Вакуумный насос — это устройство, предназначенное для откачки воздуха и других газов, создавая таким образом вакуум в замкнутом пространстве. Основным принципом его работы является снижение давления внутри камеры насоса, что позволяет вытеснять газовые молекулы. В зависимости от типа насоса, это может быть достигнуто различными способами, такими как механическое сжатие, ротация, или использование термальной энергии.
Существует несколько типов вакуумных насосов, включая поршневые, ротационные и мембранные. Несмотря на различия в конструкции и принципе действия, все они направлены на достижение низкого давления и поддержание выбранного уровня вакуума. Эти насосы находят широкое применение в научных исследованиях, медицине, производстве и многих других областях, где требуется удаление воздуха или газов из систем.
Устройство и принцип работы вакуумных насосов
Вакуумные агрегаты относятся к группе объемных насосов, принцип работы которых основан на циклическом изменении объема рабочей камеры и служит для удаления различных газов, паров, газовоздушных или паровоздушных смесей из замкнутых объемов, создания и поддерживания в них давления, величина которого значительно ниже атмосферного.
Классификация
В зависимости от предела давления, которое обеспечивается насосом, выделяют следующие группы:
- низковакуумные, создающие разрежение в диапазоне 10 5 – 10 2 Па;
- средневакуумные с давлением 10 2 – 10 -1 Па;
- высоковакуумные, обеспечивающие разрежение 10 -1 – 10 -6 Па;
- сверхвысоковакуумные, создающее разрежение менее 10 -6 Па.
В промышленной и бытовой сфере в основном используются низковакуумные и средневакуумные агрегаты.
Виды и типы вакуумных насосов
Насосы, входящие в эту группу, имеют различное конструктивное исполнение и отличаются по принципу работы. Наиболее распространены водокольцевые, пластинчато-роторные и мембранные агрегаты, которые мы и рассмотрим в этой статье. Турбомолекулярные, криогенные, сорбционные и другие виды вакуумных насосов менее востребованы, так как имеют более узкую специализацию.
Кроме того, все вакуумные насосы разделяются на две группы, в зависимости от наличия масла в системе удаления газов: масляные и сухие (безмасляные). Агрегаты первой группы помимо пониженной чувствительности к низким, в том числе отрицательным температурам, имеют повышенную производительность и надежность. Установка насосов второй группы выполняется, когда попадание масляных паров в перекачиваемый газ недопустимо.
Сферы применения
Такие виды насосов применяются в:
- химической промышленности с целью дифференциации смесей с различными плотностями или создания благоприятной среды для протекания химических реакций;
- металлургии — для снижения температуры плавления тугоплавких металлов, удаления газов из расплавов, термической обработки металлов и их сплавов;
- нефтеперерабатывающей отрасли – для дегазации сырой нефти, а также продуктов ее крекинга;
- обогатительной промышленности – для комплектации вакуумных фильтров;
- фармакологии – для создания безвоздушного пространства при проведении процесса производства медикаментов;
- электротехнической отрасли – для производства полупроводников, процессоров и других деталей;
- пищевой промышленности (вакуумная упаковка продукции);
- бытовом и общепромышленном секторе – при подготовке к эксплуатации систем кондиционирования.
Устройство и принцип работы
Принципы работы и устройства вакуумных агрегатов влияют на выбор насоса для конкретных условий применения.
Водокольцевые насосы
Такие агрегаты относятся к безмасляной группе. Конструкция водокольцевого насоса (ВВН) в упрощенном виде включает в себя цилиндрический корпус с герметично закрепленными торцевыми бронированными крышками, на которых размещены всасывающий и нагнетательный патрубки. Внутри корпуса эксцентрично расположен вал с лопастями. Корпус заполнен водой, являющейся рабочей жидкостью и выполняющей роль своеобразного уплотнителя.
Под воздействием центробежной силы, возникающей при запуске приводного двигателя, рабочая жидкость отбрасывается к стенкам корпуса. Благодаря эксцентричному расположению ротора, смещенному вверх относительно геометрического центра корпуса, внутри него образуется серповидное пространство, разделенное лопастями на ячейки. Объем этих ячеек постепенно увеличивается на стороне всасывающего патрубка и уменьшается на стороне нагнетания, выталкивая газ в напорный патрубок.
Недостатком водокольцевых насосов является необходимость циркуляции рабочей жидкости в корпусе, так как она нагревается в процессе работы. Однако агрегаты такой конструкции позволяют откачивать газы или паровоздушную смесь, которая содержит капли воды и механические примеси. Кроме того, рабочая жидкость выполняет роль смазочного материала и охладителя вращающихся частей, благодаря чему срок службы насосов увеличивается.
Пластинчато-роторные насосы
Моноблочные пластинчато-роторные вакуумные насосы выпускаются в двух вариантах: со смазкой рабочих поверхностей и узлов (масляные) и безмасляной модификации. Несмотря на это они обладают сходной конструкцией, которую можно схематически представить в виде корпуса с внутренней поверхностью цилиндрической формы, внутри которого эксцентрично установлен ротор, на котором расположены подпружиненные пластины. Для снижения силы трения внутренняя поверхность корпуса хорошо отшлифована, а пластины производятся из материалов, обладающих низким коэффициентом трения.
В процессе работы пластины ротора, прижимающиеся к внутренней поверхности корпуса, создают сектора с изменяющимся объемом. При циклическом увеличении объема создается разряжение, которое всасывает газы в приемный патрубок. Последующее вращение ротора перемещает перекачиваемую среду с одновременным уменьшением объема рабочей камеры, что приводит к появлению избыточного давления и выталкивает газ в напорный патрубок.
Пластинчато-роторные агрегаты позволяют достичь в замкнутой системе состояния среднего и высокого вакуума, но требуют предварительной очистки перекачиваемого газа от механических примесей и влаги. Однако для их нормальной эксплуатации требуется регулярное обслуживание и чистка внутреннего пространства корпуса и пластин ротора. Кроме того, масляные модификации агрегатов загрязняют перекачиваемую среду масляными парами.
Мембранные насосы
Такие агрегаты относятся к безмасляной группе и не имеют трущихся или вращающихся деталей, которые непосредственно контактируют с рабочей средой. В качестве рабочего органа в мембранных насосах выступает гибкая пластина, выполненная из композитного материала, являющегося непроницаемым для молекул перекачиваемого газа или жидкости. Края пластины прочно фиксируются в корпусе, при этом ее центральная часть остается подвижной и позволяет периодически изменять объем рабочей камеры под воздействием штока, который приводится в движение электродвигателем или пневматическим приводом.
Увеличение объема камеры приводит к захвату газа или жидкости. После уменьшения объема перекачиваемая среда через выпускной клапан выводится из рабочей камеры за пределы насоса.
Недостатком одномембранных агрегатов является неравномерное перемещение среды. Эта проблема устранена в насосах с двумя мембранами, которые работают в противофазе. Преимуществом таких насосов являются низкий уровень шума при эксплуатации и высокая экологичность.
Как выбрать
Выбор насоса обусловлен спецификой применения. Так, водокольцевые насосы благодаря нечувствительности к содержанию влаги в атмосфере незаменимы в деревообрабатывающей промышленности для сушки древесины или в обогатительной промышленности для комплектации вакуумных фильтров.
Малые габариты мембранных насосов позволяют использовать их в холодильном оборудовании и системах кондиционирования для создания вакуума в замкнутом объеме с последующей закачкой хладогента. Кроме того, при правильном выборе материала мембраны и корпуса такие насосы можно использовать для перекачки агрессивных газов и жидкостей.
Подписка на рассылку
Подписавшись, Вы будете оперативно получать новости Электротехнической отрасли, кабельных заводов, наличие на складе, спецпредложения.
Источник3: 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.
Источник4: dupad.ru
Источник5: 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.
Источник6: bigenc.ru