Автор статьи
Филимонов Евгений
Время на чтение: 5 минут
АА

Вакуумный насос

Вакуумный насос

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. Чтобы вакуумный насос приносил максимальную пользу, необходимо разобрать все его характеристики.

Классификация насосов по диапазону давления

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).

Виды вакуумных насосов

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.

Наш автор
Мнение эксперта
Филимонов Евгений
Профессиональный строитель. 20 лет стажа
Задать вопрос эксперту
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 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.

Маслозаполненный ротационный лопастной насос

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.

Как работает вакуумный насос?

Водокольцевой вакуумный насос. Конструкция и принцип работы

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

Наш автор
Мнение эксперта
Филимонов Евгений
Профессиональный строитель. 20 лет стажа
Задать вопрос эксперту
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

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.

 

Двухроторный вакуумный насос

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

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

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.

Классификация вакуумных насосов

Турбомолекулярный насос

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

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

Наш автор
Мнение эксперта
Филимонов Евгений
Профессиональный строитель. 20 лет стажа
Задать вопрос эксперту
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.

Преимущества вакуумных насосов

Каждая отдельная группа вакуумных насосных установок имеет свои преимущества вследствие конструктивных особенностей, принципа действия, типа рабочей жидкости и прочих факторов. Так, водокольцевые насосы являются высокопрочными, работают при высоких температурах и тяжелых условиях, способны откачивать загрязненные пары. Пластинчато-роторные обладают повышенной стойкостью к пару воды, компактны, надежны, демонстрируют высокую скорость откачки и низкое энергопотребление.

Насосы Рутса демонстрируют высокую производительность, быстроходность, равномерность откачки, отсутствие масла в сжимаемом газе. Мембранные и спиральные насосные установки, можно применять для работы с агрессивными средами при условии нанесения специального покрытия на все детали (в случае с мембранным насосом, плюс изготовление мембраны из каучука). К преимуществам винтовых насосов относится отсутствие маслопотребления и конденсаторов, а также энергоэкономичность.

Применение в промышленности

Вакуумные насосы применяются для удаления воздуха, пара/смесей пара и газа, а также неагрессивных газов, не содержащих механические загрязнения и влагу, из герметичных рабочих емкостей стационарных установок, которые размещаются в помещении. Данный тип установок, также широко используется для достижения предварительного разрежения в составе высоковакуумных установок.

Вакуумные насосы активно используются в самых разных областях промышленности, процессах и технических приложениях:

  • Защита окружающей среды (различные очистные сооружения, фильтрация и тп.);
  • Полиграфическое производство (сканирование, копирования, подготовка изображений, офсетные печатные машины);
  • Пищевая промышленность (переработка птицы/молока/фруктов, вакуумная упаковка, очистка овощей и рыбы и тп.);
  • Медицинское обслуживание (стоматология, дыхательные аппараты и тп.);
  • Химпроизводство (перегонка веществ, сушка препаратов, сжатие газов и тп.);
  • Производство керамических изделий (кирпич, черепица, фарфор);
  • Производство стекла и стеклянных изделий;
  • Деревообрабатывающая промышленность (заготовка и производство деревянных изделий).

Ремонт вакуумного насоса

Отличие вакуумных насосов от компрессоров

Вакуумное оборудование понижает атмосферное давление, а не увеличивает его в отличие от компрессоров. Схема работы механических вакуумных насосов аналогична схеме работы воздушных компрессоров. Различие заключается в том, что вакуумный насос удаляет взятый из замкнутого объема воздух и выбрасывает наружу.

Наш автор
Мнение эксперта
Филимонов Евгений
Профессиональный строитель. 20 лет стажа
Задать вопрос эксперту
Вакуумные насосы и компрессоры отличаются тем, что у вакуумного насоса давление воздуха на всасывающей линии всегда ниже уровня атмосферного, а при высоких уровнях создаваемого вакуума почти равно нулю.

Кроме того, отличие между компрессорами и вакуумными насосами заключается в разнице между создаваемым и атмосферным давлением у вакуумного насоса (при абсолютном вакууме не более 760 мм ртутного столба). Компрессоры могут создавать давление не более десятка или сотни атмосфер. По мере роста уровня вакуума насос данного типа принимает порцию воздуха на каждый такт впуска. Компрессоры имеют постоянное давление и производительность аппарата за все время работы.

Замена вакуумных насосов

Ключевые принципы замены вакуумных насосов вытекают из принципа действия вакуумного оборудования:

  • заменяющий насос или система насосных установок должны соответствовать заменяемому оборудованию по параметрам производительности при одинаковых условиях на всасывании;
  • заменяющий насос или система насосных установок должны обеспечивать необходимую величину вакуума.

В определенных случаях учитывают также уровень стойкости материалов вакуумных насосных установок к агрессивным и токсичным средам.

По материалам сайта: rupumps.com, ence-pumps.ru

Автор статьи
Филимонов Евгений
Профессиональный строитель. 20 лет стажа
Написано статей
283
Adblock
detector