Несконденсировавшиеся насыщенные пары вместе с г а з а м и откачиваются вакуумным насосом.
Учитывая, что вакуумный насос В Н - 6 Г , применяемый для сушки конденсаторов, может, не у в л а ж н я я с ь ,
перекачивать пары воды при давлении не в ы ш е 670 П а ,
пары воды в конденсаторе влаги должны быть о х л а ж дены до температуры 0 ° С . В а к у у м н ы е насосы новой серии ( В И З ) , допускающие давление паров воды на входе до 2,3 к П а , позволяют использовать для охлаждения
конденсаторов воду с температурой до 20° С.
Во время конденсации паров воды выделяется большое количество тепла, которое было затрачено на испарение воды при сушке конденсаторов. Поэтому для обеспечения конденсации паров необходимо постоянно отводить все
выделяющееся тепло, что достигается
непрерывным охлаждением наружной поверхности трубок проточной водой.
Тепло, выделяемое при конденсации паров, воспринимается трубками и передается о х л а ж д а ю щ е й среде,
которая, нагреваясь, уносит его из конденсатора. Ч т о б ы
обеспечить лучшую теплопередачу, откачиваемые пары
и о х л а ж д а ю щ а я вода в конденсаторе движутся в противоположных направлениях ( о х л а ж д а ю щ а я вода — снизу
вверх, а пары — сверху вниз).
Помимо обычной воды для охлаждения конденсато
ров используют предварительно охлажденные жидкости
( р а с с о л ы ) , получаемые либо в ледосоляных, либо в парокомпрессионных установках (чаще всего аммиачных)
Р а с с о л ы применяют в тех случаях, когда обычная водопроводная вода не обеспечивает необходимого о х л а ж д е
ния конденсатора влаги, например, в летний период.
Д л я сбора конденсата конденсаторы влаги с н а б ж е н
ны влагосборниками. Влагосборник представляет собой
обычный цилиндрический стальной бачок, с торцовых
168
сторон которого вварены патрубки с вентилями для слива конденсата. Д л я наблюдения за наполнением сборника влагой в стенке цилиндрической части бачка, с противоположных сторон, встроены д в а смотровых окна.
Верхним своим патрубком сборник герметично присоединяется к нижнему патрубку конденсатора.
Во время работы конденсатора нижний клапан сборника постоянно з а к р ы т , а верхний открыт для стока конденсата в сборник. Перед сливом воды из сборника во
избежание нарушения вакуума в системе верхний клапан з а к р ы в а ю т и слив производят через нижний. После
слива воды з а к р ы в а ю т нижний клапан и только потом
о т к р ы в а ю т верхний.
При откачке паров воды из ш к а ф а во избежание
увлажнения насоса необходимо следить за тем, чтобы
температура о х л а ж д а е м о й воды (жидкости) на выходе
из конденсатора влаги не п р е в ы ш а л а допустимой. Это
достигается регулировкой количества подаваемой в конденсатор воды. Однако в период наибольшего выделения паров при сушке конденсаторов д а ж е максимальная подача о х л а ж д а ю щ е й воды не обеспечивает отвода
тепла без значительного превышения допустимой температуры воды на выходе из конденсатора влаги. Поэтому во избежание попадания паров воды в насос в недопустимом количестве необходимо перекрывать клапан
на входе насоса так, чтобы давление паровоздушной
смеси не п р е в ы ш а л о допустимого давления паров воды
на входе (для насосов В Н - 6 Г — 670 П а , для насосов
ВИЗ—2,3 к П а ) .
Кроме конденсаторов влаги в установках для вакуумной сушки и пропитки конденсаторов часто применяют в о д о о х л а ж д а е м ы е ловушки для осаждения паров
пропитывающих жидкостей, у с т а н а в л и в а е м ы е в рассечку вакуумной линии при выходе ее из ш к а ф а .
Л о в у ш к и с л у ж а т для того, чтобы предотвратить попадание паров пропитывающей жидкости в насос при
заливке и пропитке конденсаторов, а т а к ж е при их осушке после слива пропитывающей жидкости из ш к а ф а .
Ловушки выполняют в виде цилиндрического бачка,
в который п о м е щ а ю т змеевик для
пропускания о х л а ж дающей воды. Д л я стока конденсата ловушки, т а к же
как и конденсаторы влаги, с н а б ж а ю т сборниками.
При обслуживании конденсаторов влаги и водоохлаЖдаемых ловушек наблюдают за плотностью фланцевых
169
соединений и к л а п а н о в , а т а к ж е периодически о ч и щ а ю т
поверхности т е п л о п е р е д а ч (трубок) от п р о п и т ы в а ю щ е й
ж и д к о с т и и о т л о ж е н и й солей воды, у х у д ш а ю щ и х теплопередачу.
В процессе вакуумной сушки и пропитки конденсаторов н е и з б е ж н ы ч а с т и ч н а я
к о н д е н с а ц и я п а р о в воды
и пропитывающей жидкости в вакуумных трубопроводах
и п о п а д а н и е к о н д е н с а т а в механические в а к у у м н ы е насосы. Ч т о б ы п р е д о т в р а т и т ь это, на входе и выходе насосов у с т а н а в л и в а ю т н е о х л а ж д а е м ы е л о в у ш к и , к о т о р ы е
одновременно з а щ и щ а ю т насосы и от п о п а д а н и я в них
р а з л и ч н ы х твердых частиц ( о к а л и н ы и т. д . ) .
Н е о х л а ж д а е м а я л о в у ш к а п р е д с т а в л я е т собой цилиндрический бачок, в дно которого в в а р е н п а т р у б о к с к л а паном д л я периодического слива к о н д е н с а т а . Вход в а к у умного т р у б о п р о в о д а в в а р и в а ю т в верхнюю т о р ц о в у ю
часть б а ч к а , а выход — в цилиндрическую.
§ 48. Регулирующая аппаратура
В а к у у м н ы й к л а п а н п р е д с т а в л я е т собой у с т р о й с т в а
д л я р е г у л и р о в а н и я или полного п р е к р а щ е н и я потока
г а з а в в а к у у м н о й системе. В а к у у м н ы й к л а п а н , позволяющий соединять и р а з о б щ а т ь э л е м е н т ы в а к у у м н о й системы, н а з ы в а ю т в а к у у м н ы м з а т в о р о м .
По конструкции в а к у у м н ы е к л а п а н ы во многом н а поминают вентили, п р и м е н я е м ы е в водопроводных и газовых системах, о д н а к о о т л и ч а ю т с я от последних лучшей герметичностью и н а л и ч и е м проходного о т в е р с т и я
большого р а з м е р а , н е о к а з ы в а ю щ е г о з а м е т н о г о в л и я н и я
на пропускную способность т р у б о п р о в о д а .
В у с т а н о в к а х в а к у у м н о й сушки и пропитки конденсаторов преимущественно п р и м е н я ю т сильфонные к л а паны, устройство которого приведено на рис. 64. К вакуумному трубопроводу к л а п а н присоединяется ф л а н ц е м 9
и уплотняется с п о м о щ ь ю резиновых п р о к л а д о к 8. Г а з
п р о т е к а е т из одного у ч а с т к а т р у б о п р о в о д а в другой через проходное отверстие 10, д и а м е т р которого п р и м е р н о
равен д и а м е т р у отверстий во ф л а н ц а х . Внутри вентиля
имеется п о д в и ж н ы й шток 5, у п и р а ю щ и й с я в к л а п а н 2
с у п л о т н я ю щ е й п р о к л а д к о й 1. Ш т о к п е р е д в и г а е т с я
в к р ы ш к е 6 по р е з ь б е при повороте м а х о в и к а 4. Место
соединения к р ы ш к и с корпусом уплотнено п р о к л а д к о й 3.
П р о н и к н о в е н и е воздуха внутрь по р е з ь б е ш т о к а и к р ы ш 170
к и т а к ж е исключается б л а г о д а р я м е т а л л и ч е с к о м у сильф о н у 7, п р и п а я н н о м у к к р ы ш к е и к л а п а н у 2.
В в а к у у м н ы х з а т в о р а х проходное отверстие уплотн я е т с я с п о м о щ ь ю з а с л о н к и . П е р е м е щ е н и е з а с л о н к и при
закрытии,
последующем з а п и р а н и и и уплотнении ее к уплотняющей п р о к л а д к е , расположенной
вокруг
проходного отверстия,
осуществляется
рыч а ж н о - эксцентриковым м е х а н и з м о м . Упр а в л е н и е з а т в о р о м прои з в о д я т поворотом эксцентрикового
вала,
с в я з а н н о г о с заслонкой. В а л в корпусе зат в о р а у п л о т н я е т с я двумя
резиновыми
прок л а д к а м и , м е ж д у котор ы м и з а л и в а е т с я вакуумное м а с л о .
В настоящее время
применяются
вакуумные к л а п а н ы и затворы с д и с т а н ц и о н н ы м приводом, п о з в о л я ю щ и е а в т о м а т и з и р о в а т ь процессы т е р м о в а к у у м н о й о б р а б о т к и конденсаторов.
§ 49. Контрольно-измерительные приборы
Основными п а р а м е т р а м и , к о т о р ы е необходимо конт р о л и р о в а т ь в процессе в а к у у м н о й сушки и пропитки
конденсаторов, я в л я ю т с я т е м п е р а т у р а и в а к у у м .
Д л я контроля температуры применяют т е р м о м е т ры
с о п р о т и в л е н и я . И з м е р е н и е т е м п е р а т у р ы этими т е р м о м е т р а м и основано на изменении электрического
сопротивления п р о в о д н и к а при его н а г р е в а н и и или о х л а ж д е н и и . Т е р м о м е т р сопротивления состоит из тонкой
м е т а л л и ч е с к о й проволоки, обычно из платины, н а м о т а н ной на специальный к а р к а с . Эта п р о в о л о к а я в л я е т с я
чувствительным э л е м е н т о м т е р м о м е т р а и д л я предохранения от внешних воздействий з а к л ю ч е н а в з а щ и т н у ю
171
арматуру. Чтобы определить температуру той или иной
среды, термометр сопротивления погружают в эту среду.
З н а я зависимость сопротивления от температуры, м о ж н о
по изменению сопротивления судить о температуре измеряемой среды.
Электрическое сопротивление термометров обычно
измеряют с помощью потенциометров и уравновешенных
четырехплечих мостов, в одно из плеч которых включают термометр сопротивления.
Д л я измерения и записи температуры в процессе вакуумной сушки и пропитки широко используют электронные автоматические уравновешенные мосты постоянного и переменного тока ЭМП-109М1 и ЭМП-209М1,
измеряющие и записывающие одновременно от одной
до 24 величин.
Если приборы предназначают не только для измерения и записи температуры, но и для ее регулирования,
в них встраивают специальные электрические и пневматические регулирующие устройства. Принцип действия
устройство и правила обслуживания приборов подробно
приводятся в специальных инструкциях.
Д л я контроля давления в пределах от атмосферного
д о 150 П а с л у ж а т механические с т р е л о ч н ы е м а н о 172
м е т р ы . При измерениях более низких давлений (от
150 до 10 - 1 П а ) используют главным образом т е р м о п а р н ы е м а н о м е т р ы ВТ-2 (рис. 65) и ВТ-3. Термопарный манометр ВТ-2 выполняют на два предела
измерения и с н а б ж а ю т манометрической лампой (термопарой) ПМТ-2 д л я измерения давлений от 130 до
30 Па (первый предел) и от 30 до 0,1 Па (второй пред е л ) . При использовании л а м п ы ПМТ-2 необходимо применять специальные градуировочные кривые (рис. 66,
а, б), д л я чего на ш к а л у манометра наносят равномерные давления от 0 до 100. П р а в и л а пользования термо173
парным манометром ВТ-2 подробно изложены в инструкциях по эксплуатации приборов.
Д л я измерения вакуума применяют т а к ж е манометры ВСБ, позволяющие измерять давления от 4 к П а до
0,1 Па.
§ 50. Подготовка установки для сушки
и пропитки конденсаторов
Д л я обеспечения безаварийной
работы, создания
оптимальных условий сушки и пропитки и получения
конденсаторов высокого качества очень большое значение имеет подготовка установки, а т а к ж е конденсаторов
д л я вакуумной сушки и пропитки.
Подготовка установки состоит из проверки исправности к а к отдельных видов оборудования, т а к и установки в целом. Основное внимание уделяется обеспечению надежной герметичности всей вакуумной системы,
а т а к ж е чистоты ш к а ф а и з а г р у ж а е м ы х деталей.
В начале проверяют исправность механического насоса ВН-6Г, для чего его включают, чтобы проверить
работу на себя с полностью закрытым дозатором. Перед включением насоса из ловушек, установленных на
его входе и выходе, предварительно сливают конденсат
влаги и пропитывающей жидкости. Исправный насос
д о л ж е н обеспечивать давление не более 6—7 Па, которое измеряют термопарным манометром.
После проверки насоса необходимо убедиться в отсутствии воды в конденсаторе влаги и пропитывающей
жидкости в о х л а ж д а е м о й ловушке. Остатки влаги и пропитывающей жидкости из них д о л ж н ы быть слиты. З а тем производится подготовка термовакуумного ш к а ф а ,
которая заключается в следующем:
проверке исправности освещения, вентилей парои водопроводов, уплотняющих прокладок крышки шкафа и смотровых окон, клапанов для заливки пропитывающей жидкости и слива ее из ш к а ф а ;
удалении остатков пропитывающей жидкости из ванны и тщательной протирке к а к внутренней поверхности
ш к а ф а , т а к и всех деталей и приспособлений, находящихся в нем;
проверке ш к а ф а на герметичность.
Освещение ш к а ф а проверяют включением и отключением выключателей. Перегоревшие электрические лам174
почки заменяют новыми, а при необходимости исправляют электропроводку. Н а п р я ж е н и е сети для освещения
ш к а ф а не должно превышать 36 В.
Вентили паро-, водо- и маслопроводов (пропитывающей жидкости) д о л ж н ы обеспечивать плавную регулировку подачи пара, воды и пропитывающей жидкости
и не иметь подтеков. Р е з и н о в а я прокладка, уплотняющ а я место соединения крышки со шкафом, д о л ж н а быть
эластичной, не иметь трещин и вздутий. Дефектную резиновую прокладку заменяют новой.
Внутреннюю поверхность шкафа, загрузочной ванны,
тележки, устройства индивидуальной заливки, смотровых окон и других деталей протирают чистой ветошью
или бязью. Перед протиркой из ш к а ф а .и загрузочной
ванны предварительно удаляют остатки пропитывающей
жидкости. Из шкафов, предназначенных для пропитки
конденсаторов хлорированными дифенилами, остатки
жидкости ввиду их токсичности удаляют выпариванием
под вакуумом.
Герметичность ш к а ф а проверяют методом натекания.
Д л я этого включают насос ВН-6Г, который при помощи
к л а п а н а сообщается с вакуумным шкафом. При достижении в ш к а ф у давления 10—20 Па его отсоединяют
клапаном от насоса и последний останавливают. Отключенный ш к а ф выдерживают под вакуумом в течение
30 мин, затем в нем вновь измеряют давление. Вакуумный т е р м о ш к а ф удовлетворяет требованиям герметичности в том случае, если натекание не превышает з а д а н ного значения. Величина натекания (количество г а з а ,
поступающее в единицу времени), л П а / с
B=V (Р1 — Р 0 ) / τ ,
где V — о б ъ е м ш к а ф а , Р 1 —Р 0 — изменения д а в л е н и я
в ш к а ф у за время τ.
При контроле герметичности ш к а ф а одновременно
проверяют на герметичность бустерный насос и ловушку
с бачком для слива конденсата пропитывающей жидкости, которые при помощи вакуумных клапанов соединяют со шкафом.
Когда вакуумная система не удовлетворяет указанным требованиям герметичности, находят негерметичные места и устраняют натекание. Вначале методом натекания проверяют на герметичность отдельные элементы вакуумной системы (вакуумный трубопровод, шкаф,
175
л о в у ш к у и т. д . ) . В ы я в и в негерметичный элемент, о с м а т р и в а ю т н а и б о л е е н е н а д е ж н ы е его у з л ы и соединения,
дополнительно п о д т я г и в а ю т резиновые уплотнения или
з а м е н я ю т их новыми. Е с л и при повторной п р о в е р к е элемент остается негерметичным, д л я о б н а р у ж е н и я места
н а т е к а н и я п р и м е н я ю т метод опрессовки или о б н а р у ж и в а ю т течь с п о м о щ ь ю галогенного или массо-спектрометрического т е ч е и с к а т е л я ( П Т И - 6 ) .
Н а и б о л е е часто течи встречаются в местах уплотнения к р ы ш к и и стекол с м о т р о в ы х окон ш к а ф а , ф л а н цевых соединений в а к у у м н ы х т р у б о п р о в о д о в и к л а панов.
П о д г о т о в к а собранных конденсаторов перед з а г р у з кой в ш к а ф ы состоит в т щ а т е л ь н о й очистке их н а р у ж ной поверхности от р а з л и ч н ы х з а г р я з н е н и й , чтобы исключить п о п а д а н и е з а г р я з н е н и й внутрь к о н д е н с а т о р о в
при их з а л и в к е и пропитке. Д л я очистки от з а г р я з н е н и й
к о н д е н с а т о р ы моют в с п е ц и а л ь н ы х моечных а г р е г а т а х .
Моечный а г р е г а т состоит из трех ванн и сушильной
к а м е р ы , у с т а н о в л е н н ы х по ходу цепного конвейера. П е р в а я в а н н а н а п о л н е н а н а г р е т ы м до 80—90° С м о ю щ и м
составом, в который входят т р и н а т р и й ф о с ф а т (8 г / л ) ,
м о ю щ а я ж и д к о с т ь О П - Ю или О П - 7 (0,1 г/л) и двухромовокислый к а л и й (1 г / л ) . Во второй ванне н а х о д и т с я
чистая вода, н а г р е т а я до 80—90° С. Т р е т ь я в а н н а наполнена р а с т в о р о м нитрита н а т р и я (100 г / л ) , нагретого до
60—70° С. К а ж д а я в а н н а с н а б ж е н а с а м о с т о я т е л ь н ы м насосом, который п о з в о л я е т моющий состав из в а н н ы под
большим давлением
(3—4х105Па)
н а п р а в л я т ь через
р а с п ы л и т е л и в р а с п о л о ж е н н у ю н а д ванной к а м е р у .
Д л я мойки к о н д е н с а т о р ы с п о м о щ ь ю пневмоподъемника п о д в е ш и в а ю т к цепи к о н в е й е р а . П р о х о д я через
к а м е р ы н а д в а н н а м и , к о н д е н с а т о р ы под действием струй
моющего состава о ч и щ а ю т с я и поступают в с у ш и л ь н у ю
к а м е р у . З а т е м их п н е в м о п о д ъ е м н и к о м с н и м а ю т с конвейера и подают на з а г р у з к у в ш к а ф ы или на места д л я
хранения.
В первой к а м е р е к о н д е н с а т о р ы о с в о б о ж д а ю т с я от
з а г р я з н е н и й , во второй — дополнительно о ч и щ а ю т с я от
з а г р я з н е н и й и моющего состава, в третьей — о м ы в а ю т с я
р а с т в о р о м нитрита н а т р и я , я в л я ю щ е г о с я ингибитором,
который резко з а м е д л я е т к о р р о з и ю м е т а л л и ч е с к и х поверхностей к о н д е н с а т о р о в . Во и з б е ж а н и е п о п а д а н и я моющего состава во в р е м я мойки внутрь конденсаторов их
176
з а л и в о ч н ы е отверстия перед установкой на конвейер закрывают пробками.
В процессе р а б о т ы к о н ц е н т р а ц и я р а с т в о р о в в в а н н а х
постепенно у м е н ь ш а е т с я , поэтому в ванны периодически
д о б а в л я ю т химикаты. П р и з а г р я з н е н и и ванны о ч и щ а ю т
и з а м е н я ю т м о ю щ и е составы.
К о н д е н с а т о р ы с пропиткой х л о р и р о в а н н ы м и дифенил а м и особо чувствительны к р а з л и ч н о г о рода з а г р я з н е ниям, поэтому перед з а г р у з к о й в ш к а ф ы они т р е б у ю т
более т щ а т е л ь н о й очистки, которую производят обычно
в парах трихлорэтилена.
§ 51. Загрузка конденсаторов в шкафы
З а г р у з к а о с у щ е с т в л я е т с я в соответствии с загрузочно-технологическими к а р т а м и . К о н д е н с а т о р ы у с т а н а в л и в а ю т в с п е ц и а л ь н ы е з а г р у з о ч н ы е клети, к о т о р ы е разм е щ а ю т непосредственно на п л а т ф о р м е или в ванне,
установленной на п л а т ф о р м е , в д в а - т р и я р у с а . Крупног а б а р и т н ы е конденсаторы
размещают на
платформе
в один ярус без клетей.
Е с л и п р и м е н я ю т индивидуальную з а л и в к у , конденс а т о р ы у с т а н а в л и в а ю т на п л а т ф о р м е с устройством д л я
индивидуальной з а л и в к и и их з а л и в о ч н ы е отверстия соединяют с технологическими т р у б к а м и
(стаканами).
С х е м а индивидуальной з а л и в к и к о н д е н с а т о р о в п о к а з а н а
на рис. 67.
П р и з а г р у з к е конденсаторы следует р а з м е щ а т ь свободно на расстоянии до 10 мм друг от д р у г а , что обеспечивает более интенсивный р а з о г р е в их при атмосферном д а в л е н и и и п р е д о т в р а щ а е т п о н и ж е н и е у р о в н я пропитывающей жидкости в конденсаторах
вследствие
гидростатического д а в л е н и я ж и д к о с т и при их в ы г р у з к е
после пропитки.
Когда
конденсаторы з а л и в а ю т , н а п о л н я я
ванну
( ш к а ф ) п р о п и т ы в а ю щ е й ж и д к о с т ь ю , на з а л и в о ч н ы е отверстия к а ж д о г о к о н д е н с а т о р а надо у с т а н а в л и в а т ь технологические трубки. В этом с л у ч а е п о н и ж е н и е у р о в н я
ж и д к о с т и в конденсаторах, п р о и с х о д я щ е е в р е з у л ь т а т е
вспучивания стенок корпусов под действием гидростатического д а в л е н и я , которое в о з н и к а е т в к о н д е н с а т о р а х
при сливе п р о п и т ы в а ю щ е й ж и д к о с т и из ш к а ф а , компенсируется ж и д к о с т ь ю , н а х о д я щ е й с я в технологической
трубке.
177
З а г р у ж а т ь шкаф необходимо конденсаторами одного
и того же типа, благодаря чему достигается равномерность их сушки и пропитки. Выемные части конденсаторов, которые проходят сушку и пропитку без корпусов,
з а г р у ж а ю т на платформы или в ванны шкафов в специальных ваннах (контейнерах), которые позволяют после
пропитки и слива пропитывающей жидкости из ш к а ф а
с о д е р ж а т ь выемные части в пропитывающей жидкости
до сборки конденсаторов.
При загрузке конденсаторов платформы устанавливают на специальные трансбордеры, при помощи которых их перемещают к месту укладки конденсаторов после мойки. З а г р у з к у конденсаторов в ванны или на
платформы производят с помощью подъемно-транспортных средств (тельферов, кран-балок, тележек и др.).
Управление тельферами и к р а н - б а л к а м и осуществляют с пола цеха с помощью сниженных щитков управления.
После загрузки конденсаторы закрепляют специальными приспособлениями, которые предотвращают их
всплытие при заливке пропитывающей жидкости. П р и
индивидуальной заливке закрепления конденсаторов не
требуется.
Перед тем к а к задвинуть загруженную платформу
в ш к а ф , между конденсаторами устанавливают датчики
термометров сопротивления д л я контроля температуры
в процессе сушки. Д а т ч и к и термометров р а з м е щ а ю т
в соответствии с загрузочно-технологической картой
в точках с наибольшей и наименьшей температурами.
Если д л я измерения температуры используют ртутные
термометры, их устанавливают таким образом, чтобы
ясно были видны показания через смотровые окна
шкафа.
Установив термометры, платформу с конденсаторами
з а к а т ы в а ю т в шкаф. З а т е м перекрывают вентиль на
сливном патрубке ванны или сливной патрубок ванны
соединяют со сливным патрубком ш к а ф а . На выполнение этой операции д о л ж н о быть обращено особое внимание во избежание вытекания пропитывающей жидкости из ванны в ш к а ф при заливке конденсаторов.
Кроме того, перекрывают к л а п а н на сливном трубопроводе снаружи ш к а ф а . После этого крышку ш к а ф а закрывают и равномерно по всему периметру затягивают
болтами.
179
О д н о в р е м е н н о с з а г р у з к о й конденсаторов в ш к а ф
з а п о л н я ю т ж у р н а л по ведению вакуумной сушки и пропитки конденсаторов, где у к а з ы в а ю т номер ш к а ф а , в кот о р ы й з а г р у ж а ю т конденсаторы, номера и количество
загружаемых конденсаторов по типам, фамилии загрузчиков, ф а м и л и и с л е с а р е й и пропитчиков, п р о и з в о д и в ш и х
подготовку о б о р у д о в а н и я и проверку в а к у у м н о й системы на герметичность, а т а к ж е ф а м и л и и к о н т р о л е р а
О Т К и сменного м а с т е р а . П о м и м о этого, в ж у р н а л е
у к а з ы в а ю т д а т у и в р е м я н а ч а л а процесса, р е ж и м вакуумной сушки и пропитки конденсаторов в соответствии
с технологической инструкцией.
§ 52. Вакуумная сушка конденсаторов
О с н о в н а я з а д а ч а вакуумной сушки — м а к с и м а л ь н о е
у д а л е н и е в л а г и из к о н д е н с а т о р о в и о б е з г а ж и в а н и е диэ л е к т р и к а перед пропиткой.
Степень в ы с у ш и в а е м о с т и
бумажного диэлектрика
о п р е д е л я ю т д в а ф а к т о р а : т е м п е р а т у р а и в а к у у м в вакуумном ш к а ф у . Ч е м в ы ш е
температура и ниже давление, тем б о л ь ш е е количество в л а г и м о ж е т быть удалено из конденсаторов в процессе сушки (рис. 68).
П р и з а д а н н ы х значениях
т е м п е р а т у р ы и в а к у у м а остаточное в л а г о с о д е р ж а н и е в
к о н д е н с а т о р а х зависит также от п р о д о л ж и т е л ь н о с т и
сушки. С увеличением времени сушки с о д е р ж а н и е в л а ги
уменьшается.
Однако,
когда в л а г о с о д е р ж а н и е становится равновесным, д а л ь нейшее увеличение времени
сушки у ж е не обеспечивает
с н и ж е н и я остаточной в л а ж ности. Увеличение степени
в ы с у ш и в а е м о с т и м о ж е т б ы т ь достигнуто л и ш ь при доп о л н и т е л ь н о м повышении т е м п е р а т у р ы или снижении
давления. Поэтому для достижения минимального влаг о с о д е р ж а н и я в б у м а ж н о м д и э л е к т р и к е и у с к о р е н и я про180
цесса сушки ж е л а т е л ь н о в ы б и р а т ь т е м п е р а т у р у сушки
к а к м о ж н о в ы ш е и д а в л е н и е к а к м о ж н о ниже.
М а к с и м а л ь н а я т е м п е р а т у р а при сушке конденсаторов ограничена термостойкостью д и э л е к т р и к а и д л я бум а ж н о г о д и э л е к т р и к а не п р е в ы ш а е т 140° С, а д л я бум а ж н о - п о л и п р о п и л е н о в о г о — 110° С.
М и н и м а л ь н о е д а в л е н и е обычно о г р а н и ч и в а е т с я техническими в о з м о ж н о с т я м и , а т а к ж е экономическими соо б р а ж е н и я м и и при окончательной сушке конденсаторов
с о с т а в л я е т 1—0,1 П а .
Д л я заданных температуры и давления продолжительность вакуумной сушки о п р е д е л я ю т опытным путем.
В ы б и р а ю т о п т и м а л ь н ы й р е ж и м сушки, о б е с п е ч и в а ю щ и й
необходимое качество готовых конденсаторов с наименьшей з а т р а т о й времени и средств.
П р о д о л ж и т е л ь н о с т ь сушки при прочих р а в н ы х условиях обычно з а в и с и т от о б ъ е м а ш к а ф а и количества заг р у ж а е м ы х в него конденсаторов (массы б у м а г и ) , а т а к же от плотности бумаги и степени запрессовки секций
в пакетах.
П р о ц е с с сушки конденсаторов обычно д е л я т на три
периода: разогрев, п р е д в а р и т е л ь н у ю сушку и окончат е л ь н у ю сушку. В о б щ е м виде х а р а к т е р процесса сушки
к о н д е н с а т о р о в с б у м а ж н ы м д и э л е к т р и к о м в типовом
ш к а ф у п о к а з а н на рис. 69.
Разогрев. П е р и о д р а з о г р е в а конденсаторов непродолж и т е л е н и с о с т а в л я е т не более 10% общего времени
сушки. Ч т о б ы ускорить у д а л е н и е влаги, необходимо
быстрее прогреть конденсаторы на всю глубину до наибольшей допустимой т е м п е р а т у р ы . П о э т о м у р а з о г р е в
ж е л а т е л ь н о вести при атмосферном давлении, чтобы
тепло от нагретых стенок ш к а ф а п е р е д а в а л о с ь конденс а т о р а м не т о л ь к о лучеиспусканием и теплопроводностью, но и естественной конвекцией. Тепло, п е р е д а в а е мое конвекцией, с о с т а в л я е т до 30% общего количества
тепла и играет особенно в а ж н у ю роль в прогреве конденсаторов, р а с п о л о ж е н н ы х в середине ш к а ф а , т а к к а к
их нагрев п р я м ы м излучением затруднен. К о н д е н с а т о р ы
с б у м а ж н о - п о л и п р о п и л е н о в ы м д и э л е к т р и к о м во и з б е ж а ние окисления пленки р а з о г р е в а ю т под вакуумом.
Р а з о г р е в при а т м о с ф е р н о м д а в л е н и и м о ж е т продолж а т ь с я л и ш ь в течение 10—15 ч. Д а л ь н е й ш и й р а з о г р е в
приводит к н а с ы щ е н и ю ш к а ф а п а р а м и воды и конденсации их на менее нагретых поверхностях, т. е. на стен181
ках корпусов конденсаторов, расположенных в середине
ш к а ф а . Образовавшийся конденсат в сочетании с повышенной температурой вызывает интенсивную коррозию
металлических корпусов, что является недопустимым.
Температура внутри диэлектрика конденсаторов в
конце разогрева обычно доводится до 80—90° С. И з - з а
неодинаковых условий нагрева не все конденсаторы разогреваются до одной и той же температуры. Однако
для обеспечения равномерной сушки разброс температур не д о л ж е н превышать 10—12° С.
Поскольку температуру внутри диэлектрика в процессе сушки не контролируют, окончание разогрева конденсаторов определяют по термометрам, устанавливаемым между конденсаторами. В конце разогрева температура между конденсаторами обычно равна 1 1 0 ± 1 0 ° С .
В период разогрева температура на стенках ш к а ф а долж н а быть максимальной (до 150°С).
Д л я интенсификации .процесса разогрева часто прибегают к принудительной циркуляции горячего воздуха
в шкафу. Воздух, нагретый до 150° С в калорифере, про182
гоняется вентилятором через ш к а ф по замкнутой системе и по мере увлажнения выбрасывается в атмосферу.
После разогрева конденсаторов система принудительной
циркуляции воздуха отключается от ш к а ф а .
Разогрев конденсаторов в шкафу начинается с впуска теплоносителя в систему обогрева ш к а ф а . Чтобы обеспечить максимальную подачу теплоносителя, вентиль
на входе ш к а ф а открывают полностью, но во избежание
гидравлических ударов (если в качестве теплоносителя
водяной пар) его следует открывать постепенно. Вентиль на выходе ш к а ф а открывают на 2—3 оборота. Одновременно во избежание появления в шкафу избыточного давления ш к а ф через конденсатор влаги сообщают
с атмосферой. Ввиду незначительного поступления паров воды из ш к а ф а в период разогрева подача о х л а ж д а ющей воды в конденсатор влаги ограничена.
Во время разогрева давление пара в обогреваемой
системе ш к а ф а д о л ж н о составлять не менее 4х10 5 Па
(избыточных), т а к как только при этом давлении температура стенок ш к а ф а достигает 150°С и обеспечивается нормальный разогрев конденсаторов.
В период разогрева и всего дальнейшего процесса
вакуумной сушки через к а ж д ы е 2 ч проверяют температуру и вакуум в шкафу, записывая показания в журнал по ведению вакуумной сушки и пропитки конденсаторов.
Предварительная сушка. Этот период занимает до
40% времени процесса сушки и связан с удалением основного количества влаги из бумажного диэлектрика
конденсаторов.
После разогрева конденсаторов до заданной температуры ш к а ф через конденсатор влаги подключают к насосу
В Н - 6 Г и р е з к о снижают давление в шкафу. Перед пуском
насоса перекрывают клапан на сливном патрубке конденсатора влаги, с помощью которого ш к а ф сообщался с
атмосферой, а для охлаждения конденсатора влаги подают о х л а ж д а ю щ у ю воду. Д о з а т о р насоса открывают
полностью.
С уменьшением давления, к а к известно, понижается
точка кипения воды. Поэтому в данный период происходит обильное выделение влаги из конденсаторов и съем
ее в конденсаторе влаги может достигать в отдельные
моменты нескольких десятков литров в ч а с (кривая G
на рис. 69).
183
Поскольку испарение влаги связано с поглощением
большого количества тепла (2,24 М Д ж / к г при 100°С),
то при наиболее интенсивном выделении влаги наблюдается т а к ж е резкое снижение температуры внутри диэлектрика конденсаторов — на 25—30° С. В результате
понижается и температура между конденсаторами. В период предварительной сушки, т а к же к а к и в период
разогрева, температуру на стенках ш к а ф а следует подд е р ж и в а т ь максимальной.
По мере удаления влаги интенсивность испарения
падает и в связи с уменьшением з а т р а т тепла на испарение начинается непрерывный рост температуры конденсаторов. Осаждение паров воды в конденсаторе влаги продолжается в течение 40—45 ч. К моменту прекращения конденсации паров воды в конденсаторе влаги
давление в шкафу снижается до 1,3 к П а (при температуре о х л а ж д а ю щ е й воды в конденсаторе влаги 10°С).
В течение всего периода осаждения паров в конденсатор влаги необходимо подавать максимальное количество о х л а ж д а ю щ е й воды, а давление на входе в насос
во избежание его увлажнения поддерживать не выше
670 Па.
Когда осаждение влаги в конденсаторе прекратится
и остаточное давление в ш к а ф у достигнет 1,3 к П а , конденсатор влаги отключают и шкаф соединяют непосредственно с насосом. З а т е м пары воды из ш к а ф а удаляют
насосом при полностью открытом дозаторе. К концу периода предварительной сушки давление в шкафу сниж а е т с я до 100 Па. Температура в конденсаторах выравнивается и до конца процесса сушки поддерживается
в пределах 120—130° С.
С удалением основной массы влаги из конденсаторов
подача теплоносителя для обогрева ш к а ф а в значительной мере уменьшается. Тепло от стенок ш к а ф а к
конденсаторам передается главным образом излучением, т а к как при низких давлениях передача тепла естественной конвекцией практически отсутствует.
Наибольшее ускорение процесс сушки получает в
результате осуществления нескольких циклов, состоящих из интенсивного разогрева конденсаторов при атмосферном давлении и интенсивного удаления паров воды под вакуумом. Характер протекания такого процесса
сушки показан на рис. 70. В первые 8 ч производится
разогрев при атмосферном давлении и температура меж184
ду конденсаторами достигает 100—110° С, а внутри конд е н с а т о р о в — 80—90° С. К концу разогрева рост температуры внутри конденсаторов замедляется. Это замедление обусловлено не только уменьшением разности
температур между греющей поверхностью шкафа и конденсаторами, но и главным образом переходом абсорбционной влаги в капиллярную и бурным ее испарением,
на что расходуется значительное количество тепла. С
уменьшением разности температур между стенками
ш к а ф а и конденсаторами снижается подвод тепла к конденсаторам, в то же время насыщение объема ш к а ф а
парами воды з а м е д л я е т испарение влаги из конденсаторов. Поэтому процесс сушки замедляется.
Резкое снижение давления от атмосферного до
1—2 к П а приводит к быстрому удалению паров воды из
ш к а ф а и обильному выделению влаги из пор бумаги, т а к
к а к с уменьшением давления точка кипения воды понижается. За непродолжительное время откачки у д а л я е т ся более 50% влаги, содержащейся в бумаге, и происходит резкое снижение температуры конденсаторов (на
30—40°С), поскольку запасенное при разогреве тепло
185
расходуется на испарение влаги, а подвод тепла извне
недостаточен.
Низкие давление и температура конденсаторов в конце испарения влаги препятствуют дальнейшему интенсивному процессу сушки, поэтому в ш к а ф у вновь создают
атмосферное давление и производят разогрев конденсаторов. В связи с удалением большого количества влаги
при повторном разогреве появляется возможность за короткое время нагреть конденсаторы до 110—120° С и удалить влагу при более низком давлении.
При достижении давления 100 Па процесс предварительной сушки заканчивается. В момент наиболее интенсивного парообразования в процессе сушки в результате
затрудненного выхода паров из пор бумаги в пакетах
возникают внутренние силы, достигающие нескольких тысяч ньютонов. Это необходимо учитывать при проведении сушки, поскольку эти усилия могут привести к
разрушению стяжных хомутов из электрокартона и стяжных планок из гетинакса.
В процессе сушки в связи с повышением температуры и снижением влажности непрерывно изменяется емкость конденсаторов. В период разогрева емкость резко
увеличивается (в 2—2,5 р а з а ) , что объясняется ослаблением связей молекул адсорбционной влаги и, следовательно, повышением ее диэлектрической проницаемости
при переходе в обычную воду. По мере удаления влаги
емкость уменьшается и к концу сушки снижается на 50—
60% по сравнению с первоначальной. Аналогично изменяются в процессе сушки конденсаторов проводимость и
тангенс угла диэлектрических потерь.
Р е ж и м ы вакуумной сушки конденсаторов в ш к а ф у
объемом до 12 м 3 приведены в табл. 11.
Окончательная сушка. После предварительной сушки
остаточное влагосодержание в бумажном диэлектрике
конденсаторов составляет десятые доли процента, что
оказывает существенное влияние на величину тангенса
угла потерь конденсаторов. Поэтому сушка продолжается при более высоком вакууме и предназначена для
дальнейшего снижения остаточного влагосодержания в
бумаге до тысячных долей процента в целях обеспечения
необходимых характеристик конденсаторов.
Указанное
значение остаточного влагосодержания может быть получено только в процессе дальнейшей сушки при давлении
1—0,1 Па. Одновременно с удалением остатков влаги при
186
этом давлении достигается и достаточная степень обезгаживания конденсаторов, обеспечивающая высокие напряжения возникновения частичных разрядов.
Сушка при высоком вакууме производится двухроторными и бустерными насосами. Поэтому переход от периода предварительной к периоду окончательной сушки связан с подключением к ш к а ф у указанных насосов и переводом работы насоса ВН-6Г со ш к а ф а на линию форвакуума этих насосов.
При работе двухроторного, а затем бустерного насосов давление в ш к а ф у резко снижается и в течение не187
продолжительного времени достигает заданного. Однако
низкое давление в ш к а ф у еще не свидетельствует об окончании процесса сушки. Поскольку удаление остатков
влаги и газов из пор туго спрессованного бумажного диэлектрика в значительной мере затруднено и происходит
с некоторой конечной скоростью, для установления равновесного влаго- и газосодержания в бумаге необходимо
определенное время. Продолжительность периода окончательной сушки 80 ч, и в течение всего периода темпер а т у р а конденсаторов поддерживается в пределах 115—
130° С.
В конце предварительной и в период окончательной
сушки давление в шкафу контролируется через к а ж д ы е
2 ч термопарным манометром, у к а з ы в а ю щ и м суммарное
давление воздуха и паров воды.
После окончания процесса сушки, непосредственно перед заливкой пропитывающей жидкостью, температуру
конденсаторов снижают до 80—100° С. Конденсаторы охл а ж д а ю т пропусканием в систему обогрева ш к а ф а охлажденного теплоносителя или заблаговременным отключением обогрева ш к а ф а .
При сушке конденсаторов возможны нарушения заданного р е ж и м а температуры и вакуума в результате временных отключений электроэнергии, прекращения подачи
теплоносителя, увлажнения насоса, нарушения герметичности вакуумной системы, а т а к ж е по другим причинам.
Нарушения режима, связанные со снижением температуры или с потерей вакуума, вызывают замедление или
прекращение сушки. В таких случаях для обеспечения необходимой степени высушиваемости конденсаторов следует продлить процес сушки. Время продления, как правило, устанавливают равным времени, в течение которого
был нарушен режим сушки (с учетом времени восстановления р е ж и м а ) .
Нарушение вакуума в течение последних 30 ч периода
окончательной сушки недопустимо. В случае такого
нарушения процесс д о л ж е н быть проведен заново. Это
объясняется тем, что при резком ухудшении вакуума возникает большой перепад давлений газов в порах диэлектрика и о к р у ж а ю щ е м его пространстве (в ш к а ф у ) , в результате чего газосодержание диэлектрика резко возрастает. Удаление же газов из пор диэлектрика происходит
медленно и требует длительного времени.
188
Рассмотренный режим вакуумной сушки относится к
конденсаторам с начальной влажностью бумажного диэлектрика 8—10%.
Н а р я д у с указанным полным процессом сушки в последнее время широко применяют раздельную предварительную и окончательную сушку конденсаторов.
Раздельная предварительная сушка пакетов и конденсаторов. При такой сушке из пакетов и конденсаторов
удаляют основную массу влаги, в результате чего влагосодержание бумажного диэлектрика доводят до 0,1 —0,5%.
При использовании раздельной предварительной и
окончательной сушки можно проводить не только электрические испытания сухих пакетов и более эффективную
отбраковку дефектных секций, но и более рационально
применять в ряде случаев термовакуумное оборудование.
На предварительную сушку пакеты поступают непосредственно после их запрессовки. В шкаф помещают
максимальное количество пакетов, которое в 1,5—2 р а з а
превышает количество конденсаторов, з а г р у ж а е м ы х на
окончательную сушку в ш к а ф такого же объема. Пакеты
з а г р у ж а ю т обычно в специальных клетях, устанавливаемых на платформе ш к а ф а в несколько ярусов. З а г р у з к у
и выгрузку пакетов после сушки осуществляют с помощью
подъемно-транспортных средств. При сушке пакетов конденсаторов без корпусов условия теплопередачи от стенок
ш к а ф а к пакетам более благоприятны, поэтому удельное
время сушки (приходящееся на один пакет) по сравнению с удельным временем сушки конденсаторов в корпусах сокращается в 2—3 раза.
Необходимо учитывать, что после сушки при хранении происходит постепенное увлажнение пакетов главным
образом с торцовых сторон секций. Проникновение влаги
внутрь секций с боковых сторон ограничивается алюминиевыми обкладками. Находясь на воздухе при температуре 20—25° С и относительной влажности 50—70%, пакеты в течение первых пяти суток поглощают до 3—4%, а в
течение месяца — до 25% выпаренной п р и с у ш к е влаги.
Таким образом во избежание увлажнения пакеты, прошедшие предварительную сушку, следует в короткий срок
собирать в корпуса и направлять на окончательную сушку и пропитку. В случае вынужденного длительного хранения пакеты необходимо с о д е р ж а т ь при возможно меньшей относительной влажности воздуха и повышенной
189
т е м п е р а т у р е . В герметично з а в а р е н н ы х корпусах пакеты
могут находиться, не у в л а ж н я я с ь , д л и т е л ь н о е время. Поэтому, когда п р е д в а р и т е л ь н у ю сушку проходят собранные конденсаторы, их з а л и в о ч н ы е отверстия на в р е м я х р а нения у п л о т н я ю т п р о б к а м и .
В соответствии с принятой на з а в о д а х технологией
р а з р е ш а е т с я с о к р а щ а т ь полный процесс сушки конденсаторов, если в р е м я п р е б ы в а н и я пакетов на воздухе в норм а л ь н ы х у с л о в и я х после п р е д в а р и т е л ь н о й сушки не прев ы ш а е т 7 сут, и п р о д л е в а т ь , если в р е м я п р е б ы в а н и я бол е е 7 сут.
§ 53. Заливка и пропитка конденсаторов
Основной з а д а ч е й пропитки к о н д е н с а т о р о в я в л я е т с я
з а п о л н е н и е пор в б у м а г е и з а з о р о в м е ж д у слоями б у м а г и
и пленки п р о п и т ы в а ю щ е й ж и д к о с т ь ю после у д а л е н и я из
них в л а г и и в о з д у х а в процессе в а к у у м н о й сушки.
З а л и в к у и пропитку конденсаторов п р о и з в о д я т в том
ж е ш к а ф у , в котором в ы п о л н я ю т в а к у у м н у ю сушку. Д л я
пропитки используют п р е д в а р и т е л ь н о очищенную, просушенную и о б е з г а ж е н н у ю п р о п и т ы в а ю щ у ю жидкость, по
своим д и э л е к т р и ч е с к и м х а р а к т е р и с т и к а м о т в е ч а ю щ у ю заданным нормам.
С к о р о с т ь в п и т ы в а н и я п р о п и т ы в а ю щ е й ж и д к о с т и в бум а г у з а в и с и т от вязкости ж и д к о с т и : чем н и ж е в я з к о с т ь ,
тем быстрее ж и д к о с т ь п р о н и к а е т в поры бумаги.
П о с к о л ь к у в я з к о с т ь с повышением т е м п е р а т у р ы п а д а ет, пропитку с т а р а ю т с я в ы п о л н я т ь при более высоких темп е р а т у р а х . З а в и с и м о с т и вязкости п р о п и т ы в а ю щ и х жидкостей от т е м п е р а т у р ы п о к а з а н ы на рис. 71. Т е м п е р а т у р а
о г р а н и ч и в а е т с я термостойкостью п р о п и т ы в а ю щ е й ж и д кости и б у м а г и ( п л е н к и ) . К р о м е того, при в ы б о р е темпер а т у р ы пропитки у ч и т ы в а е т с я летучесть п р о п и т ы в а ю щ е й
ж и д к о с т и при высоком в а к у у м е и унос ее из ш к а ф а . Во
и з б е ж а н и е уноса т е м п е р а т у р у пропитки с н и ж а ю т . Н а п р и мер, пропитку к о н д е н с а т о р о в к о н д е н с а т о р н ы м м а с л о м
п р о и з в о д я т при 40—50° С, к а с т о р о в ы м м а с л о м — при 70—
80° С, а Т Х Д — п р и 50—60° С.
В процессе з а л и в к и и пропитки очень в а ж н о поддерж и в а т ь д а в л е н и е в ш к а ф у не выше достигнутого в период
окончательной сушки конденсаторов. О д н а к о необходимо
у ч и т ы в а т ь в о з м о ж н о е повышение д а в л е н и я в ш к а ф у за
счет д а в л е н и я п а р о в п р о п и т ы в а ю щ е й
жидкости.
Чем
190
в ы ш е т е м п е р а т у р а в ш к а ф у , тем в ы ш е д а в л е н и е п а р о в
п р о п и т ы в а ю щ е й ж и д к о с т и . З а в и с и м о с т и д а в л е н и я насыщенного п а р а п р о п и т ы в а ю щ и х ж и д к о с т е й от т е м п е р а т у р ы
п о к а з а н ы на рис. 72.
Перед началом зал и в к и необходимо подготовить
пропитывающ у ю ж и д к о с т ь в количестве,
достаточном
д л я полной пропитки
конденсаторов, н а х о д я щ и х с я в ш к а ф у . Качество
подготовленной
пропитывающей
жидкости
подтверждается
протоколом л а б о р а т о р ных испытаний, в котором д о л ж н ы быть у к а заны
электрическая
прочность, тангенс угла д и э л е к т р и ч е с к и х потерь и газосодержание.
Непосредственно перед
з а л и в к о й п у с к а ю т вод у д л я о х л а ж д е н и я ловушки, чтобы предотв р а т и т ь п о п а д а н и е паров
пропитывающей
ж и д к о с т и в насосы.
Д л я заливки
конденсаторов открывают
вентиль
заливочной
линии, при помощи которой ш к а ф сообщается с б а к о м подготовленной ж и д к о с т и . Впускать пропитывающую
ж и д к о с т ь надо постепенно. П р и полностью
о т к р ы т о м вентиле проп и т ы в а ю щ а я ж и д к о с т ь д о л ж н а поступать в ш к а ф ровной спокойной струей. Е с л и же при з а л и в к е пропитывающая жидкость вспенивается и в шкафу резко повышается д а в л е н и е , это у к а з ы в а е т на плохое о б е з г а ж и в а н и е
191
пропитывающей жидкости или на негерметичность заливочной линии. В таком случае заливку следует прекратить, устранить негерметичность заливочной линии, а
пропитывающую
жидкость
подвергнуть
повторному
обезгаживанию.
В процессе заливки надо непрерывно п о д д е р ж и в а т ь
заданное давление, так к а к д а ж е кратковременные повышения давления могут резко снизить электрическую прочность всей партии конденсаторов.
При
наполнении ванны ( ш к а ф а ) пропитывающей
жидкостью до уровня, превышающего на 10 см уровень
заливочных отверстий конденсаторов верхнего яруса, заливку прекращают. При индивидуальной заливке конденсаторов окончание ее определяют по достижении уровня
жидкости в заливочном бачке до уровня переливной трубки. Уровень жидкости в бачке контролируют с помощью
датчика уровня дистанционно или визуально по истечении
жидкости через переливную трубку (см. рис. 67). Продолжительность нормальной заливки составляет 1—2 ч.
Когда пропитывающая жидкость попадает в конденсаторы, процесс пропитки происходит довольно быстро,
т а к к а к хорошо высушенная и обезгаженная бумага под
действием капиллярных сил ж а д н о впитывает пропитывающую жидкость.
Д л я маловязких пропитывающих жидкостей (конденсаторное масло, ТХД) длительность пропитки не превышает 4 ч. Продолжительность пропитки жидкостями с высокой вязкостью (касторовое масло) может составлять
20 ч и более. При пропитке бумажно-пленочных и пленочных конденсаторов длительность и температуру пропитки
устанавливают опытным путем в зависимости от свойств
пленки.
За ходом пропитки можно наблюдать, измеряя емкость конденсаторов (рис. 73). По мере заполнения пор
бумаги пропитывающей жидкостью емкость конденсаторов увеличивается. Установившаяся емкость свидетельствует о том, что процесс пропитки закончен. Д а л ь н е й ш е е
увеличение времени пропитки у ж е не дает эффективных
результатов.
В процессе заливки и пропитки на поверхности пропитывающей жидкости не д о л ж н о наблюдаться выделения
пузырьков воздуха. Выделение пузырьков свидетельствует о попадании воздуха в конденсаторы в процессе заливки. Воздух из этих конденсаторов не может быть удален
192
д а ж е при длительной откачке, поэтому такие конденсаторы непригодны д л я нормальной эксплуатации. После
окончания пропитки излишнюю пропитывающую жидкость из ванны или ш к а ф а сливают под вакуумом.
В случае пропитки конденсаторным и касторовым масл а м и конденсаторы после слива масла выгружают из
ш к а ф а и направляют для запайки заливочных отверстий.
При пропитке хлорированными дифенилами стенки
ш к а ф а и наружные поверхности конденсаторов перед выгрузкой подвергают осушке при высоком вакууме, чтобы
избавиться от остатков пропитывающей жидкости. Испар я ю щ а я с я пропитывающая жидкость о с а ж д а е т с я в ловушке и скапливается в сборнике.
При индивидуальной заливке пропитывающая жидкость от общей заливочной линии подается непосредственно в к а ж д ы й конденсатор с помощью распределительных
трубок. Индивидуальная заливка позволяет более рационально использовать пропитывающую жидкость, а т а к ж е
19З
п о в ы ш а т ь культуру производства и качество конденсаторов. П р и индивидуальной з а л и в к е о т п а д а е т необходимость в осушке конденсаторов перед выгрузкой. Выгрузку конденсаторов п р о и з в о д я т после о х л а ж д е н и я их в ш к а фу до т е м п е р а т у р ы не в ы ш е 60° С.
§ 54. Сборка и герметизация конденсаторов
после пропитки
Конденсаторы, п р о ш е д ш и е в а к у у м н у ю сушку и пропитку в корпусах, после в ы г р у з к и из ш к а ф а поступают на
участок г е р м е т и з а ц и и д л я з а п а й к и з а л и в о ч н ы х отверстий.
Когда к о н д е н с а т о р ы п о д в е р г а ю т с я сушке и пропитке
без корпусов, выемные части в контейнерах после выгрузки п р е д в а р и т е л ь н о д о с т а в л я ю т на участок сборки, где
в ы п о л н я ю т их сборку с корпусом и п о с л е д у ю щ у ю гермет и з а ц и ю с о б р а н н ы х конденсаторов. Это относится только
к некоторым к о н д е н с а т о р а м в и з о л я ц и о н н ы х корпусах.
Д о сборки в ы е м н ы е части к о н д е н с а т о р о в д о л ж н ы храниться в плотно з а к р ы т ы х контейнерах, в ш к а ф а х или
под в а к у у м о м полностью п о г р у ж е н н ы м и в пропитывающую жидкость.
С б о р к а после пропитки п р е д с т а в л я е т определенные
трудности и я в л я е т с я ответственным э т а п о м в изготовлении конденсаторов, с в я з а н н ы м с необходимостью предох р а н е н и я пропитанных пакетов не только от р а з л и ч н о г о
р о д а з а г р я з н е н и й , но и от у в л а ж н е н и я и п о п а д а н и я в них
воздуха.
Технология сборки конденсаторов р а з н ы х типов после
пропитки не имеет принципиального р а з л и ч и я и состоит
из с л е д у ю щ и х основных операций:
подготовки корпусов и д е т а л е й д л я сборки;
з а м е р а и подгонки емкости выемной части;
сборки выемной части с корпусом;
обезгаживания и заливки пропитывающей жидкостью
под в а к у у м о м с о б р а н н ы х конденсаторов;
д о л и в к и п р о п и т ы в а ю щ е й ж и д к о с т и и герметизации.
Подготовка корпусов и деталей для сборки. К о р п у с а и
д е т а л и , с о п р и к а с а ю щ и е с я с выемной ч а с т ь ю и пропитывающей ж и д к о с т ь ю , могут вносить з а г р я з н е н и я в н у т р ь конд е н с а т о р о в и значительно с н и ж а т ь их электрические характеристики. П о э т о м у при сборке конденсаторов необход и м о с о б л ю д а т ь н а д л е ж а щ у ю чистоту не только корпусов и д е т а л е й конденсаторов, но и рабочего места.
194
Ф а р ф о р о в ы е покрышки (корпуса) перед сборкой следует или в ы м ы т ь проточной водой и з а т е м высушить, или
т щ а т е л ь н о протереть чистой ветошью или б я з ь ю . Н а р у ж ные поверхности покрышек д о л ж н ы быть подвергнуты не
менее т щ а т е л ь н о й очистке, чем внутренние. Н е о б х о д и м о
иметь в виду, что на холодных п о к р ы ш к а х , внесенных в
теплое помещение, происходит конденсация влаги. Поэтому до н а ч а л а сборки покрышки д о л ж н ы нагреться до темп е р а т у р ы о к р у ж а ю щ е й среды.
Ц и л и н д р ы из б а к е л и з и р о в а н н о й бумаги,
увлажняющиеся в обычных условиях, д л я увеличения электрической прочности и сопротивления изоляции п р е д в а р и т е л ь н о
подвергаются в а к у у м н о й сушке и пропитке конденсаторным маслом. С у ш к у и пропитку п р о и з в о д я т в термовакуумных ш к а ф а х в течение 24 ч при т е м п е р а т у р е 80—90° С
и д а в л е н и и не в ы ш е 20 П а .
К р ы ш к и конденсаторов т а к ж е следует п р о т и р а т ь
бязью, а к р е п е ж н ы е д е т а л и х р а н и т ь в специальной т а р е ,
п р е д о т в р а щ а ю щ е й их з а г р я з н е н и е .
П о с л е подготовки д е т а л е й в ы п о л н я ю т сборку корпуса конденсатора, к о т о р а я з а к л ю ч а е т с я
в
соединении
ф а р ф о р о в о й покрышки или бакелитового ц и л и н д р а с нижней к р ы ш к о й . П р и сборке н и ж н е й к р ы ш к и 14 (рис. 74)
с ф а р ф о р о в о й покрышкой 4 последнюю у с т а н а в л и в а ю т
н и ж н и м торцом вверх. Н а п о к р ы ш к у н а д е в а ю т ф л а н е ц
15, р а з ъ е м н о е кольцо 2 и резиновую п р о к л а д к у 3, предох р а н я ю щ у ю ф а р ф о р о т механических повреждений. З а тем в резьбовые отверстия н и ж н е й к р ы ш к и в в е р т ы в а ю т
с т я ж н ы е ш п и л ь к и 13, а в проточку у к л а д ы в а ю т кольцевую у п л о т н я ю щ у ю резиновую п р о к л а д к у . П о с л е установки к р ы ш к и на торец ф а р ф о р о в о й п о к р ы ш к и ф л а н е ц 15 с
р а з ъ е м н ы м кольцом 2 приподнимают, н а с а ж и в а ю т отверстиями на концы ш п и л е к 13 к р ы ш к и и г а й к а м и равномерно п р и т я г и в а ю т к конусной части торца покрышки. П р и
этом р а з ъ е м н о е к о л ь ц о по всему периметру д о л ж н о упир а т ь с я в резиновую п р о к л а д к у 3.
Сборку ф а р ф о р о в ы х п о к р ы ш е к с н и ж н и м и к р ы ш к а м и
м о ж н о производить и в другой последовательности: на
у л о ж е н н у ю на пол н и ж н ю ю к р ы ш к у п о м е щ а ю т уплотняющую п р о к л а д к у и у с т а н а в л и в а ю т ф а р ф о р о в у ю покрышку с п р е д в а р и т е л ь н о н а д е т ы м и на нее ф л а н ц е м , р а з ъ е м ным кольцом и резиновой п р о к л а д к о й . Этот способ применяют при к р у п н о г а б а р и т н ы х ф а р ф о р о в ы х п о к р ы ш к а х ,
195
д л я перемещения которых используют подъемные устройства.
Замер и подгонка емкости выемной части. Непосредственно перед сборкой конденсаторов производят замер и
в случае необходимости подгонку емкости
выемных частей. Эти
операции
выполняются главным образом
при сборке конденсаторов, имеющих м а л ы е
допуски по емкости, и
с л у ж а т для обеспечения емкости готовых
конденсаторов в заданных пределах. К указанной группе конденсаторов
преимущественно относятся конденсаторы связи.
Измерение и подгонка емкости обычно
связаны с извлечением
выемных частей из масла. Поэтому во избежание увлажнения и
попадания воздуха в
секции эти операции
необходимо выполнять
в минимально возможное время. Время пребывания выемной части на воздухе с момента извлечения ее из
контейнера до посадки
в корпус с маслом не
должно
превышать
15 мин. Если позволяют условия, измерение и подгонку емкости следует производить в масле, без извлечения пакетов на воздух. Д л я
определения емкости надо применять приборы, обеспечивающие необходимую точность измерений?
Если о б щ а я емкость выемной части при измерениях
укладывается в заданные пределы, выемная часть посту196
пает непосредственно на сборку с корпусом. В противном
случае производят подгонку емкости.
Конденсаторы, связанные с подгонкой емкости, обычно имеют большое количество последовательно соединенных секций или групп секций в пакетах. Подгонка емкости таких пакетов в заданные пределы легче всего может
быть осуществлена в том случае, когда емкость занижена
и требуется ее увеличение. Поэтому конденсаторы заранее рассчитывают так, чтобы их емкость после пропитки
находилась на нижнем пределе допуска.
Подгонка емкости может быть осуществлена двумя путями: дополнительной подпрессовкой пакетов выемной
части и отключением нескольких последовательно соединенных секций или групп секций в пакетах. В первом случае д л я увеличения емкости в конструкции щек пакетов
предусмотрена установка регулировочных болтов, позволяющих производить сжатие секций в пакете. Во втором
случае в пакеты при их изготовлении з а к л а д ы в а ю т дополнительные секции, отключение которых при подгонке емкости не оказывает влияния на электрическую прочность
конденсаторов. Секции отключают перепайкой их токоподводов накоротко. Во избежание внесения загрязнений
перепайку токоподводов следует производить без применения флюсов.
Подгонка емкости выемных частей, состоящих из нескольких пакетов, д о л ж н а быть выполнена таким образом, чтобы не только общая емкость выемной части, но
и емкости отдельных пакетов и последовательно соединяемых групп пакетов т а к ж е находились в заданных пределах. Это требование вызвано необходимостью равномерного распределения напряжений в пакетах и секциях
конденсаторов для повышения их надежности в эксплуатации.
Сборка выемной части с корпусом. Этот процесс состоит из следующих основных операций: посадки выемной
части в корпус, закрепления ее на нижней крышке и сборки верхней крышки с корпусом.
После того как произведены замер и подгонка емкости, выемную часть конденсатора переносят в корпус и выполняют механическое и электрическое соединение с нижней крышкой, являющейся одним из выводов конденсатора.
Выемную часть с нижней крышкой соединяют обычно
болтами (рис. 75). Скобы 4 нижних щек выемной части
197
н а с а ж и в а ю т на приваренные к крышке болты 5 и при помощи торцового ключа прижимают гайками 6. Посадку
выемной части в корпус осуществляют с помощью направляющих стержней, которые предварительно соединяют с болтами. Н а п р а в л я ю щ и е стержни одновременно
позволяют опускать гайки и навертывать их на болты.
Ж е с т к и е стенки фарфоровых и бакелитовых корпусов
не могут обеспечить компенсацию температурного изме-
нения объема пропитывающей жидкости в конденсаторах,
поэтому внутри конденсаторов создают воздушную подушку или устанавливают расширители (рис. 76). Д л я
уменьшения объема пропитывающей жидкости и облегчения компенсации свободное пространство между выемной частью и корпусом конденсатора часто заполняют
твердыми изоляционными материалами. В качестве заполнителя обычно используют отходы электрокартона и
гетинакса, пропитанные вместе с выемными частями.
Конденсаторы без расширителей после заливки пропитывающей жидкостью направляют на обезгаживание и
198
затем производят их сборку с верхней крышкой и окончательную герметизацию.
Конденсаторы с расширителями (обычно к ним относятся конденсаторы связи) проходят вакуумную обработку после установки расширителей и сборки с верхней
крышкой. Д л я обезгаживания и индивидуальной заливки пропитывающей жидкости в верхних крышках предусмотрены заливочные отверстия. При сборке конденсаторов с расширителями отвод выемной части с защитной
прокладкой поднимают на верхний торец корпуса. В случае необходимости в корпус з а к л а д ы в а ю т заполнитель.
Затем на выемной части поочередно р а з м е щ а ю т расширители, которые от щек выемной части и выступающих деталей верхней крышки з а щ и щ а ю т стальными дисками и
изоляционными прокладками.
Расширители, применяемые д л я компенсации температурного изменения объема пропитывающей жидкости,
д о л ж н ы быть герметичными. Проверку на герметичность
проводят д в а ж д ы . Д л я первой проверки, выявляющей
грубые течи, расширитель погружают в нагретое до 50—
60° С конденсаторное масло и слегка сжимают. Места течи обнаруживают по появлению пузырьков воздуха. Д л я
второй проверки, выявляющей м а л ы е течи, расширители
у к л а д ы в а ю т в струбцины и выдерживают под вакуумом
при давлении не более 100 Па в течение нескольких часов . Негерметичные расширители обнаруживают по вогнутым внутрь стенкам.
Сборка верхних крышек с корпусом для всех конденсаторов не отличается от сборки нижних крышек, за исключением того, что при установке верхних крышек к
ним присоединяют отводы выемных частей болтами или
непосредственно припайкой к крышке.
Обезгаживание и заливка пропитывающей жидкостью
под вакуумом собранных конденсаторов. В процессе сборки выемные части конденсаторов некоторое время находятся на воздухе, что приводит к неизбежному попаданию его в секции, главным образом с их торцовых сторон,
и ухудшению первоначальных электрических характеристик конденсаторов. Поэтому после сборки конденсаторы
необходимо подвергать откачке для максимально возможного удаления воздушных включений с последующей
заливкой пропитывающей жидкостью под вакуумом.
Откачку конденсаторов выполняют в специальных
шкафах, снабженных механическими насосами. Д л я этой
199
цели с успехом могут быть использованы и термовакуумные шкафы, применяемые для вакуумной сушки и пропитки конденсаторов. Откачку крупногабаритных конденсаторов можно выполнять т а к ж е непосредственным
подключением их к вакуумному насосу. Откачку производят при остаточном давлении не выше 20 Па и температуре 25—50° С. Ее продолжительность зависит от габаритов конденсаторов и составляет от 6 до 20 ч.
Доливка пропитывающей жидкости и герметизация
конденсаторов. В большинстве случаев конденсаторы
предназначены для работы в широком диапазоне температур (от —40 до 70—90°С). Естественно, что в результате температурного изменения объема пропитывающей
жидкости внутри конденсаторов могут происходить изменения давления т а к ж е в значительных пределах. При этом
в конденсаторах могут возникать давления выше или ниже атмосферного.
Возникновение чрезмерно высоких давлений связано
с опасностью нарушения герметичности и д а ж е разрушения корпуса конденсатора. Появление вакуума представляет собой опасность засасывания атмосферного воздуха
внутрь конденсаторов и постепенного их увлажнения в
случае нарушения герметичности. Кроме того, вакуум в
конденсаторах вызывает понижение напряжения возникновения частичных разрядов, что особенно опасно для
конденсаторов переменного тока.
В конструкциях конденсаторов обычно предусматривается возможность компенсации температурного изменения объема пропитывающей жидкости в таких пределах,
которые исключают появление опасных давлений и вакуума внутри конденсаторов. Например, компенсация температурного изменения объема пропитывающей жидкости конденсаторов в металлических корпусах достигается
упругой деформацией стенок корпусов. Однако, если герметизацию этих конденсаторов производить при низких
температурах, в процессе эксплуатации в них могут возникать недопустимо высокие давления. Наоборот, если герметизацию выполнять при высоких температурах, в конденсаторах будет постоянно поддерживаться давление
ниже атмосферного. Таким образом выбор температуры,
при которой необходимо производить герметизацию конденсаторов, имеет большое значение.
Обычно герметизацию конденсаторов в металлических
корпусах осуществляют при 30—60° С. Поэтому перед
200
герметизацией выгружаемые из ш к а ф а конденсаторы необходимо охладить до указанной температуры. Непосредственно перед герметизацией конденсаторы должны быть
полностью залиты пропитывающей жидкостью во избежание насыщения воздухом и оголения секций при наклонах конденсаторов. Кроме того, недолив пропитывающей
жидкости (наличие воздушной подушки) может вызвать
значительное изменение уровня пропитывающей жидкости в конденсаторах при изменении температуры и привести к снижению электрической прочности изоляции выводов. К а к правило, уровень пропитывающей жидкости в
конденсаторах к моменту герметизации понижается. Это
происходит как в результате охлаждения конденсаторов
после выгрузки, так и вследствие деформации (вспучивания) стенок корпусов из-за возникновения разности давлений на их внутренних и наружных поверхностях при
сливе пропитывающей жидкости из ш к а ф а после пропитки.
Доливку конденсаторов производят сухой обезгаженной жидкостью. Время пребывания конденсаторов на воздухе с момента выгрузки до окончательной герметизации
должно быть минимальным.
Качество конденсаторов значительно повышается, если сушку и пропитку их выполняют с установленными на
заливочные отверстия технологическими трубками и производят индивидуальную заливку. В этом случае исключается непосредственное соприкосновение с атмосферой
пропитывающей жидкости, находящейся в конденсаторе,
и проникновение в нее влаги и воздуха. Одновременно исключается необходимость доливки конденсаторов перед
окончательной герметизацией, так как понижение уровня
пропитывающей жидкости в конденсаторах может быть
скомпенсировано пропитывающей жидкостью, находящейся в трубках. Непосредственно перед герметизацией
трубки снимают.
Поскольку жесткие фарфоровые и бакелитовые корпуса не обладают деформацией, способной компенсировать
изменение объема пропитывающей жидкости, в конденсаторах некоторых типов компенсация осуществляется воздушной подушкой, которая создается в результате неполной доливки их пропитывающей жидкостью при герметизации. К этой группе конденсаторов относятся главным образом конденсаторы постоянного тока, предназначенные для работы во внутренних установках при неболь201
ших к о л е б а н и я х о к р у ж а ю щ е й т е м п е р а т у р ы . В т а к и х конд е н с а т о р а х д л я компенсации изменения о б ъ е м а пропит ы в а ю щ е й ж и д к о с т и о б ъ е м воздушной подушки требуется небольшой. О д н а к о при незначительном недоливе
п р о п и т ы в а ю щ е й ж и д к о с т и в о з м о ж н о оголение секций при
перевертывании конденсаторов, поэтому после о т к а ч к и их
п е р е в е р т ы в а н и е не допускается.
В конденсаторах, п р е д н а з н а ч е н н ы х д л я р а б о т ы в нар у ж н ы х и ответственных у с т а н о в к а х (конденсаторы с в я з и
и д р . ) , недопустимо не только наличие воздушной подушки, но и возникновение д а в л е н и й н и ж е атмосферного во
всем д и а п а з о н е рабочих температур. П о э т о м у перед герметизацией в т а к и х к о н д е н с а т о р а х с о з д а е т с я избыточное
д а в л е н и е п р о п и т ы в а ю щ е й жидкости, д л я чего в к р ы ш к а х
конденсаторов помимо з а л и в о ч н ы х отверстий предусматр и в а ю т отверстия с о б р а т н ы м и к л а п а н а м и .
Сохранение избыточного д а в л е н и я внутри конденсаторов во всем и н т е р в а л е р а б о ч и х т е м п е р а т у р с в я з а н о с появлением з н а ч и т е л ь н ы х д а в л е н и й в о б л а с т и п о л о ж и т е л ь ных т е м п е р а т у р . Следовательно, корпуса конденсаторов д о л ж н ы о б л а д а т ь повышенной механической прочностью.
Д о л и в к у к о н д е н с а т о р о в и с о з д а н и е в них избыточного
д а в л е н и я м а с л а производят с помощью ручного или механического насоса, который п о д к л ю ч а ю т к о б р а т н ы м
к л а п а н а м конденсаторов гибким ш л а н г о м со штуцером.
Д л я контроля с о з д а в а е м о г о в к о н д е н с а т о р а х д а в л е н и я на
штуцере у с т а н а в л и в а ю т стрелочный манометр.
П р и д о л и в к е и создании избыточного д а в л е н и я конд е н с а т о р ы во и з б е ж а н и е о б р а з о в а н и я воздушной подушки необходимо р а с п о л а г а т ь в строго в е р т и к а л ь н о м положении. Во в р е м я д о л и в к и п р о п и т ы в а ю щ е й ж и д к о с т и заливочные отверстия конденсаторов д о л ж н ы быть открыты д л я свободного выхода воздуха. П о с л е появления проп и т ы в а ю щ е й ж и д к о с т и в з а л и в о ч н ы х отверстиях их герметизируют. З а т е м в конденсаторе с о з д а ю т з а д а н н о е избыточное д а в л е н и е п р о п и т ы в а ю щ е й ж и д к о с т и и герметизируют отверстия с о б р а т н ы м и к л а п а н а м и .
И з б ы т о ч н о е д а в л е н и е в к о н д е н с а т о р а х м о ж н о создав а т ь при любой т е м п е р а т у р е , о д н а к о при р а з н ы х темпер а т у р а х конденсаторов оно будет различно. П р а к т и ч е с к и
с о з д а в а е м о е д а в л е н и е в зависимости от т е м п е р а т у р ы
д л я к а ж д о г о типа конденсаторов о п р е д е л я ю т по г р а ф и кам, полученным на основании опытных д а н н ы х (рис. 7 7 ) .
202
Д л я д о л и в к и конденсаторов и с о з д а н и я в них избыточного д а в л е н и я надо использовать сухую о б е з г а ж е н н у ю
п р о п и т ы в а ю щ у ю жидкость.
Г е р м е т и з а ц и ю конденсаторов в металлических корпусах осуществляют напайкой на заливочные отверстия металлических
колпачков.
В к о н д е н с а т о р а х с избыточным д а в л е н и е м з а л и вочные отверстия с обратными к л а п а н а м и з а к р ы в а ю т п р о б к а м и с резиновыми п р о к л а д к а м и и зал и в а ю т припоем.
При пайке заливочных
отверстий следует избегать применения к а к и х либо флюсов из-за возможного попадания
их
внутрь
конденсаторов.
Д л я з а п а й к и используют
с п е ц и а л ь н ы е (фасонные)
паяльники
мощностью
500 Вт на н а п р я ж е н и е
36 В. Р а б о ч и е места долж н ы быть о б о р у д о в а н ы
в ы т я ж н о й вентиляцией.
После
герметизации
конденсаторы
обезжирив а ю т на моечной м а ш и н е
(в качестве растворителей п р и м е н я ю т трихлорэтилен или м о ю щ и е с о с т а в ы ) , а з а т е м о т п р а в л я ю т на
испытания.
§ 55. Влияние процесса сушки и пропитки
на электрические характеристики и срок службы
конденсаторов
В а к у у м н а я сушка и пропитка конденсаторов являются н а и б о л е е в а ж н ы м процессом в технологическом цикле
изготовления конденсаторов. От их качества в значительной степени з а в и с я т электрические х а р а к т е р и с т и к и конд е н с а т о р о в и их стабильность.
В а ж н е й ш е й электрической х а р а к т е р и с т и к о й , в наибольшей степени з а в и с я щ е й от сушки и пропитки и опре203
деляющей качество конденсаторов, является тангенс угла
диэлектрических потерь t g δ .
У качественных конденсаторов значения tgδ не долж н ы превышать 0,12—0,05% для бумажно-пленочных.,
0 , 1 8 — 0 , 2 5 % — д л я бумажно-масляных и 0,20—0,40%—
д л я бумажных конденсаторов, пропитанных хлорированными дифенилами. В конденсаторах, пропитанных касторовым маслом, допускаются более высокие значения
tgδ.
М а л ы е величины tgδ при комнатной температуре
еще не полностью характеризуют качество конденсаторов. Величина tgδ д о л ж н а оставаться стабильной т а к ж е
и в области повышенных рабочих температур и не
меняться при изменении напряжения в широких пределах.
Конденсаторы с малыми и стабильными значениями
tgδ могут быть получены только при условии строгого реж и м а их вакуумной сушки и пропитки. Отклонения от
заданного режима, связанные с недосушкой или недостаточным обезгаживанием конденсаторов и пропитывающей жидкости, приводят к нестабильности tgδ конденсаторов. Из-за недосушки tgδ конденсаторов с повышением температуры резко увеличивается, поэтому
недосушку легко обнаружить, если определить зависимость tgδ от температуры [ t g δ = f ( t ) ] . Наличие воздуха
вызывает резкое увеличение tgδ конденсаторов при повышенных напряжениях и т а к ж е легко обнаруживается
при снятии зависимости tgδ от напряженности электрического поля [tgδ = f (E)].
Помимо недосушки и недостаточного обезгаживания
на величину и стабильность tgδ конденсаторов в значительной степени влияют различного рода загрязнения.
Присутствие загрязнений (ионных примесей) может
быть выявлено при снятии зависимости tgδ конденсаторов от температуры и напряжения (напряженности
электрического поля).
На рис. 78 показаны зависимости тангенса угла потерь от температуры для конденсаторов, пропитанных
минеральным маслом и ТХД. Кривые 1 относятся к конденсаторам, прошедшим нормальный процесс вакуумной
сушки и пропитки. В области положительных рабочих
температур угол потерь этих конденсаторов имеет минимальные значения и практически остается постоянным.
204
Кривые 2, имеющие U-образный вид, относятся к
конденсаторам, у которых при вакуумной сушке недостаточно удалена влага. В этом случае tgδ конденсаторов при температуре 40—50° С имеет минимум, который, однако, значительно выше tgδ конденсаторов, прошедших нормальную сушку. Подъем кривой tgδ слева
от минимума (с понижением температуры) обусловлен
возрастанием влияния дипольных потерь недосушенной
бумаги. Подъем кривой tgδ справа от минимума объясняется увеличением потерь проводимости в недосушенной бумаге ввиду возрастания подвижности ионов с повышением температуры.
Кривые 3 относятся к конденсаторам, прошедшим
нормальный процесс сушки и пропитки, но при изготовлении в эти конденсаторы были внесены загрязнения.
Поскольку загрязнения обычно являются ионными примесями, их присутствие в конденсаторе т а к ж е вызывает
резкое возрастание tgδ с повышением температуры. При
этом tgδ конденсаторов, пропитанных ТХД, загрязненных канифолью, имеет характерный максимум при температуре 60° С. Аналогичный максимум наблюдается у
этих конденсаторов, изготовленных из фольги, загрязненной маслами, которые применяют в качестве смазки
при ее прокатке.
205
Зависимости тангенса угла диэлектрических потерь от
напряженности электрического поля показаны на рис. 79.
Кривые 1 характеризуют собой конденсаторы, прошедшие нормальный процесс сушки и пропитки. Величина
tgδ этих конденсаторов практически не зависит от напряженности электрического поля до 50—60 В/мкм.
Кривыми 2 представлена зависимость tgδ от напряженности электрического поля для конденсаторов с наличием воздуха. Характерным для таких конденсаторов
является то, что при малых напряженностях электрического поля наблюдаются низкие значения t g δ , т а к к а к
воздух не имеет потерь. Однако при повышении напряжения, начиная с некоторого критического значения,
угол потерь конденсаторов резко возрастает, что объясняется ионизацией воздушных включений в диэлектрике
или у краев обкладок. Н а п р я ж е н и е возникновения частичных разрядов тем ниже, чем больше растворенного
воздуха находится в конденсаторе. При большом количестве воздуха ионизация в конденсаторе может происходить при напряжениях значительно ниже рабочего.
Кривые 3 показывают зависимость tgδ от напряженности электрического поля для конденсаторов с загряз206
нениями. Растворенные загрязнения (ионные примеси)
в конденсаторе вызывают при снижении напряжения
(в области небольших напряженностей) возрастание угла потерь, особенно заметное при повышенных температурах. В этом случае значительную часть общих потерь
конденсатора составляют потери, обусловленные колебательным движением ионов в прослойках пропитывающей жидкости, находящейся в зазорах между слоями
диэлектрика. Возрастание угла потерь с понижением
напряжения может быть объяснено следующим образом.
Если напряжение достаточно высокое, амплитуда колебаний ионов ограничивается величиной зазоров между
слоями диэлектрика. При снижении напряжения активные потери остаются постоянными, поскольку колебания
ионов все еще происходят в пределах зазоров между
слоями диэлектрика, а реактивная мощность конденсатора, з а в и с я щ а я от к в а д р а т а величины напряжения,
резко уменьшается. Поэтому отношение активной мощности потерь к реактивной мощности конденсатора (тангенс угла диэлектрических потерь) с понижением напряжения возрастает.
Тангенс угла диэлектрических потерь достигает максимального значения при снижении напряжений до такой величины, при которой амплитуда колебаний ионов
становится равной толщине зазоров в диэлектрике. Поскольку полярные пропитывающие жидкости обладают
повышенной проводимостью и более чувствительны к
загрязнениям, чем неполярные, зависимость угла потерь
от напряжения у конденсаторов, пропитанных хлорированными дифенилами, выражена более резко, чем у конденсаторов, пропитанных конденсаторным маслом.
Таким образом, определив зависимость тангенса угла
потерь готовых конденсаторов от температуры и напряжения, можно с определенной точностью судить о тех
или иных отклонениях, допущенных при вакуумной сушке и пропитке или при сборке конденсаторов.
Кроме того, отклонения от установленной технологии
для конденсаторов переменного тока могут быть выявлены при их длительных испытаниях повышенным напряжением, которые проводят в течение 48 ч при напряжении 1,2 номинального и температуре окружающей
среды 20—30° С.
В конденсаторах, имеющих повышенные потери из-за
недосушки или загрязнений, в процессе длительных ис207
пытаний происходит значительный перегрев диэлектрика по отношению к температуре окружающей среды.
Такой перегрев, намного превышающий допустимый д л я
качественных конденсаторов, приводит к нарушению теплового равновесия, при котором выделяющееся в конденсаторе тепло не успевает полностью отводиться стенками корпуса. Нарушение теплового равновесия вызывает
быстрый рост температуры диэлектрика и пробой конденсатора.
Если конденсаторы плохо обезгажены или насыщены
воздухом, при длительных испытаниях в них быстро развиваются частичные разряды, которые выводят конденсаторы из строя не только из-за возрастания температуры, вызванного появлением потерь на ионизацию, но и
вследствие разрушения диэлектрика под воздействием
разрядов. В бумажно-масляных конденсаторах частичные р а з д р я д ы сопровождаются в результате разложения
масла обильным выделением газов и образованием твердых продуктов. Поэтому внутри конденсатора возникают высокие давления, которые еще до наступления пробоя диэлектрика вызывают вспучивание корпуса конденсатора.
Высокие стабильные характеристики конденсатора
являются непременным условием их длительной и безаварийной работы. Естественно, что такие характеристики могут быть обеспечены только при строгом соблюдении технологии на всех стадиях производства конденсаторов и в первую очередь при их вакуумной сушке
и пропитке.
Контрольные
вопросы
1. Что называется паром и газом?
2. Укажите способы сушки влажных материалов.
3. Д л я чего производят вакуумную сушку и пропитку конденсаторов?
4. Расскажите об устройстве установки для вакуумной сушки
и пропитки конденсаторов.
5. Как устроены насосы ВН-6Г, 6ДВН-1500 и БН-4500 и каковы
правила их обслуживания?
6. Для чего служат конденсаторы влаги и охлаждаемые ловушки?
7. Д л я чего производят тщательную очистку конденсаторов перед загрузкой в шкафы?
8. Какие факторы определяют степень высушиваемости конденсаторов?
9. Расскажите об основных периодах сушки конденсаторов.
10. Как избегают увлажнения насоса в процессе сушки конденсаторов?
208
11. Чем объясняется понижение температуры конденсаторов
при интенсивном выделении влаги?
12. Почему изменяется емкость конденсаторов в процессе
сушки?
13.^ Почему недопустимо нарушение вакуума в период окончательной сушки и при заливке конденсаторов пропитывающей жидкостью?
14. Чем вызвана необходимость герметизации конденсаторов непосредственно после выгрузки из шкафа?
15. Какое влияние оказывают на срок службы конденсаторов
нарушения процесса термовакуумной обработки?
16. Каким образом у готовых конденсаторов могут быть выявлены нарушения, допущенные при сушке и пропитке или
при
сборке?
209