Вакуумный насос необходим для создания и поддержания вакуума в различных промышленных и научных процессах. Он позволяет удалять молекулы газа из замкнутого пространства, что способствует улучшению качества продукции, снижению процессов окисления и предотвращению загрязнения.
Кроме того, вакуумные насосы широко используются в таких областях, как медицина, фармацевтика, производство полупроводников и упаковка продуктов. Они обеспечивают необходимую степень вакуума для выполнения специфических операций, включая дегазацию, сушки и формирование материалов.
Что такое вакуумный насос и для чего он предназначен
Агрегаты различаются принципом действия, конструкцией, рабочими характеристиками и назначением. Оборудование используется во многих отраслях промышленности, сельском хозяйстве, при проведении лабораторных исследований.
Типы и виды вакуумных насосов
В работе вакуумных насосов реализуется один из двух принципов:
- перекачивание среды;
- улавливание газа.
Применяются в следующих областях: монтаж и ремонт холодильного оборудования, молекулярная дистилляция, вакуумная фильтрация и концентрация.
Перекачивающие агрегаты подразделяются на кинетические и объемного действия. Работа первых базируется на передаче импульсной энергии молекулам перекачиваемой среды от вращающейся большой скоростью крыльчатки и выталкивании их в выходную трубу. Такая методика позволяет добиться сильного сжатия при небольшом давлении, но при этом камеры не обладают высокими показателями герметичности. В насосах объемного действия камеры герметичнее, а газ сдавливается поршневым механическим элементом, после чего отводится в выходное отверстие.
Работа улавливающих насосов основана на захвате частиц газа и удержании их внутри объема на поверхностях вакуумной камеры. Их конструкционное отличие состоит в отсутствии подвижных механических узлов. Здесь используются технологии криогенной конденсации, ионных или химических реакций.
Семейство вакуумных насосов включает широкий модельный ряд устройств различных по типу, конструкции и принципу работы.
В зависимости от технологии и механизма вакуумные насосы бывают:
- водокольцевые;
- поршневые;
- мембранные;
- пластинчато-роторные (масляные и сухие);
- двухроторные;
- спиральные;
- турбомолекулярные;
- магниторазрядные;
- криогенные;
- паромасляные;
- сорбционные.
По наличию масла в системе выделяют две группы: масляные и сухие.
Масляные агрегаты более надежны и производительны. Смазка повышает износостойкость трущихся деталей и повышает герметичность камеры, что способствует созданию повышенной разряженности в рабочей камере. Еще одним достоинством насосов этого типа является низкая чувствительность к отрицательным температурам.
Выбирайте лучшие мембранные насосы от «Вакпром»
Сухие используются преимущественно в ситуациях, когда даже минимальное загрязнение перекачиваемой среды масляными парами категорически недопустимо.
Основными рабочими характеристиками оборудования являются глубина вакуума и скорость откачки. Некоторые модели быстро откачивают рабочую среду, но не способны достичь максимальных показателей разряженности. Другие, напротив, обеспечивают высокий вакуум, но не отличаются быстродействием. Для конкретных операций подбираются определенные виды агрегатов.
В некоторых случаях для получения глубокого вакуума за определенное время необходимо сделать комбинацию устройств с различным принципом работы. При этом процесс разделяется на два этапа: сперва форвакуумным насосом создается предварительное разряжение, после чего задействуется основное оборудование. Существуют и готовые решения, в которых два агрегата собраны в едином корпусе.
Для создания низкого вакуума
Для получения среды с невысокой степенью разряженности (от 101 300 Па до 133, 3 Па) применяют различные модификации компрессоров и воздуходувок. Высокоскоростные агрегаты пригодны для использования в качестве форвакуумных насосов в системах глубокой откачки, но в основном такие модели, благодаря компактности и невысокой цене, находят применение в домашнем хозяйстве, мелких мастерских и цехах. Особняком стоят диафрагменные насосы. При невысоких показателях производительности и создаваемой разряженности, они способны работать с агрессивными газами и не загрязняют среду масляными испарениями. Как правило, эта разновидность оборудования используется в лабораториях.
Для создания среднего вакуума
Создание разряженности средней степени (от 133, 3 Па до 0, 1333 Па) возможно при использовании агрегатов пластинчато-роторного, двухроторного, кулачкового, спирального типов. Такие насосы оптимальны для использования в качестве форвакуумных на предварительной стадии глубокой откачки. Наибольшей популярностью пользуются пластинчато-роторные модели, сочетающие в себе сбалансированные показатели скорости и остаточного давления. Среди представителей этого класса есть как масляные насосы, так и сухие, обеспечивающие чистоту рабочей среды.
Для создания высокого вакуума
Получение высокого (от 0, 1 Па до 10 Па) и сверхвысокого (от 10-5 Па) вакуума чаще всего выполняется по схеме с двумя насосами. На первом этапе форвакуумная установка удаляет до 97% газов, затем создаются предельные показатели разряжения, для чего нужен вакуумный насос с высокими параметрами остаточного давления. В этих целях используются турбомолекулярные, диффузионные, криогенные, паромаслянные агрегаты. За исключением турбомолекулярных моделей, работающих на принципе центробежной силы, высоковакуумные насосы не имеют в своей конструкции подвижных механических деталей.
Преимущества вакуум насосов
В силу конструктивных особенностей и принципа работы различные виды вакуумных насосов имеет свои достоинства, что позволяет применять их в определенных условиях.
Водокольцевые обладают высокой прочностью и износостойкостью, неприхотливы в эксплуатации, выдерживают высокие температуры, способны откачивать загрязненные пары.
Пластинчато-роторные устойчивы к водяным парам, компактны, экономичны, имеют высокую скорость откачки.
Двухроторные обеспечивают чистоту сжимаемых газов и равномерность откачки, они сбалансированы, быстроходны, бесшумны.
Спиральные и мембранные с мембраной из каучука пригодны для работы с агрессивными средами.
Винтовые работают без масла и конденсаторов, характеризуются низким энергопотреблением.
Для чего подходят и где могут применяться
Технический вакуум, создаваемый насосами, применяется в различных сферах народного хозяйства.
- В нефтеперерабатывающей и химической промышленности для разделения смесей, дегазации нефтепродуктов, очистки трансформаторного масла.
- В металлургии для обеспечения материалам однородной структуры, литья тугоплавких металлов, термообработки.
- В фармацевтике при изготовлении медикаментозных препаратов.
- В пищевой промышленности при сублимационной сушке продуктов питания, в процессах консервирования, для откачки воздуха из упаковок для молока, соков, фруктов, мяса, рыбы.
- В производстве холодильного, климатического и иного оборудования с повышенными требованиями к отсутствию влаги для устранения кислорода, воды и водяных паров.
- В тормозных системах автомобилей для снижения усилий водителя при нажатии на педаль.
- На автоматических конвейерных линиях и подъемных механизмах в качестве захватывающего устройства в виде присосок.
- В производственных и научно-исследовательских лабораториях для создания чистой разряженной среды.
- В медицине для обеспечения операционных и стоматологических кабинетов, при эксплуатации дыхательных аппаратов.
- В типографии и полиграфии для прижима листов, фиксации термопленок.
- В животноводстве для оснащения помпами доильных аппаратов.
Современные агрегаты имеют небольшие габариты и способны за короткое время обеспечивать необходимую степень разряженности.
Источник3: bigenc.ru
Вакуумный насос
По принципу действия вакуумные насосы делятся на механические, струйные, сорбционные и криогенные.
1) Механические вакуумные насосы, в свою очередь, делятся на вращательные, двухроторные и турбомолекулярные.
Среди вращательных вакуумных насосов наибольшее распространение получил пластинчато-роторный насос с масляным уплотнением. Всасывание и выталкивание газа в таком вакуумном насосе осуществляются при изменении объёмов ячеек, образованных эксцентрично расположенным ротором , в прорезях которого помещены подвижные пластины. Уплотнение зазоров между деталями вакуумного насоса, а также частичное их охлаждение обеспечиваются вакуумным маслом.
Вращательные вакуумные насосы обеспечивают получение вакуума до 10–10 –1 Па и применяются главным образом как форвакуумные (для создания предварительного разрежения). Быстрота откачки до 750 л/с.
1) состоит из двух фигурных роторов, которые при вращении создают в камере насоса направленное движение газа. Такие вакуумные насосы обладают достаточно большой быстротой откачки (до 15 м 3 /с) и часто применяются как промежуточные (вспомогательные, или бустерные ) между форвакуумными и высоковакуумными насосами.
В турбомолекулярном вакуумном насосе создаётся преимущественное движение молекул газа в направлении его откачки при вращении ротора, состоящего из системы дисков (рис. 2). Использование таких вакуумных насосов позволяет получать предельное разрежение до 10 –7 Па при практически безмасляной остаточной атмосфере.
2) Пароструйные вакуумные насосы разделяются на диффузионные (высоковакуумные) и бустерные. Действие основано на захвате частиц откачиваемого газа струёй пара. В таких насосах пар образуется в результате нагрева рабочей жидкости (обычно вакуумного масла) в кипятильнике, который расположен в нижней части вакуумного насоса.
Диффузионные вакуумные насосы предназначены для получения остаточного давления до 10 –5 Па и ниже при быстроте откачки до нескольких сотен м 3 /с. Бустерные насосы эффективны в диапазоне давлений 10–10 –1 Па, что обусловлено высокой мощностью подогревателей, а также использованием летучих масел.
3) В сорбционных вакуумных насосах используется способность некоторых веществ [например, титан (Ti), молибден (Mo)] поглощать газ. Внутреннюю поверхность камеры таких насосов покрывают либо плёнкой химически активного металла (геттерный вакуумный насос), либо слоем пористого вещества (адсорбционный вакуумный насос). Для удаления инертных газов , которые практически не поглощаются плёнками металлов , применяют в основном ионно-геттерные насосы.
Рис. 3. Общий вид магниторазрядного вакуумного насоса. Рис. 3. Общий вид магниторазрядного вакуумного насоса.
Наибольшее распространение получили магниторазрядные насосы, в которых сорбционный способ поглощения химически активных газов сочетается с ионным способом откачки инертных газов и углеводорода , их ионизацией сильным электрическим разрядом и удалением ионизированных молекул магнитным полем (рис. 3).
В таком вакуумном насосе анод представляет собой набор ячеек, на которых осаждается геттер [обычно титан (Ti)], распыляемый с катодов . В магниторазрядном вакуумном насосе газовый разряд в диапазоне рабочих давлений 10 –1 –10 –8 Па поддерживается магнитным полем с напряжённостью порядка 10 4 –10 5 А/м.
В сорбционных вакуумных насосах быстрота откачки зависит от того, какой газ откачивается. Например, быстрота откачки водорода 5 тыс. л/с, азота – 2 тыс. л/с, аргона – 50 л/с.
4) Действие криогенных вакуумных насосов основано на поглощении газа поверхностью, охлаждённой до низкой (ниже 120 К) температуры.
Различают криогенные (конденсационные) вакуумные насосы:
- заливного типа – содержит ёмкость, заполненную хладагентом (обычно водородом), и защитную ёмкость, заполненную жидким азотом (т. н. азотный экран), на поверхности которых конденсируются молекулы откачиваемого газа;
- с автономным холодильным устройством – содержит газовую холодильную машину обычно с температурными уровнями от 70 до 100 К (рис. 4). Для получения сверхвысокого вакуума применяются криосорбционные вакуумные насосы, которые представляют собой криогенные насосы с тонкой плёнкой сорбента на внутренней поверхности камеры.
Рис. 4. Схема (а) и общий вид (б) криогенного вакуумного насоса с автономным холодильным устройством. Рис. 4. Схема (а) и общий вид (б) криогенного вакуумного насоса с автономным холодильным устройством.
Для создания вакуума в различных технологических установках и электровакуумных приборах вакуумные насосы обычно используют в составе вакуумных агрегатов, конструктивно объединяющих в единое целое вакуумные насосы, вакуумные клапаны , ловушки, реле , трубопроводы и другие устройства.
Первый (механический) насос для получения вакуума создал около 1650 г. О. фон Герике , применивший его в своих опытах (в том числе с «магдебургскими полушариями») для доказательства существования атмосферного давления . Изготовление ламп накаливания в конце 1870-х гг. обусловило дальнейшее развитие вакуумной техники и совершенствование вакуумных насосов. В 1905 г. немецкий учёный В. Геде впервые применил вращательный ртутный насос, в 1913 г. создал первый молекулярный насос, в 1915 г. опубликовал отчёт о диффузионном насосе. Конденсационный парортутный насос изобретён И. Ленгмюром в 1916 г. Первый турбомолекулярный насос создан немецким учёным В. Беккером в 1957 г.
Источник4: bigenc.ru
Источник5: dupad.ru
Для чего нужны и как работают вакуумные насосы
Вакуумный насос служит для откачивания жидких и газообразных сред. Используется в разных отраслях промышленности, в сельском хозяйстве, в медицине, а В сфере научных исследований — для откачивания газов из герметичных емкостей и создания вакуума.
Современные насосные установки отличаются высокой производительностью, надежностью, долговечностью. Как устроен и как работает вакуумный насос? Какие параметры оборудования нужно учесть при выборе? Разберемся в статье.
Конструкция
Насосы вакуумного типа состоят из нескольких частей:
- маслоотделителя;
- масляного бака;
- устройства газобаланса;
- вакуумного отсека.
В производстве этих аппаратов используют прочные и надежные материалы. Ключевые элементы производят из алюминиевых сплавов и высококачественной нержавеющей стали. Поршни изготавливают из чугуна. Металлы делают конструкцию надежнее, но существенно увеличивают ее вес. Вакуумный насос полностью герметичен за счет эластичных прокладок, например, резиновых..
Принцип работы
Главная задача, которую помогает решить вакуумный насос, независимо от конкретной разновидности — это вытеснение среды из закрытой емкости. Такой средой может быть газ, пар или жидкость. Оборудование создает вакуум определенной глубины за отведенное время. Если устройство не нагнетает нужное давление, или его производительность ниже, чем нужно — можно подключить еще один насос.
Среди устройств есть различия в конструктивной схеме и принципе действия насосов разных типов.
Принцип работы газоперемещающих насосов
Газ, который нужно откачать, поступает внутрь агрегата через всасывающее отверстие, движется через проточную часть и выбрасывается из нагнетательного отверстия.
Принцип работы газопоглощающих насосов
Эти устройства работают с применением физико-химических методов: насос удерживает газ внутри без сбрасывания. Для получения вакуума используется температура, электромагнитные поля или химические реакции.
Принцип работы насоса ВВН
Водокольцевой вакуумный насос (ВВН) работает иначе, чем предыдущие два типа: вытеснение происходит за счет жидкости. В корпусе расположен ротор с колесом, на котором есть лопасти. Принцип работы довольно прост: при включении устройства корпус наполняет вода, лопасти захватывают ее за счет центробежной силы, а после отбрасывают в сторону.
Механизм работает на большой скорости, и вода создает своего рода «кольцо» — именно так создается нужная герметичность. Камера насоса делится лопастями на несколько частей. Через них проходит газ, постепенно сжимаясь. Цикл повторяется неоднократно — до тех пор, пока не будут достигнуты нужные рабочие характеристики.
Виды вакуумных насосов
Классификация насосных установок может производиться несколькими способами: по наличию/отсутствию смазки, по конструкции, по назначению. Рассмотрим основные типы.
По наличию и виду смазки
Масляные вакуумные насосы
В корпусе масляных насосов присутствует смазка: она позволяет повысить производительность, сохраняет работоспособность деталей, препятствует истиранию. Кроме того, масло служит для герметизации. Масляный насос, в отличие от сухого, может работать при низких температурах.
Оборудование данного типа нельзя использовать для откачки смесей на основе пара. В этом случае конденсат будет смешиваться с масляными выделениями, загрязняя поток. Со средами других видов такой проблемы нет. Еще одно важное преимущество: корпус масляных моделей защищен от коррозии.
Сухие (безмасляные) насосы
Сухие насосы менее надежны, но в некоторых случаях предпочтительны именно они. Например, когда нельзя смешивать воздух или рабочую среду и масляные испарения. Сухие модели нетребовательны к обслуживанию, и их можно устанавливать в труднодоступных местах. Снижения трения внутренних деталей происходит за счет воды. Подшипники безмасляных насосов заполняют графитовой смазкой.
Ее не нужно менять в течение всего срока эксплуатации.
Сухие насосы могут перекачивать любые виды сред: жидкости, пар, газы, кислоты, даже щелочь.
По конструкции
Объемные
В этой группе выделяют следующие типы:
- Поршневые. Очень эффективные, надежные. Поршень может создавать вакуум от 35 до 80 мбар. Есть и недостатки: такие модели при работе шумят, вибрируют.
- Диафрагменные (мембранные). Вакуум образуется путем деформации мембраны внутри рабочей камеры. Главным преимуществом является компактность и простота эксплуатации.
- Пластинчато-роторные. Объединяют в себе преимущества предыдущих двух моделей. Недостаток: роторные модели могут перегнать лишь ограниченное количество воздуха.
- Центробежные лопастные. Компактные, тихие, удобные. При работе практически не вибрируют, стоят значительно дешевле предыдущих разновидностей. Максимальный уровень вакуума — 50-300 мбар.
- Центробежные винтовые. По производительности соответствуют поршневым агрегатам, но выигрывают в плане постоянства показателей: во время работы отсутствует пульсация.
Динамические
Принцип работы таких устройств иной: они образуют вакуум за счет кинетической энергии. Главный плюс — способность перекачивать большой объем воздуха. Есть и минусы: склонность к утечкам. Такие устройства нельзя использовать в местах, где требуется высокий уровень вакуума.
По назначению
Для воды
Такие устройства довольно широко применяют в быту и коммунальном хозяйстве — например, для откачки воды из подвалов, бассейнов, различных емкостей. Принцип действия вакуумного насоса для воды, как и у других моделей, основан на вытеснении. Жидкость поднимается из скважины, а водопровод наполняется водой при изменении объема рабочей камеры. Величина вакуума определяется уровнем герметичности рабочего пространства.
Вакуумные насосы могут работать автономно, что делает их применение практичным.
Для жидких химических составов
Принцип действия — как у обычного жидкостного, но есть отличия в плане исполнения. Если оборудованию предстоит перекачивать агрессивные среды, потребуются более качественные материалы корпуса, рабочих элементов и уплотнителей. Рабочее давление таких моделей выше, чем водяных. Их используют для промышленных систем.
Для газов и паров
Чаще всего для откачки газов и паров используют водокольцевые вакуумные насосы ВВН. Их главным преимуществом является способность откачивать загрязненные газы. Применение насоса ВВН допустимо только при условии, что удается обеспечить отведение и отвод жидкости у входа в насос. Если это условие не выполняется, возникает риск перегрузки электродвигателя, которая приведет к разрушению рабочих частей агрегата.
Кроме перечисленных, есть и универсальные, жидкостно газовые модели. Они отличаются долгим ресурсом работы, большой мощностью.
Преимущества вакуумных насосов
Вакуумный насос — эффективное высокопроизводительное оборудование. К основным преимуществам относятся:
- высокая прочность;
- простота и надежность конструкции;
- высокая производительность;
- большое давление запуска;
- экологическая безопасность.
Что учесть при выборе
Ключевые характеристики для всех типов вакуумных насосов одинаковы
- Максимальное и минимальное рабочее давление;
- Уровень выпускного давления на выпускном сечении;
- Скорость перекачивания.
Нужно обращать внимание на материалы изделия (чем они качественнее, тем дольше служит оборудование), срок гарантии, марку. Продукция авторитетных брендов отличается большей надежностью и эффективностью.
В каталоге «Дюпад» представлено современное насосное оборудование вакуумного типа. Чтобы выбрать оптимальную конфигурацию, позвоните, оставьте заявку онлайн или напишите нашим специалистам в чат: они дадут развернутую консультацию и ответят на любые вопросы.
Источник6: dupad.ru