Вакуумные насосы и их типы. Безмасляные пластинчато-роторные вакуумные насосы

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.

Безмасляные (сухие) пластинчато-роторные вакуумные насосы относятся к объемным насосам, позволяющим получать вакуум средней глубины при полном отсутствии масляного выхлопа в выпускаемом воздухе. Глубина достигаемого вакуума - от 90 до 400 мБар остаточного давления в зависимости от модели. Что составляет от 9 до 40% атмосферного давления.

Создать хороший безмасляный пластинчато-роторный насос достаточно сложно, так что число производителей в мире не так велико. В основном, их делают в Европе ( , и ). И лишь насосы небольшой производительности производят в США, в Китае и на Тайване. Среди последних наибольшим спросом пользуются тайваньские насосы .

Принцип действия

Сухие пластинчато-роторные насосы имеют в целом тот же самый принцип действия, что и . В них также используется эксцентрично установленный ротор с пластинками, способными свободно скользить в своих пазах.
Анимация 1: принцип работы пластинчато-роторного насоса

Однако, есть некоторые отличия. В сухих насосах не используется масло ни для уплотнения зазора между лопатками и корпусом, ни для смазки движущихся частей, ни для охлаждения. Поэтому лопатки сухих насосов изготавливаются не из металла, а из графитового композита. Графит создает намного меньше трения по сравнению с металлом, поэтому не требует сильного охлаждения. Кроме того, графитовые лопатки быстро притираются к поверхности, по которой скользят, обеспечивая хорошую герметизацию зазоров между корпусом и лопатками.

С одной стороны, конструкция безмасляных насосов проще: нет масляного сепаратора и масляных каналов. С другой стороны, отсутствие смазки повышает требования к качеству обработки поверхностей.

Плюсы и минусы безмасляных пластинчато-роторных вакуумных насосов (по сравнению с масляными)

Основных причин, по которым стоит выбрать сухой пластинчато-роторный насос, две: относительно чистый воздух на выходе и возможность длительное время работать с грубым вакуумом. Кроме того, нет необходимости постоянно следить за уровнем масла и заботиться об осушении перекачиваемого газа.

Все достоинства сухих насосов являются зеркальным отображением недостатков маслосмазываемых моделей: если для масла предпочтительна работа в режиме поддержки глубокого вакуума, то сухой насос может длительное время работать с грубым вакуумом на входе. Так же часто возникает ситуация, когда откачанный воздух остается в том же помещении, где работают люди. Пройдя через маслосмазываемую модель, воздух неизбежно насыщается парами масла, которые не только неприятно пахнут, но и не особо полезны для окружающих. Фильтры на выхлопной линии в какой-то мере решают эту проблему. Но идеальных фильтров не бывает.

С другой стороны, пройдя через безмасляный роторный насос, воздух хотя и не остается идеально чистым, но в этом случае вместо масла в воздух попадают частицы графитовой пыли. Этой пыли, во-первых, выделяется значительно меньше, чем масла. А во-вторых, графит не пахнет, и его намного проще отфильтровать. Поэтому безмасляный насос - хороший выбор для помещений, где работают люди.

Другой значительный недостаток маслосмазываемых насосов - необходимость постоянного контроля за уровнем масла. Уровень этот может как увеличиваться, из-за появления конденсата, так и уменьшаться, например, при работе с грубым вакуумом или при превышении температуры. Любой из этих сценариев губителен для пластинчатого масляного насоса: если масла будет недостаточно, то он перегреется и сгорит, а если в масле окажется много конденсата - насос быстро заржавеет. Безмасляный насос изначально лишен этих недостатков: нет необходимости постоянно за ним следить, достаточно проверять толщину лопаток раз в 2-3 тысяч рабочих часов.

В целом, для остаточных давлений выше 400 мБар, безмасляный насос является хорошим выбором. Но для создания более глубокого вакуума он уже не подходит. Самые совершенные модели из нашего каталога могут обеспечить лишь 100 мБар остаточного давления. Другое ограничение - срок службы. Маслозаполненные модели могут годами выдавать одинаковую производительность (требуется лишь изредка подливать масло), чем и пользуются многие лаборатории, день и ночь поддерживая стабильный вакуум в лабораторном шкафу. Сухой пластинчато-роторный насос тоже может работать в режиме 24/7, но по мере истирания лопаток, его производительность будет падать. Поэтому такой насос рекомендуется включать именно тогда, когда он нужен, и выключать по окончании смены.

Износ рабочих пластинок

Как видно из анимации выше, рабочие пластинки постоянно движутся по специальным пазам в роторе. Вылетая под действием центробежной силы, они плотно прилегают к стенкам камеры и разделяют свободное пространство рабочей камеры на несколько изолированных объемов.

Ротор насоса крутится с большой скоростью (обычно 1400-1500 оборотов в минуту, поскольку используются 4-х полюсные электродвигатели), поэтому возникает проблема трения пластинок о внутреннюю поверхность рабочей камеры. В насосах с масляной смазкой эта проблема не стоит остро, поэтому рабочие пластинки (лопатки) могут быть как композитные, так и более долговечные металлические. Однако в сухих насосах пластинки могут быть только из графитового композита (carbon vanes). Графит сам по себе является хорошей смазкой - графитовые пластинки скользят по рабочей камере не перегреваясь. Но при этом графит относительно быстро истирается. При чем, сокращается не только его длина от трения о корпус насоса, но и уменьшается его толщина от трения о ротор.

Изображение 1. Три вида износа графитовых лопаток пластинчато-роторных насосов.

Износ графитовых лопаток (пластинок) ведет к утечкам воздуха и снижению глубины вакуума, а также производительности насоса. Каков средний срок службы лопаток безмасляных насосов? Большинство производителей стыдливо этот срок не указывают. Однако кое-какой информацией мы владеем.

Тайваньцы Stairs Vacuum указывают на необходимость замены лопаток через 8 000 - 10 000 часов. При этом они отмечают, что рабочие характеристики любых безмасляных пластинчато-роторных насосов начинают снижаться уже после 3 000 часов работы.

Итальянцы DVP пишут о сроке службы пластинок 10 000 часов. К нам в офис как-то пришел инженер, у которого работал насос SB 16 этой итальянской фирмы. Он рассказал о том, что насос отработал у них 20 000 часов (правда в режиме компрессора, но сути это не меняет), после чего перестал нормально работать (речь шла об износе лопаток, а не о поломке насоса). При этом выхлопные шланги внутри покрылись тонким слоем графитовой пыли. Этот пример говорит, что производитель указывает минимальный гарантированный срок службы лопаток, на практике они могут работать и больше, но при снижении рабочих параметров.

Немцы Becker серии VX, KVX являются рекордсменами по сроку службы лопаток (увы и по цене насосов тоже) - не менее 20 000 часов, на практике от 20 до 40 тысяч.

Изображение 2. График снижения производительности сухих пластинчато-роторных насосов из-за износа лопаток.

При какой глубине вакуума КПД пластинчато-роторных вакуумных насосов становится наибольшим

КПД безмасляных пластинчатых насосов не является фиксированной величиной, а зависит от рабочей точки (глубины вакуума). При давлении на входе близком к атмосферному (при грубом вакууме) КПД насоса очень низок и становится приемлемым (40% и выше) при глубине вакуума 300 мБар (700 мБар остаточного давления). Своего максимума (почти 60%) КПД достигает при вакууме 600-700 мБар (300-400 мБар абсолютного давления), а затем снова начинает снижаться до 40% по мере углубления вакуума.

Изображение 3. Сравнение КПД сухого пластинчато-роторного вакуумного насоса и вихревой одноступенчатой воздуходувки.

Если сравнить, например, безмасляный пластинчато-роторный вакуумный насос и одноступенчатую вихревую воздуходувку, работающую в вакуумном режиме, то окажется, что эти 2 устройства не конкурируют друг с другом, а взаимно дополняют. В диапазоне создаваемых давлений от -100 до -300 мБар вихревая воздуходувка показывает лучшие значения КПД, а в диапазоне от -300 до -900 мБар гораздо эффективнее работает уже пластинчато-роторное устройство.

Винтовой вакуумный насос марки DRYVAC от Leybold GmbH (Германия)

Принцип функционирования, основывающийся на вращениивинтов, позволяет производить откачивание газа без наличия масла в областисжимания. Винтовой вакуумный насос DRYVAC имеет полость сжатия, образуемуюповерхностью корпуса, а также двумя роторами, осуществляющими синхронноевращение. Вследствие того, что роторы вращаются в направлениях прямопротивоположных, происходит постепенное перемещение полости сжатия от сторонывсасывания по направлению к стороне выхлопа, что в итоге обеспечиваетнеобходимый эффект откачивания.

Несмотря на то, что в рассматриваемой конструкциипроисходит процесс внутреннего сжимания газа, «путь частицы» во внутреннемпространстве насоса является минимальным. Подобная особенность значительноупрощает обслуживание, а также сводит потребность в сервисных работах квозможному минимуму.

Линейка DRYVAC представляет собой новую серию безмасляныхустройств на базе винтовых вакуумных насосов. Комплектацию, которая может бытьразной, необходимо выбирать с учетом области применения, а также прочихиндивидуальных критериев.

При разработке серии были учтены актуальные потребностипроцессов, при которых предъявляемые к системам вакуумной откачки требованиядостаточно высоки. Рассматриваемые устройства применяются, в частности, приизготовлении экранов, элементов фотовольтаика, а также для ряда другихприменений промышленного характера.

Каждая версия насоса из линейки DRYVAC оснащена водянымохлаждением, благодаря чему отличается компактностью дизайна и способностьюсравнительно просто монтироваться даже в сложные системы параллельно снадежными насосными устройствами RUVAC серий WH, WS и WA.

Линейка винтовых вакуумных насосов DRYVAC включает:

• модель DV 450
• модель DV 450S
• модель DV 650
• модель DV 650-r
• модель DV 650 S
• модель DV 650 S-i
• модель DV 650 C
• модель DV 650 C-r
• модель DV 1200
• модель DV 1200 S-i
• модель DV 5000 C-i

Навигация:

Пластинчатый насос — это механизм, который по своей структуре является весьма необычным, из-за чего многие бояться покупать себе такой тип устройств. Зачастую пластинчатые насосы делят на два основных типа:

• Двойного действия
• Одинарного действия

Оба варианта работают на основе ключевых узлов, состоящих из пластин и ротора.

Пластины внутри системы перемещаются исключительно в радиальном направлении, так как только таким образом, возможно, достичь нужного уровня производительности. Если же говорить об отличиях двух категорий пластинчатых насосов, то они заключаются лишь в самой форме поверхности статора, которая немного отличается друг от друга в плане её конструкции.

Пластинчатые насосы двойного действия

Статор в таком механизме чаще всего выступает в виде овала, что позволяет устройству работать максимально равномерно. Достигается это за счет того, что все пластины внутри системы за один оборот вала успевают проделать сразу два такта.

В таком устройстве также существует некая зона, в которой зазор между статором и ротором является просто минимальным. В данном участке системы, могут происходить определенные скачки напряжения, с которыми весьма неплохо справляются специальные датчики, которые регулируют все подобные вопросы.

Что касается внутренних пластин, то они постоянно находятся под давлением и прижимаются к внутренней части рабочего статора. Именно эта плотность и позволяет достичь наиболее высокого уровня герметичности, который также очень важен для качественной работы системы.

Но это еще далеко не предел, так поворот статора — это лишь начало, после которого подобная процедура будет проделываться еще несколько раз. После того, как поворот будет продолжаться, внутри системы образуется разрежение, позволяющее продолжить рабочий процесс. Во время этого процесса, рабочая камера устройства уже соединена с линией всасывания, и происходит это соединение при помощи распределительного диска, который к слову вполне неплохо справляется со своей задачей.

После того, как объем рабочей камеры достигает максимального объема, её соединение с линией всасывания полностью прерывается. Если же ротор продолжает вращаться, это значит, что устройство работает в правильном режиме и объем рабочей камеры должен постепенно уменьшаться. Далее рабочая жидкость системы вытекает из системы через боковую прорезь и направляется в сторону напорной линии, где происходит уже совершенно новый процесс.

Немалую роль во всем этом процессе играет и сила прижима пластин к ротору. Данный показатель определяется при помощи давления, исходящего от внутреннего механизма. Именно поэтому, чаще всего подобные установки в стандартной комплектации имеют две пластины, работающие на одинаково эффективной частоте.

Пластинчатые насосы одинарного действия

В данной системе движение пластин имеет определенные ограничения, которые заканчиваются на уровне статора, имеющего цилиндрическую форму поверхности. Необычное расположение статора в системе позволяет работать внутренним элементам системы значительно эффективнее.

В данной системе, как собственно и у всех других существует процесс заполнения рабочей камеры, который очень схож с тем, что мы привыкли видеть в обычных установках. Но, несмотря на это, сам рабочий процесс данного агрегата кардинально отличается от того, что мы зачастую видим в обычных установках.

Так что перед покупкой стоит, как следует подумать, какой именно агрегат вам нужен, и какова ключевая цель покупки подобного оборудования. Продумав все это наперед, вы сможете себя полностью обезопасить от необдуманной покупки.

Пластинчатый вакуумный насос

Пластинчатый вакуумный насос — это уже более модернизированная версия данного агрегата, которая имеет большое количество преимуществ, которых вы попросту не сможете увидеть в обычной версии насоса. Главным преимуществом подобной установки, является возможность её работы в условиях сверхвысокого вакуума, что на данный момент очень ценится на современном рынке.

Сейчас мы рассмотрим преимущества и недостатки пластинчатых вакуумных насосов, дабы все-таки понять, стоит ли переплачивать за работу на вакуумной основе.

Преимущества вакуумных пластинчатых насосов:

• Возможность образования сверхвысокого вакуума
• Высокий уровень производительности
• Более широкий спектр применения
• Возможность выполнения нескольких процессов одновременно

Недостатки вакуумных пластинчатых насосов:

• Слишком большие габариты, которые не всегда могут вместиться в нужном месте
• Высокий уровень шума и вибраций во время работы

Просмотрев преимущества и недостатки, можем сделать вывод, что плюсов у вакуумных пластинчатых насосов все-таки больше, и если вы все-таки решили взять более производительный агрегат, то вакуумный пластинчатый насос — это просто лучший вариант, за который на самом деле стоит переплатить.

Пластинчато-роторные насосы

Пластинчато-роторные насосы сейчас являются очень востребованными на рынке, и многие производители различной продукции готовы отдавать немалые деньги за то, чтобы купить себе подобное оборудование. Если рассматривать весь ассортимент пластинчатых насосов, то в нем можно найти как дорогостоящие установки, так и более бюджетные.

Сейчас мы рассмотрим наиболее удачный вариант пластинчато-роторного насоса, который будет наиболее практичным в плане цены и качества.

Пластинчато-роторный насос RZ 6 — это устройство, которому удалось совместить в себе не только высокие технические характеристики, а еще и качество сборки, стабильность в работе, небольшую стоимость и еще огромное количество важных моментов, о которых стоит всегда помнить.

Если же говорить о сфере применения пластинчато-роторных насосов, то можно заметить, что они используются в самых разных отраслях. Сейчас мы рассмотрим те сферы промышленности, где на данный момент они стали ключевым элементом, без которого производство не смогло бы быть прежним.

Сферы применения пластинчато-роторных насосов:

• Радиотехническая отрасль
• Химическая отрасль
• Нефтепроизводство

Каждая из этих отраслей на данный момент остро нуждается в работе пластинчато-роторных насосов, которые на данный момент стали неотъемлемый частью работы во всех этих направлениях.

Масляные насосы

Если же судить по типу насосов, который нашел своего большего применения в большинстве отраслей, то, безусловно, можно сказать, что это масляные насосы. Именно эта категория устройств на данный момент является наиболее популярной, так как большинство пользователей привыкло доверяться проверенным конструкциям.

Сейчас все большей популярности обретают сухие насосы, но все-таки далеко не все готовы переплачивать, при этом зная, что покупают еще не совсем проверенную технику. Что касается масляных установок, то они уже давным-давно успели зарекомендовать себя на рынке и доказать, что способны работать в самых разных условиях, выдавая стабильно высокие показатели производительности.

При этом пользователи еще и уверены в том, что подобная техника благодаря постоянной смазке является более надежной, и её внутренние детали не будут поддаваться износу.

Сухой безмасляный вакуумный насос

Сухой безмасляный вакуумный насос — это устройство, работающее на воздушной основе, которая позволяет ему минимизировать угрозу перегрева, который может случиться из-за отсутствия масла в системе. В последнее время многие стали склоняться именно в сторону сухих вакуумных насосов. Главной причиной этого, служит новая технология работы, которая не требует постоянной смазки или добавления какой-либо жидкости.

Все что требуется от пользователя — это включить вакуумный насос, после чего он сможет работать без каких-либо перебоев. Но все-таки не стоит забывать, что это техника и за ней надо постоянно присматривать. Проделывая все нужные процедуры для данного устройства, вы сможете быть уверены, что оно прослужит вам долгие годы и за это время его внутренние детали останутся в полнейшем порядке и будут выдавать все такие же высокие показатели производительности.

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