Вакуумные насосы

Вакуумный насос — устройство для получения отрицательного давления в закрытых системах. Состояние, при котором в замкнутом пространстве нет вещества или конечное давление настолько мало, что частицы не влияют на процессы, происходящие в этом пространстве, называется вакуумом.

Для достижения этого состояния используются вакуумные насосы или воздуходувки, а тип устройства выбирается в зависимости от ожидаемого конечного давления.

Вакуумные насосы широко используются в фармацевтической, пищевой, бумажной и полиграфической промышленности, переработке пластмасс и во многих других отраслях, где для достижения производственных целей требуется отрицательное давление.

Типы вакуумных насосов

В зависимости от необходимого рабочего диапазона устройств (глубины получаемого вакуума) подбирается соответствующая конструкция вакуумных насосов или воздуходувок.

• поршневые вакуумные насосы;
• винтовые вакуумные насосы;
• пластинчато-роторные вакуумные насосы (применяются для создания предварительного разряжения);
• лопастные/кулачковые вакуумные насосы;
• центробежные вакуумные насосы.

Еще один тип вакуумного насоса, использующий эффект, возникающий в трубке Вентури, —эжекторный насос, приводимый в движение сжатым воздухом.

Радиальные или боковые воздуходувки (одноступенчатые или двухступенчатые) используются для получения меньшего вакуумного давления, но с более высокой эффективностью (скоростью достижения рабочего значения разряжения).

Основные параметры вакуумных насосов

Наиболее важными параметрами вакуумных насосов являются:

• Скорость откачки (или производительность в м³), обычно указываемая за единицу времени.
• Предел конечного вакуума (самое низкое получаемое давление).
• Диаметр соединения на входе и выходе насоса.
• Чувствительность к содержанию водяного пара.

При выборе следует также учитывать совместимость с таким оборудованием, как электромагнитные клапаны, фильтры, глушители на стороне всасывания и нагнетания.

При выборе вакуумного насоса необходимо также учитывать скорость откачки в зависимости от давления вакуума, поскольку вакуумные насосы характеризуются нелинейным графиком скорости.

Одноступенчатые и двухступенчатые вакуумные насосы

Оба типа насосов являются лопастными. Принцип работы лопастного насоса прост: тефлоновая лопасть вращается внутри цилиндра и делит камеру на две части. При вращении обе части пропорционально изменяют объем. Обе части поочередно участвуют в двух циклах: всасывание из установки, и сжатие для выброса газа наружу.

При выборе  вакуумного насоса следует учитывать степень вакуума, который необходимо получить. Одноступенчатый насос достигает вакуума 0,2 мБар, а двухступенчатый насос — 0,02 мБар.

Одноступенчатый вакуумный насос имеет один цилиндр, а двухступенчатый вакуумный насос — два цилиндра, которые работают синхронно. Благодаря этому двухступенчатый насос обеспечивает более глубокий вакуум, чем одноступенчатый. Благодаря возможности получения более глубокого вакуума двухступенчатые вакуумные насосы используются для осушения крупных холодильных систем в стационарных агрегатах, холодильных складах и морозильных камерах.

Из-за более высокой нагрузки двухступенчатые электровакуумные насосы оснащаются более мощными двигателями.

Конструкции вакуумных насосов

Винтовые. Благодаря сухому и бесконтактному режиму работы винтовые вакуумные насосы не требуют смазки в нагнетательной камере. В этом заключается основное преимущество данного типа насосов – отсутствие загрязнений в технологическом процессе или окружающей среды, при работе насоса.

Два параллельных винтовых ротора, расположенных в корпусе насоса, синхронизированы друг с другом зубчатой ​​передачей, и вращаются в противоположных направлениях.

Газ движется от заборного к выходному отверстию, при этом сжимаясь. Процесс сопровожается теплообразованием, поэтому используется охлаждение непрерывным потоком жидкости, пропускаемой через корпус насоса.

Винтовые вакуумные насосы достигают предельного вакуума 0,05 мБар. Они используются во многих промышленных процессах, где требуется чистый, безмасляный вакуум. Их также можно комбинировать с бустерным вакуумным насосом для повышения эффективности.

Поршневые насосы. Их работа основана на движении поршня в цилиндре – процесс начинается, когда поршень начинает двигаться к входному отверстию, тем самым уменьшая внутренний объем. Это приводит к повышению давления внутри цилиндра и выталкиванию газов наружу. Затем, когда поршень возвращается в исходное положение, впускной клапан открывается и в цилиндр всасывается новая порция газа. Этот цикл повторяется, создавая поток газов и постепенно снижая давление в откачиваемой емкости.

Одним из преимуществ поршневых насосов является их способность достигать высокого разряжения. Из минусов конструкции – большие размеры и высокий уровень вибрации, шума, быстрый износ поршня и стенок цилиндра, необходимость комплектации запирающими клапанами.

 От этих недостатков избавлены диафрагменные насосы. В них две диафрагмы (мембраны) соединены валом, проходящим через центральную секцию с размещенным в ней воздушным клапаном. Первая,  мембрана, изгибаясь, образует отрицательное давление для всасывания газа из рабочего пространства. В свою очередь, вторая мембрана одновременно подталкивает газ к выпускному отверстию. Входное и выходное отверстия также перекрываются игольчатыми или шаровыми клапанами, обычно с электромагнитным приводом.

В науке и промышленности также используются другие принципы работы вакуумных насосов. К ним относятся роторно-поршневые насосы, конденсирующие в жидкую или твердую фазу, сублимационные, абсорбционные и цеолитовые насосы с использованием молекулярных сит. Они не удаляют молекулы газа из рабочего пространства, а связывают их с жидкой или твердой основой, функционируя не на механических, а на химических принципах.