Вакуумные насосы получили широкое распространение в самых различных отраслях промышленности и науки. Основное применение вакуумных насосов это удаление воздуха или газа из герметично замкнутого объема и создания в нем разряжения. Мы рассмотрим наиболее распространенные типы, характеристики вакуумных насосов их принцип работы и основные применения.

Вакуумные насосы классифицируются по диапазону рабочих давлений на:

• первичные (форвакуумные) насосы,
• дожимные насосы
• вторичные насосы.

В каждом диапазоне давлений применяются различные типы вакуумных насосов, отличающихся друг от друга по конструкции. Каждый из этих типов имеет свое преимущество по одному из следующих пунтков: возможный диапазон давления, производительность, цена и периодичность и простота технического обслуживания.

Независимо от конструкции вакуумных насосов, основной принцип работы один и тот же. Вакуумный насос удаляет молекулы воздуха и других газов из вакуумной камеры (или из выходного патрубка вакуумного насоса более высокого давления, при подключении последовательно).

При уменьшении давления в камере, последующее удаление дополнительных молекул становится экспоненциально сложнее. Поэтому промышленные вакуумные системы должный охватывать большой диапазон давлений от 1 до Торр. В научной сфере данный показатель достигает торр или ниже.

Выделяют следующие диапазоны давления:

• Низкий вакуум:> от атмосферного давления до 1 торр
• Средний вакуум: от 1 торр до 10-3 торр
• Высокий вакуум: 10-3 торр до 10-7 торр
• Сверхглубокий вакуум: от 10-7 торр до 10-11 торр
• Экстремальный высокий вакуум: < 10-11 торр

Соответствие вакуумных насосов диапазонам давления:

Первичные (форвакуумные) насосы- низкий вакуум.

Дожимные (бустерные) насосы — низкий вакуум.

Вторичные (высоковакуумные) насосы: Высокий, сверхглубокий и экстремально высокий вакуум.

Классификация вакуумных насосов по принципу работы с газом

Выделяют две основные технологии работы с газом в вакуумных насосов:

• Перекачка газа
• Улавливание газа

Насосы работающие по технологии перекачки газа подразделяются на кинетические насосы и насосы объемного вытеснения.

Кинетические насосы работают по принципу передачи импульса молекулам газа от высокоскоростных лопастей для обеспечения постоянного перемещения газа от входного патрубка насоса к выходному. Кинетические насосы обычно не имеют герметичных вакуумных камер, но могут достигать высоких коэффициентов сжатия при низких давлениях.

Насосы объемного вытеснения работают путем механического улавливания объема газа и перемещения его через насос. В герметичной камере газ сжимается до меньшего объема при более высоком давлении и после этого, сжатый газ вытесняется в атмосферу (или в следующий насос).

Обычно кинетические и объемные работают последовательно для обеспечения более высокого вакуума и расхода. Например, очень часто турбомолекулярный (кинетический) насос поставляется собранным последовательно с винтовым (объемным) насосом в единую установку.

Насосы работающие по технологии улавливания газа, захватывают молекулы газа на поверхностях в вакуумной системе. Данные насосы работают при меньших расходах, чем перекачивающие насосы, но при этом могут создавать сверхвысокий до торр, и безмасляный вакуум. Улавливающие насосы работают с использованием криогенной конденсации, ионной реакции или химической реакции и не имеют движущихся частей.

Типы вакуумных насосов в зависимости от конструкции

В зависимости от конструкции вакуумные насосы можно разделить на масляные(мокрые) и сухие (безмасляные), в зависимости от того, подвергается ли газ воздействию масла или воды в процессе перекачки.

В конструкции мокрого насоса используется масло или вода для смазки и / или герметизации. Данная жидкость может загрязнять перекачиваемый газ. Сухие же насосы не имеют жидкости в проточной части и зависят от уплотненных зазоров между вращающимися и статическими частями насоса. В качестве уплотнения чаще всего используют полимер (PTFE) или диафрагму для отделения механизма насоса от перекачиваемого газа. Сухие насосы снижают риск загрязнения системы масла по сравнению с мокрыми насосами.

В качестве первичных (форвакуумных) насосов чаще всего используются следующие конструкции, описанные ниже.

Первичный форвакуумный насос. Принцип работы. Варианты конструкций

Маслозаполненный ротационный лопастной насос

(мокрый, объемный)

В ротационном лопастном насосе газ поступает во входное отверстие и захватывается эксцентрично установленным ротором, который сжимает газ и передает его в выпускной клапан Подпружиненный клапан позволяет выпускать газ при превышении атмосферного давления. Масло используется для герметизации и охлаждения лопастей. Давление, достигаемое с помощью роторного насоса, определяется количеством ступений. Двухступенчатая конструкция может обеспечивать давление 1 ×10-3 мбар. Производительность составляет от 0,7 до 275 м3/ч.

Водокольцевой вакуумный насос. Конструкция и принцип работы

(мокрый,объемный)

Водокольцевой насос сжимает газ с помощью вращающегося рабочего колеса, расположенного эксцентрично внутри корпуса насоса. Жидкость подается в насос и посредством центробежного ускорения образует движущееся цилиндрическое кольцо. Это кольцо создает серию уплотнений в промежутках между лопастями рабочего колеса, которые и являются камерами сжатия. Эксцентриситет между осью вращения рабочего колеса и корпусом насоса приводит к уменьшению объема между лопатками рабочего колеса и тем самым к сжатию газа и выпуска его его через выходной патрубок. Этот насос имеет простую, прочную конструкцию, так как вал и рабочее колесо являются единственными движущимися частями. Водокольцевой насос имеет большой диапазон мощности и может обеспечивать давление 30 мбар при использовании воды температурой 15 ° С. При использовании других жидкостях возможны и более низкие давления. Диапазон доступных производительностей от 25 до 30 000 м3/ч.

Диафрагменный вакуумный насос

(сухой объемный)

На диафрагменных насосах используется гибкая диафрагма, которая соединена с штоком и попеременно перемещается в противоположных направлениях, так что газ попадает в пространство над диафрагмой и полностью заполняет его. Затем впускной клапан закрывается, а выпускной клапан открывается, чтобы выпустить газ.

Диафрагменный вакуумный насос компактный и очень легко обслуживается. Срок службы диафрагм и клапанов обычно составляет более 10 000 часов работы. Диафрагменный насос используется для поддержки небольших турбомолекулярных насосов в чистом, высоком вакууме. Это насос малой мощности, широко используемый в научно-исследовательских лабораториях для подготовки проб. Типичное предельное давление 5 ×10-3 мбар. Производительность от 0,6 до 10 м3 / ч (от 0,35 до 5,9 фут3 / мин).

Спиральный вакуумный насос

(сухой объемный)

Основными элементами насоса являются спиральные ротор и статор. Расширенный газ попадает в большие круглые пространства, которые сужаются, при достижении центра спирального вращающегося ротора. Уплотнение из полимера PTFE обеспечивает герметичность между спиральными элементами насоса без использования масла в перекачиваемом газе. Достигаемое давление 1 × мбар. Производительность от 5 до 46 м3/ч.

Дожимные (бустерные) насосы

Двухроторный вакуумный насос

(сухой объемный)

Двухроторные насосы в основном используется в качестве дожимных (бустерных) насосов и предназначены для удаления больших объемов газа. Два ротора, не касаясь друг друга, вращаются, чтобы непрерывно передавать газ в одном направлении через насос. Это повышает производительность первичного / форвакуума насоса, увеличивая скорость откачки примерно 7: 1 и улучшает окончательное давление, примерно 10: 1. Бустерные насосы могут иметь два или более роторов. Типичное предельное давление <10-3 Торр может быть достигнуто (в сочетании с первичными насосами). Производительность составляет подобных агрегатов может достигать около 100 000 м3/ч.

Кулачково-зубчатый насос

(сухой объемный)

Кулачково-зубчатый насос имеет два кулачка, которые вращаются в противоположные друг другу стороны. Схема работы вакуумного насоса аналогична роторному насосу, за исключением того, что газ передается в осевом направлении, а не сверху вниз. Очень часто кулачковый и двухроторный насосы применяются в комбинации. На одном общем валу устанавливаются ступени роторов и ступени кулачков. Данный тип насосов предназначен для суровых промышленных условий и обеспечивает высокую производительность. Типичное предельное давление 1 × 10-3 мбар. Производительность же составляет от 100 до 800 м3/ч.

Винтовой насос

(сухой объемный)

Основными рабочими органам агрегата являются два вращающихся винта, которые не касаются друг друга. Вращение переносит газ с одного конца на другой. Винты сконструированы таким образом, что по мере прохождения газа через них пространство между ними становится меньше и газ сжимается, тем самым вызывая пониженное давление на входе. Этот насос обладает высокой производительностью. Винтовой насос может работать со средами, содержащими жидкость и включения, а также хорошо работает при суровых условия. Типичное предельное давление составляет около 1 × 10-2 Торр. Производительность может достигать 750 м3/ч.

Вторичные (высоковакуумные) насосы

Турбомолекулярный насос

(сухой, кинетический)

Турбомолекулярные насосы работают путем переноса кинетической энергии в молекулы газа с использованием высокоскоростных вращающихся угловых лопастей, которые продвигают газ на высоких скоростях. Скорость вращения наконечника лопастей обычно составляет 250-300 м/ с. Получая импульс от вращающихся лопастей, молекулы газа, перемещаются к выпускному отверстию. Турбомолекулярные насосы обеспечивают низкое давление и имеют невысокие параметры производительности. Типичное предельное давление составляет 7,5 х 10-11 Торр. Диапазон производительности от 50 до 5000 л/с. Ступени накачки часто сочетаются со ступенями торможения, что позводяет турбомолекулярным достигать более высоких давлений (> 1 торр).

Диффузионные паромаслянные насосы

(мокрый, кинетический)

Паровые диффузионные насосы передают кинетическую энергию молекулам газа с использованием высокоскоростного нагретого масляного потока, который перемещает газ из входа в выпускное отверстие. Тем самым обеспечивает пониженное давление на входе. Данная конструкция является довольно устаревшей. В значительной степени они вытесняются на рынке более удобными сухими турбомолекулярными насосами. Диффузионные паромаслянные насосы не имеют движущихся частей и обеспечивают высокую надежность. Данный вакуумный насос обладает низкой ценой. Предельное давление менее 7,5 х 10-11 Торр. Диапазон производительности 10 — 50 000 л/с.

Криогенный насос

(сухой, технология улавливания газа)

Криогенные насосы работают путем захвата и хранения газов и паров, а не перекачки их через себя. Данный тип насосов используетт криогенную технологию для замораживания или улавливания газа на очень холодной поверхности (криоконденсация или абсорбция) при температуре 10 ° К до 20 ° К (минус 260 ° С). Эти насосы очень эффективны, но имеют ограниченную емкость для хранения газа. Собираемые газы / пары должны периодически удаляться из насоса, нагревая поверхность. Откачиваются они с помощью другого вакуумного насоса. Этот процесс также известен как регенерация. Криогенные насосы требуют установки дополнительной компрессорной системы охлаждения для создания холодных поверхностей. Эти насосы могут достигать давления 7,5 х 10-10 Торр и имеют диапазон производительности от 1200 до 4200 л/с.

Основные производители вакуумных насосов

Вакуумный насос купить можно производства следующих изготовителей

BUSCH www.buschvacuum.com

Becker www.beckerpumps.com

Elmo Rietschle http://www.gd-elmorietschle.com/en

NASH http://www.gdnash.com/liquid_ring_vacuum_pumps/

Robuschi http://www.gardnerdenver.com/en/robuschi/products/vacuum-pumps

Pfeiffer Group group.pfeiffer-vacuum.com

Samson Pumps www.samson-pumps.com

Плунжерные (поршневые) вакуум-насосы. Перепускные устройства. Вредное пространство

Плунжерный вакуумный насос это тип механического вакуумного насоса, который способен сжимать газы до атмосферного давления. Такой аппарат обладает устройством аналогичным поршневому компрессору двойного действия. Основное отличие состоит в том, что плунжерный вакуумный насос отличается более высокой степенью сжатия.

Слева-начальная стадия, 2 позиции в центре - промежуточная стадия, справа - конечная стадия

Плунжер включает в себя цилиндрическую часть, которая охватывает эксцентрик и полую прямоугольную часть, которая свободно перемещается в пазу шарнира. Когда поворачивается плоская часть плунжера, шарнир также свободно поворачивается в гнезде корпуса насоса. Данный плунжер оснащен каналом, по которому газ поступает в насосную камеру из откачиваемой полости. Попадание встречного потока газа во входную часть насоса ограничивается предварительным закрытием входа при движении золотника. Существует также возможность сокращения вредного пространства. Герметичность контакта ротора с цилиндром в насосах обеспечивается тем, что в клине между ротором и цилиндром образуется толстый слой масла.

Механические вакуумные насосы осуществляют откачивание объема, начиная с уровня атмосферного давления. По причине того, что откачиваемый газ выбрасывается в атмосферу, относительно механических вакуумных насосов не используют такие характеристики как наибольшее рабочее давление, а также наибольшее давление запуска и выпуска. Ключевыми характеристиками механических вакуумных насосов с масляным уплотнением являются:

• предельное остаточное давление;
• быстрота действия.

Механические вакуумные насосы

Механический вакуумный насос это агрегат, удаляющий газ, который используется для получения/поддержания давления ниже атмосферного в емкостях, откуда откачивается рабочая жидкость на определенных интервалах при определенном составе и величине газового потока.

Работа такой насосной установки основана на том, что газ перемещается в результате механического движения рабочих деталей насоса, тем самым совершает откачивающее действие. Объем, который заполнен газом, отсекается от входа и двигается на выход. Газ систематически продвигается на выход насосной установки в результате импульса движения, который передается молекулам газа.

В соответствии с особенностями конструкции и способом действия данного вида насоса выделяют семь видов насосов (винтовые/диафрагменные/поршневые/пластинчато-роторные/ золотниковые/рутса/спиральные). В соответствии с видом рабочей жидкости, механические насосы могут быть молекулярными (функционируют за счет течения молекул вещества) и объемными (функционируют за счет ламинарного течения вещества). Механические вакуумные насосы дифференцируются в соответствии с уровнем концентрации вакуума (высокого, низкого, среднего). Кроме того, данный вид насосов подразделяют на те, что могут функционировать без смазочного материала и со смазочным материалом.

Данный тип насосных установок используется в самых разных отраслях промышленности: химия, металлургия, электроника, пищевая промышленность, медицина, космонавтика. Механические вакуумные насосы также применяются в составе самых разных промышленных установок, а также в техпроцессах (на пример переплавка металлов, нанесение тонких пленок, моделирование космических условий т.п.).

В связи с ростом потребности в насосных установках, механические вакуумные насосы непрерывно совершенствуются и развиваются, разрабатываются насосные установки с улучшенными показателями.

Скорость действия таких насосов не зависит от вида откачиваемого газа. Остаточное давление зависит от конструкции насосной установки и свойств рабочей жидкости. Рабочей жидкостью, как правило, является масло, которое обладает перечнем необходимых характеристик:

• низкая кислотность;
• вязкость;
• хорошие смазывающие свойства;
• низкое давление насыщенных паров в интервале рабочих температур насоса;
• малое поглощение газов и паров;
• стабильность вязкости при изменении температуры;
• высокая прочность тонкой (0,05-0,10 мм) масляной пленки, способной выдержать в зазоре перепад давлений, равный атмосферному давлению.

Стабильность характеристик механических вакуумных насосов зависит от размера зазоров между поверхностями, количества данных зазоров, а также качества масла, смазывающего трущиеся поверхности.

Плунжерный вакуумный насос может оснащаться перепускным устройством для повышения коэффициента полезного действия. Перепускные устройства могут отличаться конструктивно. Их функция заключается в выравнивании давления по обе стороны поршня в конце хода поршня.

При отсутствии данных каналов остаток сжатого газа из вредного пространства расширяется по мере того, как поршень двигается слева направо. При этом, остаток сжатого газа имеет уровень давления p 2 . Кривая ea 1 до давления всасывания p 1 и p 1 и λ 0 =V 1 /V . В вакуумном насосе при крайнем левом положении поршня остаток газа передвигается в правую полость цилиндра, где давление равно p 1 . Давление во вредном пространстве падает от p 2 до p в, а остаток газа расширяется по кривой fa . Всасывание начинается в самом начале хода поршня (λ 0 =(V" 1 /V)>λ 0 ). Аналогичный процесс протекает при ходе поршня в обратном направлении (справа налево). В результате объемный коэффициент полезного действия повышается с 0.8 до 0.9 λ 0 .

Наличие вредного пространства является причиной по которой поршневой вакуумный насос не способен создать абсолютный вакуум и имеет теоретический предел данной величины, что соответствует определенному остаточному давлению p пр . Величина p пр при отсутствии перепуска больше, чем при его наличии.

Если вакуумный насос работает непрерывно, то объем отсасываемого газа равный объему выбрасываемых в атмосферу технологических газов и объемы, которые подсасываются извне сквозь неплотные участки, не меняются во времени. Показатель мощности на валу вакуумного насоса также не подвержен изменениям. Следует отметить, что данный параметр в разы выше для машин оснащенных перепуском, т.к. теряется работа расширения перепускаемого количества сжатого газа.

Сегодня достаточно много физических и химических процессов проводятся в вакуумной среде. Для ее создания используются вакуумные насосы различных типов и видов. Они делятся по типу работы, техническим возможностям, функциональному предназначению. На сегодняшний день производители вакуумной техники выпускают объемные и необъемные насосы.

Навигация:

Объемные механические установки осуществляют перекачивание воздуха за счет действия движущихся рабочих элементов. Они осуществляют постепенное сжатие воздуха при уменьшении объема камеры. К данному типу насосов относятся установки с диафрагменным, пластинчато-роторным, водокольцевым, кулачковым и спиральным рабочим элементом. Как правило, они используются для создания низкого и среднего вакуума, который равен 10-2 мм рт. ст. Некоторые установки способны создавать высокое давление.

В остальных насосах используется немеханический принцип работы, в котором газы подвергаются воздействию низких температур или других явлений, способствующих создания вакуума. Насосы данного типа используются для создания высокого и сверхвысокого вакуума. К ним относятся диффузионные, паромасляные, многозарядные, геттерные, геттерно-ионные и другие насосы. При этом большинство из этих насосов работают вкупе с форвакуумными насосами для обеспечения необходимого давления. Они необходимы для создания предварительного разряжения и представлены всеми типами механических насосов.

Отечественные вакуумные насосы

Отечественные вакуумные насосы, в отличие от иностранных установок, имеют большие габариты, изготавливаются из высококачественных материалов, высокопроизводительны, надежны. Они могут использоваться в различных сферах промышленности, а также в сельском хозяйстве. Отечественные образцы одной серии имеют схожие конструкции, при этом имеют множество модификаций. Большинство элементов насосов подходят для других моделей, поэтому они имеют высокую ремонтопригодность.

К самым распространенным моделям, которые выпускаются в нашей стране можно отнести установки серии НВР и ВВН. Они имеют широкое применение в различных системах, но значительно отличаются по своей конструкции. Данные модели имеют множество модификаций, которые отличаются по габаритам, основным показателям быстродействия, остаточного давления. В установках НВР используются минеральные и полусинтетические вакуумные масла, которые предназначены для уплотнения зазоров. В насосах ВВН дополнительные смазывающие элементы не используются ввиду того, что эту функцию выполняет рабочая жидкость, которая, как правило, представлена водой.

Вакуумные насосы НВР

Пластинчато-вакуумные насосы НВР применяются для создания низкого среднего и высокого вакуума. Широкий модельный ряд установок позволяет использовать их на промышленных, сельскохозяйственных, деревообрабатывающих, пищевых и других предприятиях. Установки отличаются тем, что способны создавать вакуум с высоким показателем остаточного давления за короткий срок. Насосы НВР являются универсальными, поскольку могут выполнять задачи различного типа.

Модельный ряд представлен такими агрегатами, как НВР-0,1Д, 2НВР-0,1Д, 2НВР-0,1ДМ, НВР-1, НВР-4,5Д, 2НВР-5ДМ, 2НВР-5ДМ1, 2НВР-60Д, 2НВР-90Д, 2НВР-250Д. Установки могут иметь одноступенчатый и двухступенчатый тип действия, модифицироваться газобалластным клапаном и иметь различную производительность. Установки данного типа могут осуществлять эффективную откачку только в том случае, если вакуумная система будет полностью очищена от пыли, грязи и конденсата.

Вакуумные насосы ВВН

Вакуумные насосы модельного ряда ВВН значительно отличаются от других насосов тем, что при выполнении операции в системе используется жидкость. Как правило, в этом качестве используется вода. Насосы имеют более узкий функционал, но при этом незаменимы во многих сферах деятельности.

Главные преимущества водокольцевых вакуумных насосов ВВН:

• способны очищать откачиваемую смесь;
• применимы в системах с механическими загрязнениями;
• экологическая чистота;
• отсутствие в системе вакуумного масла;
• простота в применении и обслуживании;
• низкое потребление электроэнергии;
• ремонтопригодность;

Вакуумные насосы ВВН применяются в пищевой, химической, медицинской, целлюлозно-бумажной, микробиологической, сельскохозяйственной, деревообрабатывающей, фармацевтической и парфюмерной промышленности.

Вакуумные насосы для промышленных печей

В промышленных печах, для ускорения операций отжига, нормализации, закалки, а так же улучшения качества материала используют вакуумные насосы. В вакуумном пространстве все химические и физические процессы выполняются быстро и качественно.

Вакуумные насосы могут применяться в промышленных печах дугового, индукционного, термического, водородного типа. Зачастую, для обеспечения низкого остаточного давления используются именно диффузионные печи, которые имеют необъемный тип действия.

В целях эффективного выполнения термической обработки в промышленной печи должны использоваться насосы, которые обеспечивают достаточную скорость откачки. Это также позволяет рассчитывать на высокую производительность. Не менее важным показателем является остаточное давление, но оно может значительно отличаться в различных печах от типа проводимой операции.

Вакуумные насосы для климатических камер

Климатические камеры – это оборудование, которое необходимо для исследования качеств различных материалов и агрегатов. Для эффективного и быстрого проведения операции в установках используют вакуумные насосы.

Для того чтобы использовать насос в климатической камере, необходимо, чтобы он:

• выдерживал повышенные/пониженные температурные показатели;
• повышенную влажность;
• создавал достаточный уровень вакуума;
• имел способность создавать и удерживать необходимое давление.

Пластинчато-роторные вакуумные насосы

Пластинчато-роторные насосы отлично подходят для промышленного применения. Широкий ряд моделей позволяет выполнять операции различных типов. Установки, с высоким показателем остаточного давления и быстродействия используются для климатических камер и печей термообработки.

Установки имеют высокую надежность, износостойкость, ремонтопригодность. Их можно отнести к числу универсальных средств создания вакуума. При этом для обеспечения их работы необходимо, чтобы вакуумная система была очищена от механических загрязнений и влаги. Для работы в климатических камерах используются насосы, изготовленные из нержавеющей стали.

Вакуумные насосы для камер дегазации

Дегазация – это процесс, который не может проходить без участия вакуумного насоса. Но выполняет основную задачу по откачке газов и газовых смесей из различных материалов. Для выполнения откачивания газов и паров из плотных материалов, как правило, используют двухступенчатые вакуумные насосы.

Двухступенчатый вакуумный насос

Двухступенчатый вакуумный насос – это модернизированная модель одноступенчатого насоса с более высокой производительностью. Данный тип установок имеет широкое применение на производственных участках, где необходимо создать более высокое давление. При этом они отличаются надежностью и могут использоваться с различными типами газов.

В двухступенчатых вакуумных насосах камеры имеют зависимость друг между другом. Это помогает синхронизировать, а значит увеличивать производительность. С каждым годом они приобретают все большую популярность благодаря тому, что практически не имеют большие габариты, но при этом обеспечивают лучшие технические показатели.

Сухой вакуумный насос

Сухие вакуумные насосы приобретают все большую актуальность, поскольку способны производить откачку системы без ее загрязнения. В отличие от других установок, в них не используется масляное уплотнение.

Они имеют меньшую производительность, в отличие от аналоговых установок, но при этом достаточно надежны. Для эффективной и исправной работы периодически необходимо проводить техническое обслуживание с заменой пластинок, которые могут изнашиваться в ходе работы.

Безмасляный вакуумный насос

Безмасляные вакуумные применяются на предприятиях, где необходимо обеспечить чистоту проведения операции. Очень часто их применяю в лабораторных исследованиях, где необходимо создать достаточный уровень остаточного давления за короткий срок. Установки обладают высокой надежностью и ремонтопригодностью.

При изготовлении насосов данного типа конструкторы выполняют тщательные расчеты, поскольку важно, чтобы между элементами были достаточные зазоры, которые позволят избежать трения, но не будут настолько большими, чтобы допускать значительного уменьшения производительности.

Вакуумные насосы высокого вакуума

Создание высокого вакуума, как правило, происходит с использованием нескольких насосов, среди которых форвакуумная и высоковакуумная установка. Форвакуумный насос, представленный одним из объемных агрегатов, выполняет предварительное разряжение, откачивая до 97% газов, а высоковакуумный насос выполняет остальную работу, достигая предельных значений.

В качестве насосов высокого вакуума могут применяться:

• турбомолекулярные;
• диффузионные;
• ионные;

Турбомолекулярные насосы

Турбомолекулярные насосы значительно отчаются от других насосов высокого давления. Они способны самостоятельно создавать высокий вакуум, поскольку имеют механический принцип работы. Установки действуют в диапазоне 10-2 – 10-8 Па. Основной рабочий механизм представлен статором и ротором с дисками, которые расположены под определенным углом.

Молекулы газовой смести, находясь в турбомолекулярном насосе, значительно увеличивают скорость передвижения за счет сталкивания между собой. Ротор вращается со скоростью, которая превышает 10 000 оборотов, что и является основной причиной создания высокого давления.

Ионный насос вакуумный

Ионные или геттерно-ионные вакуумные насосы имели широкое распространение до появления других высоковакуумных насосов. С их помощью создается давление, равное 10-6 мбар. Сегодня они применяются реже, но все равное находят своего потребителя. Насосы данного типа отличаются экологической чистотой и выгодным методом получения сверхвысокого вакуума.

В установке молекулы захватываются и связываются газами или слоем геттера, а затем удерживаются в объеме установки. Они способны удерживать вакуум даже тогда, когда находятся в нерабочем состоянии. Основным элементом насоса является камера и другие неподвижные элементы. Ионный насос потребляет небольшое количество электроэнергии и имеет низкую шумность.

Чрезвычайно надежные и эффективные сухие вакуумные насосы, насосы когтевого и винтового типов, широко применяются как в общепромышленных процессах, также для создания разрежения во взрывоопасных и коррозионных средах.

Мировым лидером в проектировании и производстве «сухих» вакуумных насосов является английская компания Edwards. Именно компания Edwards является первопроходцем в области сухой откачки газов. Более чем 90-летний опыт применения вакуумных насосов в различных условиях эксплуатации, включая процессы с высоким содержанием пыли и загрязнений, и более 150 000 поставленных сухих вакуумных насосов по всему миру позволяют обеспечить максимально продуманное решение задачи сухого вакуумирования.

Технология сухой откачки обеспечивает существенное снижение эксплуатационных затрат, увеличение производительности, повышение качества продукции, а также создание более благоприятных условий труда в рабочих помещениях. Данная технология гарантирует высокие уровни надежности в ситуациях, когда насосы с масляным уплотнением находятся на границе своего рабочего диапазона. «Сухие» насосы способны откачивать среды с наибольшим допустимым давлением паров воды на входе в насос, в несколько раз превышающим наибольшее давление паров воды для насосов с масляным уплотнением, к тому же делают это при полном отсутствии какого-либо загрязнения. Благодаря такой способности насосы идеально подходят для вакуумной откачки в технологическом процессе сушки и других промышленных областях применения.

Запатентованная компанией Edwards в 1984 году технология сухого вакуумирования Drystar с применением когтевого механизма захвата в свое время стала инновацией в мире вакуума и по сей день продолжает пользоваться заслуженной популярностью во всем мире.

Так, первыми моделями насосов компании Edwards, c когтевым механизмом, торговой марки Drystar стали насосы серии GV, установленные сейчас во всем мире на самых разных общепромышленных технологических процессах, в металлургии, в процессах сушки, обработки поверхностей, производстве полупроводниковых устройств. Принцип действия насосов GV основан на когтевом механизме захвата, а дополнительная ступень Рутса, используемая в конструкции насосов, позволяет увеличить быстроту откачки в рабочем диапазоне и достичь максимальной быстроты действия.

Накопленный при разработке сухих когтевых насосов опыт был использован в насосах серии EDP, основным отличием которых от насосов серии GV является вертикальное направление потока откачиваемой среды, благодаря чему в случае попадания внутрь рабочего объема жидкостей, они сразу стекают из насоса, не оказывая воздействия на него. При этом высокая температура, поддерживаемая внутри насоса, позволяет избежать конденсации сред, в том числе химически активных, и вследствие этого – влияния коррозии. Благодаря данной особенности, насосы серии EDP оптимально удовлетворяют высокие требования технологических процессов химической и фармацевтической промышленности.

Параллельно с технологией сухой откачки с когтевым механизмом захвата, получала развитие технология вакуумирования с винтовыми роторами насосов.

Винтовые насосы серии IDX идеально подходят для процессов, требующих высокой производительности при работе на вакууме или быстрой откачки от атмосферного давления. Насосы используют уникальный двухсторонний симметричный механизм винта, с помощью которого удалось упростить систему компенсации температурного расширения валов. Данная конструкция, не имеющая аналогов в продукции других производителей, позволяет с легкостью перекачивать газовые среды с высоким содержанием пыли. Важно отметить, что насос может использоваться в качестве форвакуумного насоса в многоступенчатой вакуумной системе. Системы на основе насосов IDX являются стандартным решением в процессах вакуумирования стали.

В дальнейшем, по аналогии с появлением «химических» версий насосов GV-EDP, был разработан винтовой насос CDX, являющийся модификацией насоса IDX, но имеющий ряд особенностей, позволяющих эксплуатировать его в условиях химических и нефтехимических производств.

В комбинации с бустерными насосами EH/HV/SN , сухие вакуумные насосы серий GV, EDP, IDX, могут рализовывать производительность до 120000 м 3 /ч. Как частный случай – системы на основе IDX для металлургии, представляющие собой готовые решения для систем «печь-ковш» на 50, 100 и 150 тонн (процессы вакуумной дегазации VD и вакуумной декарбюдизации VOD). Скорость откачки может меняться путем добавления дополнительных ступеней, что позволяет проектировать системы вакуумирования, удовлетворяющие потребности конкретного технологического процесса.

В настоящее время активное распространение получило новое поколение вакуумных насосов для общепромышленных процессов – насос винтового типа GXS. Данный насос является полностью готовым к использованию решением, насос готов к работе сразу же после поставки. Он оборудован панелью управления, расположенной непосредственно на корпусе, а также имеет ряд дополнительных опций, позволяющий сконфигурировать систему, полностью удовлетворяющую потребностям конкретного заказчика. Широкая линейка насосов GXS может быть представлена как в форм-факторе одноступенчатого насоса, так и в комбинации с бустерным насосом (в едином корпусе), что позволяет обеспечить производительности от 160 до 3’500 м 3 /ч.

В настоящее время Edwards не оставляет без своего пристального внимания процессы вакуумирования в химической и фармацевтической промышленности. Так, на основе GXS были разработаны насосы серии CXS. Основным отличием данного насоса от GXS является то, что все элементы электронной системы управления насоса вынесены в отдельный взрывобезопасный блок.

Более подробно с возможностями и характеристиками сухих вакуумных насосов Edwards Вы можете ознакомиться в соответствующих разделах нашего каталога.

Инновационная разработка производителя Edwards - насосы серии EDS для сложных технологических процессов в химической, нефтехимической и фармацевтической промышленностях

В различных сферах человеческой деятельности требуется создание вакуума. Этот термин характеризует состояние газовой фазы, давление которой ниже атмосферного. Он измеряется в миллиметрах ртутного столба или паскалях. Разрежение газов происходит при принудительном удалении вещества из устройств, имеющих ограниченный объем. Техническое приспособление, предназначенное для этих целей, называется вакуумным насосом. Он может использоваться самостоятельно или входить в более сложные системы.

Вакуум широко применяется в различных технических устройствах. Он позволяет снизить температуру кипения для воды или химических жидкостей, произвести удаление газов из материалов, требующих повышенной однородности состава, создать стерильные условия обработки и хранения. При небольших габаритах и экономичном расходе энергии современные вакуумные насосы позволяют быстро достигать глубокой степени разрежения. Они применяются в самых разных процессах и сферах деятельности:

• в нефтеперерабатывающей и химической промышленности для поддержания необходимых условий протекания реакций и разделения получаемых смесей;
• при дегазации металлов и иных материалов для создания деталей с однородной структурой и отсутствием пор;
• в фармацевтике и текстильной промышленности для быстрой осушки изделий без повышения температуры;
• в пищевой промышленности при расфасовке молока, соков, мясных и рыбных продуктов;
• в процессе вакуумирования холодильного и иного оборудования с повышенными требованиями к отсутствию влаги;
• для нормального функционирования автоматических конвейерных линий, использующих в качестве захватов вакуумные присоски;
• при оборудовании производственных и научно-исследовательских лабораторий;
• в медицине при эксплуатации дыхательных аппаратов и стоматологических кабинетов;
• в полиграфии для фиксации термопленок.

Принцип работы вакуумных насосов

Вакуум создается при механическом удалении вещества из замкнутого пространства. Технически это реализуется различными способами. Принцип работы вакуумного насоса струйного типа основан на уносе молекул газа потоком воды или пара, вылетающим с высокой скоростью из сопла эжектора. Его схема предусматривает подключение бокового патрубка, в котором создается разрежение.

Преимуществом такой конструкции является отсутствие движущихся деталей, а недостатком – перемешивание веществ и низкий КПД.

В технике наибольшее распространение получили механические агрегаты . Работа вакуумного насоса с вращающейся или движущейся возвратно-поступательно основной деталью заключается в периодическом создании внутри корпуса расширяющегося пространства, заполнении его газом из приемного патрубка с последующим выталкиванием через выходное отверстие. Конструктивное устройство вакуумного насоса при этом может быть самым разнообразным.

Основные разновидности вакуумных насосов

При изготовлении устройств для создания вакуума используются металлические и пластмассовые материалы, устойчивые к химическому воздействию перекачиваемой среды и обладающие достаточной механической прочностью. Большое внимание уделяется точности подгонки узлов и герметичности контакта поверхностей, исключающей обратный проскок газов. Здесь приводится перечень основных видов вакуумных насосов, различающихся между собой конструкцией и принципом действия.

Водокольцевые

Водокольцевой вакуумный насос является одним из вариантов жидкостно-кольцевых агрегатов, используя для создания разрежения циркуляцию чистой воды . Он имеет вид цилиндра с оснащенным лопатками ротором, вращающимся на смещенном от центра валу. Перед началом работы его заполняют жидкостью.

При пуске двигателя крыльчатка разгоняет воду по внутренним стенкам корпуса. Между ней и ротором образуется серповидная область вакуума. В нее устремляется газ из приемного патрубка насоса. Движущиеся лопатки перемещают его вдоль вала и выбрасывают через выходное отверстие. Агрегаты этого типа часто применяются еще и для частичной очистки газа за счет его интенсивного контакта с водой.

Использование жидкости в качестве рабочего органа дает множество преимуществ.

1. Вода, вращающаяся в пространстве между ротором и корпусом насоса, исключает вероятность обратного проскока газов, заменяя собой уплотнения и снижая требования к точности изготовления деталей.
2. Все вращающиеся части насоса постоянно омываются жидкостью, что уменьшает трение и улучшает теплосъем.
3. Такие устройства редко требуют ремонта, имеют длительный срок службы и потребляют минимум электроэнергии.
4. Работа с газами, содержащими капли воды и мелкие механические примеси, не оказывает негативного влияния на техническое состояние оборудования.

Последнее обстоятельство важно при использовании таких насосов для откачки воздуха из емкостей, содержащих влагу. Их применяют для кондиционеров и иных холодильных установок при вакуумировании системы перед заполнением их фреоном.

Пластинчато-роторные

Такие насосы имеют цилиндрический корпус с тщательно отшлифованной внутренней поверхностью и расположенный внутри него ротор. Их оси не совпадают, поэтому боковой зазор имеет разную величину. В состав ротора входят специальные подвижные пластины , которые прижимаются пружинами к корпусу и делят свободное пространство на сектора переменного объема. При включении двигателя газы приходят в движение так, что в приемном патрубке всегда создается разрежение, а в напорном – избыточное давление.

Для уменьшения трения пластины изготавливаются из антифрикционных материалов или применяются специальные маловязкие масла. Насосы этого типа способны создавать достаточно сильный вакуум, но они чувствительны к чистоте перекачиваемой жидкости или газа, требуют регулярной чистки и загрязняют продукт следами смазки.

Мембранно-поршневые

Рабочим органом насосов данного принципа действия служит гибкая мембрана , связанная с рычажным механизмом. Она изготавливается из современных композитных материалов, устойчивых к механическим нагрузкам. Ее края прочно крепятся в корпусе, а центральная часть под действием электрического или пневматического привода изгибается, попеременно уменьшая и увеличивая пространство внутренней камеры.

Изменение объема сопровождается всасыванием и выталкиванием поступающих газов или жидкостей. При совместной работе в противофазе двух мембран обеспечивается непрерывный режим перекачки. Система клапанов регулирует правильное распределение и направление потоков. Механизм не имеет вращающихся или трущихся деталей, контактирующих с перекачиваемым продуктом.

К преимуществам таких насосов следует отнести:

• отсутствие загрязнения продукта смазкой или механическими загрязнениями;
• полную герметичность, исключающую утечки;
• высокую экономичность;
• легкость регулирования расхода;
• длительную эксплуатацию в сухом режиме, которая не вредит конструкции;
• возможность использовать пневматический привод для работы во взрывоопасной среде.

Винтовые

Принцип работы винтовых насосов основан на вытеснении жидкости или газа вдоль вращающегося винта. Они состоят из привода, одного или двух роторов винтообразной конфигурации и статора соответствующей формы. Высокая точность изготовления деталей не позволяет перекачиваемой среде проскакивать назад. В результате на выходе насоса образуется избыточное давление, а на приеме – вакуум.

Подобное оборудование из-за высоких требований к качеству изготовления стоит недешево. Его нельзя долго держать на «сухом» режиме.

Основные достоинства таких насосов:

• равномерность расхода;
• низкий уровень шума;
• способность перекачки жидкости с механическими включениями.

Вихревые

Вихревые вакуумные насосы своей конструкцией напоминают центробежное оборудование . Они также имеют рабочее колесо с лопастями, вращающееся на центральном валу. Принципиальное отличие заключается в расположении приемного патрубка на внешней окружности корпуса, а не в районе центральной оси.

Минимальный зазор между крыльчаткой и корпусом обеспечивает устойчивое движение перекачиваемой жидкости в необходимом направлении. Агрегаты этого типа способны создавать достаточно высокое давление нагнетания и обладают самовсасывающим эффектом. Эти насосы просты в эксплуатации, легко ремонтируются и отлично зарекомендовали себя при перекачке газожидкостных смесей, но у них низкий КПД. Они чувствительны к попаданию механических примесей, способных привести к быстрому износу крыльчатки.

Самостоятельное изготовление вакуумного насоса

Если вы не готовы нести затраты на приобретение заводского оборудования, попробуйте сделать вакуумный насос своими руками. Для откачки воздуха из емкости небольшого объема может сгодиться медицинский шприц или слегка модернизированный ручной велосипедный насос.

Совет! При частом использовании и вакуумировании крупных сосудов удобней воспользоваться устройствами с электрическим приводом.

Рассмотрим вариант изготовления вакуумной установки из компрессора старого холодильника. Он уже предназначен для перекачки газа и при минимальном ремонте сможет создавать разрежение. Ваши действия будут предельно просты:

• на некотором расстоянии от компрессора обрезать ножовкой по металлу две медные трубки, подходящие к нему;
• демонтировать компрессор вместе со схемой электропитания или заменить ее вместе с пусковым реле на новую по аналогии со старой;
• на медный патрубок, который шел от конденсатора, надеть дюритовый шланг подходящего диаметра и соединить его другим концом с вакуумируемой емкостью;
• для герметичности соединения можно использовать штатный хомут или воспользоваться скруткой из стальной проволоки;
• выполнить подключение вакуумного насоса к электрической сети и после пуска по выходу воздуха из второго медного патрубка убедиться в его правильной работе.

Важно! Компрессор холодильника не предназначен для эксплуатации во влажной среде, поэтому надо следить, чтобы на него не попадала вода.