Вакуумные насосы бывают различных типов, каждый из которых предназначен для выполнения специфических задач. Основные категории включают механические фрикционные насосы, такие как ротационные заслонки, и газодинамические насосы, такие как диффузные и мембранные. Механические насосы эффективно удаляют газ из замкнутых пространств, в то время как газодинамические обеспечивают более высокие вакуумы при меньших объемах.
Кроме того, существуют насосы с различными принципами работы, такие как крыльчатые, поршневые и сорбционные, каждая из которых имеет свои преимущества в зависимости от требуемого уровня вакуума и условий эксплуатации. При выборе вакуумного насоса важно учитывать параметры, такие как скорость откачки, конечный вакуум и тип среды, с которой будет работать насос.
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: valueofficial.ru
Вакуумные насос для откачки воздуха: водокольцевой, пластинчато-роторный, мембранный, масляный, лабораторный, сухой — принцип работы
Вакуумный насос — оборудование для формирования вакуума различной глубины за счет откачки воздуха либо парогазовых смесей из замкнутого объема. Величина вакуума находится в прямой зависимости от герметичности рабочего пространства, которое создается с помощью основного функционального элемента конструкции (золотника, пластин, ротора).
Вакуумные насосы
Вакуумный насос для откачки воздуха — принцип работы, устройство
Принцип действия вакуумного насоса для откачки воздуха базируется на механическом удалении рабочей среды из закрытого пространства за счет периодического изменения объема рабочей камеры. Устройства функционируют по принципу выведения воздуха за пределы системы либо удаляют газ с помощью связывания газовых молекул. В первом случае воздух поступает в камеру по входному патрубку, перемещается в рабочую камеру с последующим выведением через выходной патрубок. Второй способ базируется на связывании нейтральных газовых молекул с помощью пара, либо плотного движущегося элемента, что позволяет создавать необходимый уровень разрежения.
Основные этапы работы вакуумного прибора включают:
- Запуск установки за счет вращения электродвигателя;
- Периодическое нагнетание воздуха с последующим вытеснением из рабочей камеры для формирования заданного уровня разрежения;
- В соответствии с типом агрегата производится вывод отработанного воздуха в атмосферу, перемещение паров в соседний сосуд либо вывод рабочей среды в более мощную установку.
Вакуумный насос для откачки воздуха — принцип работы, устройство
Устройство вакуумного насоса предусматривает наличие рабочей камеры, патрубков для входа и выхода рабочей среды, а также электродвигателя, который приводит в действие механизм. Центральным элементом прибора, в зависимости от конструктивных особенностей, выступает золотник, ротор либо лопастной вал, который при вращении формирует области низкого давления. В установках пароструйного типа данную функцию выполняет техническая жидкость, соответствующая определенным температурным параметрам. Агрегаты, функционирующие по эжекторному типу, предусматривают подачу пара из сопла со скоростью сверхзвука, которая замедляется при соприкосновении с диффузором и повышает уровень статического давления выше отметки давления при входе.
В дополнение к основным конструктивным элементам устройства содержат:
- Фильтры — обеспечивают очистку рабочей среды, препятствуют попаданию мусорных частиц и осуществляют очистку вакуумного масла в установках масляного типа;
- Запорные и обратные клапаны, а также уплотнительные детали для поддержания герметичности рабочей камеры и препятствия утечкам воздушной смеси;
- Фланцевые соединения и шланги — объединяют компоненты прибора в единую схему и обеспечивают взаимодействие между деталями агрегата;
- Устройства для измерений — манометры и датчики, отображающие параметры разрежения воздуха.
По типу устройства основного рабочего элемента установки делятся на:
- Одноступенчатые;
- Двухступенчатые.
Двухступенчатые характеризуются повышенной производительностью, осуществляют дополнительную очистку откачиваемой воздушной массы, что позволяет получать повышенное давление на выходе. Одноступенчатый агрегат формирует предварительное разрежение, а прибор двухступенчатого типа позволяет довести уровень вакуума до номинального.
Вакуумные устройства предполагают как самостоятельное функционирование, так и комплексную работу с другими системами откачки воздуха. Примером служат форвакуумные насосы, которые обеспечивают создание вакуума низкого и среднего уровня, и используются вместе с установками сверхвысокого разрежения (турбомолекулярные, винтовые).
Техническое обслуживание и ремонт вакуумного насоса необходимо проводить периодически, чтобы избежать выхода из строя основной конструкции. Чаще всего замене подлежат фильтрующие элементы и уплотнители, которые обеспечивают чистоту рабочей среды и поддержание герметичности внутри конструкции.
Виды вакуумных насосов, характеристики
Основные технические характеристики агрегатов включают:
- Предельный уровень вакуума;
- Начальное давление;
- Предельное остаточное давление;
- Максимальные параметры производительности;
- Скорость откачки и мощность.
Начальное давление — необходимый параметр давления на входном сечении для начала работы установки. Предельный вакуум показывает минимальный уровень давления, который формируется прибором, а предельное остаточное давление соответствует наивысшей отметке давления на выходе. Производительность вакуумных механических насосов определяется объемными показателями рабочей камеры и скоростью вращения роторного элемента.
Виды вакуумных насосов, характеристики
Вакуумные приборы классифицируются по конструктивным особенностям и видам:
- Водокольцевые — входят в категорию жидкостно-кольцевых приборов, принцип работы которых базируется на движении ротора в жидкости. Отличаются простой конструкции, эффективностью работы при формировании глубокого вакуума и оптимальными техническими характеристиками. Устройства характеризуются повышенной прочностью, подходят для эксплуатации в условиях предельно высоких температур и оптимально подходят для откачивания загрязненных воздушных и газовых масс;
- Пластинчато-роторные — делятся на масляные модели, которые требуют присутствия смазочного уплотнения в рабочей камере, и на сухие (безмасляные) приборы, функционирующие без наличия смазочных материалов. Основным движущим элементом устройств является ротор с подвижными пластинами, который позволяет создавать переменное давление в рабочей камере. Установки чувствительны к наличию примесей в рабочей среде и поддерживают создание глубокого вакуума;
- Мембранно-поршневые — функционируют за счет мембраны, перемещаемой с помощью поршня, что позволяет сжимать газообразную среду в рабочей камере. Приборы универсальны в отношении используемой рабочей среды и практически бесшумны в эксплуатации;
- Вихревые — работают по эжекторному либо пароэжекторному принципу, применяются в химической промышленности;
- Винтовые — предполагают формирование вакуума за счет вытеснения рабочей среды с помощью вращающихся в противоположном направлении винтов, не требуют использования масляного уплотнения, имеют компактные габариты и повышенную производительность.
Работа турбомолекулярного прибора базируется на использовании движения газовых молекул, которые откачиваются при вращении роторных дисков. Пароструйные конструкции предполагают создание вакуума за счет захвата откачиваемой среды с помощью струи пара. Спиральные модели осуществляют откачку воздушной смеси по безмасляному типу и часто выступают в роли форвакуумных агрегатов, взаимодействуя в паре с турбомолекулярными и диффузионными конструкциями, которые обеспечивают получение сверхвысокого вакуума.
Диффузионные (паромасляные) устройства при эксплуатации используют рабочую жидкость с небольшой упругостью пара и достигают скорости откачки на уровне 130000 л/с. Насосы Рутса представляют категорию вытесняющих вакуумных установок, которые функционируют на сухом ходу и формируют разрежения с помощью противоположно вращающихся роторных лопастей.
В соответствии с диапазоном формируемого давления вакуумные приборы делятся на:
- Высоковакуумные — применяются в крупных промышленных вакуумных системах для формирования сверхглубокого разрежения;
- Форвакуумные — обеспечивают создание предварительного разрежения при работе с высоковакуумными установками;
- Бустерные приборы — позволяют создавать разрежение промежуточного типа.
Вакуумные насосы — применение
Области использования вакуумных агрегатов охватывают множество направлений деятельности человека от различных отраслей промышленности до применения в быту. Для обеспечения работы индустриального оборудования предусмотрены различные по производительности промышленные насосы. При организации научно-исследовательских процессов востребованы лабораторные вакуумные установки. Промышленное использование предусматривает:
- Обеспечение процессов дегазации, а Высушивания, захвата пара и обезвоживания в химическом производстве;
- Упаковка продуктов питания, переработка молочной и мясной продукции, очистка овощей в пищевой индустрии;
- Работа медицинского и стоматологического оборудования, в том числе аппаратов вентиляции легких и искусственного дыхания;
- В фармацевтике и текстильной промышленности для удаления влаги и просушивания продукции, в том числе при дублении кожи;
- Выведение газов из сплавов в металлургии, что обеспечивает производство материала без пустот;
- Устранение воздушных масс и влаги из холодильного контура для поддержания работы холодильных установок.
Вакуумные насосы — применение
Вакуумирование позволяет регулировать температурные показатели химических жидкостей, а также создавать стерильные условия для хранения. В отрасли нефтепереработки и при производстве химических веществ обеспечивает протекание необходимых реакций и отделение компонентов. Вакуумные насосы применяются для формовки мебельных конструкций и пластиковых изделий, для работы вакуумного пресса и в полиграфии, в процессе изготовления керамики и стеклянных конструкций. Откачные агрегаты применяются при работе очистных сооружений, в системах кондиционирования и при нанесении лакокрасочных покрытий. Устройства задействованы при разработке инновационных технологий, в космической отрасли и атомной энергетике.
Вакуумное оборудование представлено в каталогах ведущих производителей российского и зарубежного рынка, которые постоянно совершенствуют технические параметры устройств для формирования вакуума и представляют новые модификации насосов в соответствии с потребностями пользователей.
Источник6: valueofficial.ru