- Классификация
- Виды и типы вакуумных насосов
- Сферы применения
- Уcтройство и принцип работы
- Как выбрать
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 105 – 102 Па;
- средневакуумные с давлением 102 – 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.
Рисунок 1 Водокольцевой вакуумный насос
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.
Рисунок 2 Пластинчато-роторный насос
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.
Рисунок 3 Мембранный вакуумный насос
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.