Вакуумные насосы. Винтовой вакуумный насос марки DRYVAC от Leybold GmbH (Германия) Пластинчатый вакуумный насос сухого типа

Основной принцип вакуумного насоса любого типа – это вытеснение. Он одинаковый у всех вакуумных насосов любого размера и любого способа применения. Другими словами, принцип действия вакуумного насоса сводится к удалению газовой смеси, пара, воздуха из рабочей камеры. В процессе вытеснения изменяется давление, и молекулы газа перетекают в требуемом направлении.

Навигация:

Два важных условия, которые должен выполнить насос – это создать вакуум определенной глубины, откачав газовую среду из необходимого пространства и сделать это в течении заданного времени. Если какое-то из этих условий не выполняется, то приходится подключать дополнительный вакуумный насос. Так, в случае необеспечения требуемого давления, но за нужный промежуток времени, подключается форвакуумный насос. Он дополнительно снижает давление, чтобы выполнились все необходимые условия. Этот принцип работы вакуумного насоса подобен последовательному подключению. И наоборот, если не обеспечивается скорость откачки, но при этом достигается нужная величина вакуума, то потребуется другой насос, который поможет достичь необходимый вакуум быстрее. Такой принцип работы вакуумного насоса схож с параллельным подключением.

Примечание. Глубина вакуума, создаваемого вакуумным насосом зависит от герметичности рабочего пространства, которое создают элементы насоса.

Чтобы создать хорошую герметичность рабочего пространства применяется специальное масло. Оно уплотняет зазоры и полностью их перекрывает. Вакуумный насос, имеющий такое устройство и принцип действия называется масляным. Если принцип вакуумного насоса не предусматривает использование масла, то он называется сухим. Преимуществом в использовании пользуются сухие вакуумные насосы, так как они не требуют обслуживания с заменой масла и так далее.

Кроме вакуумных насосов промышленного назначения, широкое применение получили небольшие насосы, которые можно использовать в домашних условиях. К ним относится ручной вакуумный насос для перекачки воды из скважин, водоемов, бассейнов и прочего. Принцип работы ручного вакуумного насоса разный, все зависит от его типа. Различаются такие виды ручных вакуумных насосов:

1. Поршневой.
2. Штанговый.
3. Крыльчатый.
4. Мембранный.
5. Глубинный.
6. Гидравлический.

Поршневой вакуумный насос работает за счет движения внутри него поршня с клапанами в середину корпуса. В результате давление уменьшается, и вода через нижний клапан поднимается вверх пока ручка поршня опускается вниз.

Штанговый вакуумный насос похож по принципу действия на поршневой, только роль поршня в корпусе выполняет очень вытянутая штанга.

Крыльчатый вакуумный насос имеет совсем другой принцип действия. Давление в рабочей камере насоса создается за счет движения рабочего колеса с лопастями (крыльчатка). При этом вода поднимается по стенке камеры, это повышает давление и, вода выплескивается наружу.

Более сложной конструкции является роторный вакуумный насос . Но эта сложность компенсируется тем, что в возможности насоса входит перекачка не только воды, но и более тяжелых масляных жидкостей. Давление в насосе создает ротор с тонкими пластинами, которые вращаются и с помощью центробежной силы втягивают жидкость в емкость, а потом физической силой выталкивает ее.

Мембранный вакуумный насос не имеет никаких трущихся частей, поэтому может использоваться для перекачки очень грязных смесей. С помощью внутреннего маятника и мембраны создается вакуум, который перемещает жидкость через корпус в необходимое место. Чтобы корпус не заклинивал от задержавшегося случайно мусора, насос оснащен специальными клапанами, которые очищают насос.

Глубинный вакуумный насос способен поднимать воду с очень большой глубины (до 30м). Принцип его работы такой же, как и у поршневого, но с очень длинным штоком.

Гидравлический вакуумный насос хорошо перекачивает вязкие вещества, но широкого применения он не получил. Более подробно принцип работы и устройство вакуумных насосов рассмотрим на отдельных его видах.

Принцип работы водокольцевых вакуумных насосов

Один из типов вакуумных насосов — водокольцевой вакуумный насос, принцип действия его основан на создании герметичности рабочего объема с помощью жидкости, а именно воды.

Рассмотрим подробно водокольцевой вакуумный насос и его принцип работы. Внутри корпуса водокольцевого насоса находится ротор, который смещен относительно центра немного вверх. На роторе размещено рабочее колесо с лопастями, вращающимися во время работы. Внутрь корпуса закачивается вода. При движении колеса лопасти захватывают воду и центробежной силой отбрасывают ее в сторону корпуса. Так как скорость вращения достаточно большая, то в результате образуется водяное кольцо по окружности корпуса. В середине корпуса получается свободное пространство, которое и будет так называемой рабочей камерой.

Примечание. Герметичность рабочей камеры обеспечивает окружающее ее водяное кольцо. Поэтому такие насосы и называются водокольцевыми вакуумными насосами.

Рабочая камера получается серпообразной формы, и она разделяется лопастями колеса на ячейки. Эти ячейки получаются разного размера. Во время движения газ перемещается поочередно по всем ячейкам, направляясь в сторону уменьшения объема и одновременно сжимаясь. Так происходит большое количество раз, газ сжимается до необходимой величины и выходит через нагнетательное отверстие. Когда газ проходит через рабочую камеру, он очищается и выходит наружу уже чистым. Это свойство оказывается очень полезным для откачивания загрязненных сред или насыщенных паром газовых сред. Вакуумный насос во время работы постоянно теряет небольшое количество рабочей жидкости, поэтому в конструкции вакуумной системы предусмотрен резервуар для воды, которая потом по принципу работы возвращается назад в рабочую камеру. Это необходимо еще и потому, что молекулы газа сжимаясь отдают свою энергию воде, тем самым нагревая ее. И чтобы избежать перегрева насоса, вода охлаждается в таком отдельном резервуаре.

Подробно посмотреть, как устроен водокольцевой вакуумный насос и принцип его работы можно на видео, предложенном ниже.

Работа пластинчато-роторных насосов

Пластинчато-роторный вакуумный насос относится к числу масляных насосов. В середине корпуса находится рабочая камера и ротор с отверстиями, который расположен эксцентрично. На роторе установлены лопатки, которые могут перемещаться по этим щелям под воздействием пружин.

Рассмотрев устройство, теперь рассмотрим, какой имеют роторные вакуумные насосы принцип работы. Газовая смесь попадает в рабочую камеру через входное отверстие, продвигается по камере под воздействием вращающегося ротора и лопаток. Рабочая пластина, отталкиваясь пружиной от центра, прикрывает собой входное отверстие, уменьшается объем рабочей камеры, и газ начинает сжиматься.

Примечание. Во время сжатия газа возможно выпадение конденсата за счет насыщения пара.

Когда сжатый газ выходит наружу, вместе с ним выходит и образовавшийся конденсат. Этот конденсат может плохо повлиять на работу всего насоса, поэтому в конструкции пластинчато-роторных насосов еще необходимо предусматривать газобалластное устройство. Схематично посмотреть, как работает роторно-пластинчатый вакуумный насос, принцип работы его, можно на рисунке ниже на примере насоса Busch R5. Как уже упоминалось, пластинчато-роторный насос – это масляный насос. Масло необходимо, чтобы устранить все зазоры и щели между лопатками и корпусом, и между лопатками и ротором.

Масло в рабочей камере смешивается с воздушной средой, сжимается и выходит в масляную емкость. Воздушная смесь более легкая переходит в верхнюю камеру сепаратора, где она окончательно очищается от масла. А масло, вес которого больше, оседает в масляной емкости. Из сепаратора масло возвращается на впуск.

Примечание. Качественные насосы очищают воздух очень тщательно, потерь масла практически нет, поэтому подливать масло в такие насосы необходимо крайне редко.

Принцип работы насоса ВВН

ВВН — водяной вакуумный насос, принцип работы которого такой же, как у водокольцевого вакуумного насоса.

Рабочей жидкостью насосов ВВН является вода. На схеме можно увидеть простой принцип работы насоса ВВН.

Движение ротора насоса ВВН происходит непосредственно двигателем через муфту. Это обеспечивает большие обороты ротору, и как следствие, возможность получения вакуума. Правда, вакуум насосы ВВН могут создать только низкий, из-за этого их называют насосами низкого давления. Простые насосы ВВН могут откачивать газы, насыщенные парами, загрязненные среды, и при этом очищать их. Но состав должен быть неагрессивным, чтобы чугунные детали насоса не повредились в результате реакции с химическим составов газа. Поэтому существуют модели насосов ВВН, детали которых изготовлены из титанового сплава или сплава на основе никеля. Они могут откачивать смесь любого состава, не боясь возникновения повреждений. Насос ВВН, в силу своего принципа работы, выполняется только в горизонтальном исполнении, а газ поступает в камеру сверху по оси.

Винтовой вакуумный насос марки DRYVAC от Leybold GmbH (Германия)

Принцип функционирования, основывающийся на вращениивинтов, позволяет производить откачивание газа без наличия масла в областисжимания. Винтовой вакуумный насос DRYVAC имеет полость сжатия, образуемуюповерхностью корпуса, а также двумя роторами, осуществляющими синхронноевращение. Вследствие того, что роторы вращаются в направлениях прямопротивоположных, происходит постепенное перемещение полости сжатия от сторонывсасывания по направлению к стороне выхлопа, что в итоге обеспечиваетнеобходимый эффект откачивания.

Несмотря на то, что в рассматриваемой конструкциипроисходит процесс внутреннего сжимания газа, «путь частицы» во внутреннемпространстве насоса является минимальным. Подобная особенность значительноупрощает обслуживание, а также сводит потребность в сервисных работах квозможному минимуму.

Линейка DRYVAC представляет собой новую серию безмасляныхустройств на базе винтовых вакуумных насосов. Комплектацию, которая может бытьразной, необходимо выбирать с учетом области применения, а также прочихиндивидуальных критериев.

При разработке серии были учтены актуальные потребностипроцессов, при которых предъявляемые к системам вакуумной откачки требованиядостаточно высоки. Рассматриваемые устройства применяются, в частности, приизготовлении экранов, элементов фотовольтаика, а также для ряда другихприменений промышленного характера.

Каждая версия насоса из линейки DRYVAC оснащена водянымохлаждением, благодаря чему отличается компактностью дизайна и способностьюсравнительно просто монтироваться даже в сложные системы параллельно снадежными насосными устройствами RUVAC серий WH, WS и WA.

Линейка винтовых вакуумных насосов DRYVAC включает:

• модель DV 450
• модель DV 450S
• модель DV 650
• модель DV 650-r
• модель DV 650 S
• модель DV 650 S-i
• модель DV 650 C
• модель DV 650 C-r
• модель DV 1200
• модель DV 1200 S-i
• модель DV 5000 C-i

В различных сферах человеческой деятельности требуется создание вакуума. Этот термин характеризует состояние газовой фазы, давление которой ниже атмосферного. Он измеряется в миллиметрах ртутного столба или паскалях. Разрежение газов происходит при принудительном удалении вещества из устройств, имеющих ограниченный объем. Техническое приспособление, предназначенное для этих целей, называется вакуумным насосом. Он может использоваться самостоятельно или входить в более сложные системы.

Вакуум широко применяется в различных технических устройствах. Он позволяет снизить температуру кипения для воды или химических жидкостей, произвести удаление газов из материалов, требующих повышенной однородности состава, создать стерильные условия обработки и хранения. При небольших габаритах и экономичном расходе энергии современные вакуумные насосы позволяют быстро достигать глубокой степени разрежения. Они применяются в самых разных процессах и сферах деятельности:

• в нефтеперерабатывающей и химической промышленности для поддержания необходимых условий протекания реакций и разделения получаемых смесей;
• при дегазации металлов и иных материалов для создания деталей с однородной структурой и отсутствием пор;
• в фармацевтике и текстильной промышленности для быстрой осушки изделий без повышения температуры;
• в пищевой промышленности при расфасовке молока, соков, мясных и рыбных продуктов;
• в процессе вакуумирования холодильного и иного оборудования с повышенными требованиями к отсутствию влаги;
• для нормального функционирования автоматических конвейерных линий, использующих в качестве захватов вакуумные присоски;
• при оборудовании производственных и научно-исследовательских лабораторий;
• в медицине при эксплуатации дыхательных аппаратов и стоматологических кабинетов;
• в полиграфии для фиксации термопленок.

Принцип работы вакуумных насосов

Вакуум создается при механическом удалении вещества из замкнутого пространства. Технически это реализуется различными способами. Принцип работы вакуумного насоса струйного типа основан на уносе молекул газа потоком воды или пара, вылетающим с высокой скоростью из сопла эжектора. Его схема предусматривает подключение бокового патрубка, в котором создается разрежение.

Преимуществом такой конструкции является отсутствие движущихся деталей, а недостатком – перемешивание веществ и низкий КПД.

В технике наибольшее распространение получили механические агрегаты . Работа вакуумного насоса с вращающейся или движущейся возвратно-поступательно основной деталью заключается в периодическом создании внутри корпуса расширяющегося пространства, заполнении его газом из приемного патрубка с последующим выталкиванием через выходное отверстие. Конструктивное устройство вакуумного насоса при этом может быть самым разнообразным.

Основные разновидности вакуумных насосов

При изготовлении устройств для создания вакуума используются металлические и пластмассовые материалы, устойчивые к химическому воздействию перекачиваемой среды и обладающие достаточной механической прочностью. Большое внимание уделяется точности подгонки узлов и герметичности контакта поверхностей, исключающей обратный проскок газов. Здесь приводится перечень основных видов вакуумных насосов, различающихся между собой конструкцией и принципом действия.

Водокольцевые

Водокольцевой вакуумный насос является одним из вариантов жидкостно-кольцевых агрегатов, используя для создания разрежения циркуляцию чистой воды . Он имеет вид цилиндра с оснащенным лопатками ротором, вращающимся на смещенном от центра валу. Перед началом работы его заполняют жидкостью.

При пуске двигателя крыльчатка разгоняет воду по внутренним стенкам корпуса. Между ней и ротором образуется серповидная область вакуума. В нее устремляется газ из приемного патрубка насоса. Движущиеся лопатки перемещают его вдоль вала и выбрасывают через выходное отверстие. Агрегаты этого типа часто применяются еще и для частичной очистки газа за счет его интенсивного контакта с водой.

Использование жидкости в качестве рабочего органа дает множество преимуществ.

1. Вода, вращающаяся в пространстве между ротором и корпусом насоса, исключает вероятность обратного проскока газов, заменяя собой уплотнения и снижая требования к точности изготовления деталей.
2. Все вращающиеся части насоса постоянно омываются жидкостью, что уменьшает трение и улучшает теплосъем.
3. Такие устройства редко требуют ремонта, имеют длительный срок службы и потребляют минимум электроэнергии.
4. Работа с газами, содержащими капли воды и мелкие механические примеси, не оказывает негативного влияния на техническое состояние оборудования.

Последнее обстоятельство важно при использовании таких насосов для откачки воздуха из емкостей, содержащих влагу. Их применяют для кондиционеров и иных холодильных установок при вакуумировании системы перед заполнением их фреоном.

Пластинчато-роторные

Такие насосы имеют цилиндрический корпус с тщательно отшлифованной внутренней поверхностью и расположенный внутри него ротор. Их оси не совпадают, поэтому боковой зазор имеет разную величину. В состав ротора входят специальные подвижные пластины , которые прижимаются пружинами к корпусу и делят свободное пространство на сектора переменного объема. При включении двигателя газы приходят в движение так, что в приемном патрубке всегда создается разрежение, а в напорном – избыточное давление.

Для уменьшения трения пластины изготавливаются из антифрикционных материалов или применяются специальные маловязкие масла. Насосы этого типа способны создавать достаточно сильный вакуум, но они чувствительны к чистоте перекачиваемой жидкости или газа, требуют регулярной чистки и загрязняют продукт следами смазки.

Мембранно-поршневые

Рабочим органом насосов данного принципа действия служит гибкая мембрана , связанная с рычажным механизмом. Она изготавливается из современных композитных материалов, устойчивых к механическим нагрузкам. Ее края прочно крепятся в корпусе, а центральная часть под действием электрического или пневматического привода изгибается, попеременно уменьшая и увеличивая пространство внутренней камеры.

Изменение объема сопровождается всасыванием и выталкиванием поступающих газов или жидкостей. При совместной работе в противофазе двух мембран обеспечивается непрерывный режим перекачки. Система клапанов регулирует правильное распределение и направление потоков. Механизм не имеет вращающихся или трущихся деталей, контактирующих с перекачиваемым продуктом.

К преимуществам таких насосов следует отнести:

• отсутствие загрязнения продукта смазкой или механическими загрязнениями;
• полную герметичность, исключающую утечки;
• высокую экономичность;
• легкость регулирования расхода;
• длительную эксплуатацию в сухом режиме, которая не вредит конструкции;
• возможность использовать пневматический привод для работы во взрывоопасной среде.

Винтовые

Принцип работы винтовых насосов основан на вытеснении жидкости или газа вдоль вращающегося винта. Они состоят из привода, одного или двух роторов винтообразной конфигурации и статора соответствующей формы. Высокая точность изготовления деталей не позволяет перекачиваемой среде проскакивать назад. В результате на выходе насоса образуется избыточное давление, а на приеме – вакуум.

Подобное оборудование из-за высоких требований к качеству изготовления стоит недешево. Его нельзя долго держать на «сухом» режиме.

Основные достоинства таких насосов:

• равномерность расхода;
• низкий уровень шума;
• способность перекачки жидкости с механическими включениями.

Вихревые

Вихревые вакуумные насосы своей конструкцией напоминают центробежное оборудование . Они также имеют рабочее колесо с лопастями, вращающееся на центральном валу. Принципиальное отличие заключается в расположении приемного патрубка на внешней окружности корпуса, а не в районе центральной оси.

Минимальный зазор между крыльчаткой и корпусом обеспечивает устойчивое движение перекачиваемой жидкости в необходимом направлении. Агрегаты этого типа способны создавать достаточно высокое давление нагнетания и обладают самовсасывающим эффектом. Эти насосы просты в эксплуатации, легко ремонтируются и отлично зарекомендовали себя при перекачке газожидкостных смесей, но у них низкий КПД. Они чувствительны к попаданию механических примесей, способных привести к быстрому износу крыльчатки.

Самостоятельное изготовление вакуумного насоса

Если вы не готовы нести затраты на приобретение заводского оборудования, попробуйте сделать вакуумный насос своими руками. Для откачки воздуха из емкости небольшого объема может сгодиться медицинский шприц или слегка модернизированный ручной велосипедный насос.

Совет! При частом использовании и вакуумировании крупных сосудов удобней воспользоваться устройствами с электрическим приводом.

Рассмотрим вариант изготовления вакуумной установки из компрессора старого холодильника. Он уже предназначен для перекачки газа и при минимальном ремонте сможет создавать разрежение. Ваши действия будут предельно просты:

• на некотором расстоянии от компрессора обрезать ножовкой по металлу две медные трубки, подходящие к нему;
• демонтировать компрессор вместе со схемой электропитания или заменить ее вместе с пусковым реле на новую по аналогии со старой;
• на медный патрубок, который шел от конденсатора, надеть дюритовый шланг подходящего диаметра и соединить его другим концом с вакуумируемой емкостью;
• для герметичности соединения можно использовать штатный хомут или воспользоваться скруткой из стальной проволоки;
• выполнить подключение вакуумного насоса к электрической сети и после пуска по выходу воздуха из второго медного патрубка убедиться в его правильной работе.

Важно! Компрессор холодильника не предназначен для эксплуатации во влажной среде, поэтому надо следить, чтобы на него не попадала вода.

Чрезвычайно надежные и эффективные сухие вакуумные насосы, насосы когтевого и винтового типов, широко применяются как в общепромышленных процессах, также для создания разрежения во взрывоопасных и коррозионных средах.

Мировым лидером в проектировании и производстве «сухих» вакуумных насосов является английская компания Edwards. Именно компания Edwards является первопроходцем в области сухой откачки газов. Более чем 90-летний опыт применения вакуумных насосов в различных условиях эксплуатации, включая процессы с высоким содержанием пыли и загрязнений, и более 150 000 поставленных сухих вакуумных насосов по всему миру позволяют обеспечить максимально продуманное решение задачи сухого вакуумирования.

Технология сухой откачки обеспечивает существенное снижение эксплуатационных затрат, увеличение производительности, повышение качества продукции, а также создание более благоприятных условий труда в рабочих помещениях. Данная технология гарантирует высокие уровни надежности в ситуациях, когда насосы с масляным уплотнением находятся на границе своего рабочего диапазона. «Сухие» насосы способны откачивать среды с наибольшим допустимым давлением паров воды на входе в насос, в несколько раз превышающим наибольшее давление паров воды для насосов с масляным уплотнением, к тому же делают это при полном отсутствии какого-либо загрязнения. Благодаря такой способности насосы идеально подходят для вакуумной откачки в технологическом процессе сушки и других промышленных областях применения.

Запатентованная компанией Edwards в 1984 году технология сухого вакуумирования Drystar с применением когтевого механизма захвата в свое время стала инновацией в мире вакуума и по сей день продолжает пользоваться заслуженной популярностью во всем мире.

Так, первыми моделями насосов компании Edwards, c когтевым механизмом, торговой марки Drystar стали насосы серии GV, установленные сейчас во всем мире на самых разных общепромышленных технологических процессах, в металлургии, в процессах сушки, обработки поверхностей, производстве полупроводниковых устройств. Принцип действия насосов GV основан на когтевом механизме захвата, а дополнительная ступень Рутса, используемая в конструкции насосов, позволяет увеличить быстроту откачки в рабочем диапазоне и достичь максимальной быстроты действия.

Накопленный при разработке сухих когтевых насосов опыт был использован в насосах серии EDP, основным отличием которых от насосов серии GV является вертикальное направление потока откачиваемой среды, благодаря чему в случае попадания внутрь рабочего объема жидкостей, они сразу стекают из насоса, не оказывая воздействия на него. При этом высокая температура, поддерживаемая внутри насоса, позволяет избежать конденсации сред, в том числе химически активных, и вследствие этого – влияния коррозии. Благодаря данной особенности, насосы серии EDP оптимально удовлетворяют высокие требования технологических процессов химической и фармацевтической промышленности.

Параллельно с технологией сухой откачки с когтевым механизмом захвата, получала развитие технология вакуумирования с винтовыми роторами насосов.

Винтовые насосы серии IDX идеально подходят для процессов, требующих высокой производительности при работе на вакууме или быстрой откачки от атмосферного давления. Насосы используют уникальный двухсторонний симметричный механизм винта, с помощью которого удалось упростить систему компенсации температурного расширения валов. Данная конструкция, не имеющая аналогов в продукции других производителей, позволяет с легкостью перекачивать газовые среды с высоким содержанием пыли. Важно отметить, что насос может использоваться в качестве форвакуумного насоса в многоступенчатой вакуумной системе. Системы на основе насосов IDX являются стандартным решением в процессах вакуумирования стали.

В дальнейшем, по аналогии с появлением «химических» версий насосов GV-EDP, был разработан винтовой насос CDX, являющийся модификацией насоса IDX, но имеющий ряд особенностей, позволяющих эксплуатировать его в условиях химических и нефтехимических производств.

В комбинации с бустерными насосами EH/HV/SN , сухие вакуумные насосы серий GV, EDP, IDX, могут рализовывать производительность до 120000 м 3 /ч. Как частный случай – системы на основе IDX для металлургии, представляющие собой готовые решения для систем «печь-ковш» на 50, 100 и 150 тонн (процессы вакуумной дегазации VD и вакуумной декарбюдизации VOD). Скорость откачки может меняться путем добавления дополнительных ступеней, что позволяет проектировать системы вакуумирования, удовлетворяющие потребности конкретного технологического процесса.

В настоящее время активное распространение получило новое поколение вакуумных насосов для общепромышленных процессов – насос винтового типа GXS. Данный насос является полностью готовым к использованию решением, насос готов к работе сразу же после поставки. Он оборудован панелью управления, расположенной непосредственно на корпусе, а также имеет ряд дополнительных опций, позволяющий сконфигурировать систему, полностью удовлетворяющую потребностям конкретного заказчика. Широкая линейка насосов GXS может быть представлена как в форм-факторе одноступенчатого насоса, так и в комбинации с бустерным насосом (в едином корпусе), что позволяет обеспечить производительности от 160 до 3’500 м 3 /ч.

В настоящее время Edwards не оставляет без своего пристального внимания процессы вакуумирования в химической и фармацевтической промышленности. Так, на основе GXS были разработаны насосы серии CXS. Основным отличием данного насоса от GXS является то, что все элементы электронной системы управления насоса вынесены в отдельный взрывобезопасный блок.

Более подробно с возможностями и характеристиками сухих вакуумных насосов Edwards Вы можете ознакомиться в соответствующих разделах нашего каталога.

Инновационная разработка производителя Edwards - насосы серии EDS для сложных технологических процессов в химической, нефтехимической и фармацевтической промышленностях

Безмасляные (сухие) пластинчато-роторные вакуумные насосы относятся к объемным насосам, позволяющим получать вакуум средней глубины при полном отсутствии масляного выхлопа в выпускаемом воздухе. Глубина достигаемого вакуума - от 90 до 400 мБар остаточного давления в зависимости от модели. Что составляет от 9 до 40% атмосферного давления.

Создать хороший безмасляный пластинчато-роторный насос достаточно сложно, так что число производителей в мире не так велико. В основном, их делают в Европе ( , и ). И лишь насосы небольшой производительности производят в США, в Китае и на Тайване. Среди последних наибольшим спросом пользуются тайваньские насосы .

Принцип действия

Сухие пластинчато-роторные насосы имеют в целом тот же самый принцип действия, что и . В них также используется эксцентрично установленный ротор с пластинками, способными свободно скользить в своих пазах.
Анимация 1: принцип работы пластинчато-роторного насоса

Однако, есть некоторые отличия. В сухих насосах не используется масло ни для уплотнения зазора между лопатками и корпусом, ни для смазки движущихся частей, ни для охлаждения. Поэтому лопатки сухих насосов изготавливаются не из металла, а из графитового композита. Графит создает намного меньше трения по сравнению с металлом, поэтому не требует сильного охлаждения. Кроме того, графитовые лопатки быстро притираются к поверхности, по которой скользят, обеспечивая хорошую герметизацию зазоров между корпусом и лопатками.

С одной стороны, конструкция безмасляных насосов проще: нет масляного сепаратора и масляных каналов. С другой стороны, отсутствие смазки повышает требования к качеству обработки поверхностей.

Плюсы и минусы безмасляных пластинчато-роторных вакуумных насосов (по сравнению с масляными)

Основных причин, по которым стоит выбрать сухой пластинчато-роторный насос, две: относительно чистый воздух на выходе и возможность длительное время работать с грубым вакуумом. Кроме того, нет необходимости постоянно следить за уровнем масла и заботиться об осушении перекачиваемого газа.

Все достоинства сухих насосов являются зеркальным отображением недостатков маслосмазываемых моделей: если для масла предпочтительна работа в режиме поддержки глубокого вакуума, то сухой насос может длительное время работать с грубым вакуумом на входе. Так же часто возникает ситуация, когда откачанный воздух остается в том же помещении, где работают люди. Пройдя через маслосмазываемую модель, воздух неизбежно насыщается парами масла, которые не только неприятно пахнут, но и не особо полезны для окружающих. Фильтры на выхлопной линии в какой-то мере решают эту проблему. Но идеальных фильтров не бывает.

С другой стороны, пройдя через безмасляный роторный насос, воздух хотя и не остается идеально чистым, но в этом случае вместо масла в воздух попадают частицы графитовой пыли. Этой пыли, во-первых, выделяется значительно меньше, чем масла. А во-вторых, графит не пахнет, и его намного проще отфильтровать. Поэтому безмасляный насос - хороший выбор для помещений, где работают люди.

Другой значительный недостаток маслосмазываемых насосов - необходимость постоянного контроля за уровнем масла. Уровень этот может как увеличиваться, из-за появления конденсата, так и уменьшаться, например, при работе с грубым вакуумом или при превышении температуры. Любой из этих сценариев губителен для пластинчатого масляного насоса: если масла будет недостаточно, то он перегреется и сгорит, а если в масле окажется много конденсата - насос быстро заржавеет. Безмасляный насос изначально лишен этих недостатков: нет необходимости постоянно за ним следить, достаточно проверять толщину лопаток раз в 2-3 тысяч рабочих часов.

В целом, для остаточных давлений выше 400 мБар, безмасляный насос является хорошим выбором. Но для создания более глубокого вакуума он уже не подходит. Самые совершенные модели из нашего каталога могут обеспечить лишь 100 мБар остаточного давления. Другое ограничение - срок службы. Маслозаполненные модели могут годами выдавать одинаковую производительность (требуется лишь изредка подливать масло), чем и пользуются многие лаборатории, день и ночь поддерживая стабильный вакуум в лабораторном шкафу. Сухой пластинчато-роторный насос тоже может работать в режиме 24/7, но по мере истирания лопаток, его производительность будет падать. Поэтому такой насос рекомендуется включать именно тогда, когда он нужен, и выключать по окончании смены.

Износ рабочих пластинок

Как видно из анимации выше, рабочие пластинки постоянно движутся по специальным пазам в роторе. Вылетая под действием центробежной силы, они плотно прилегают к стенкам камеры и разделяют свободное пространство рабочей камеры на несколько изолированных объемов.

Ротор насоса крутится с большой скоростью (обычно 1400-1500 оборотов в минуту, поскольку используются 4-х полюсные электродвигатели), поэтому возникает проблема трения пластинок о внутреннюю поверхность рабочей камеры. В насосах с масляной смазкой эта проблема не стоит остро, поэтому рабочие пластинки (лопатки) могут быть как композитные, так и более долговечные металлические. Однако в сухих насосах пластинки могут быть только из графитового композита (carbon vanes). Графит сам по себе является хорошей смазкой - графитовые пластинки скользят по рабочей камере не перегреваясь. Но при этом графит относительно быстро истирается. При чем, сокращается не только его длина от трения о корпус насоса, но и уменьшается его толщина от трения о ротор.

Изображение 1. Три вида износа графитовых лопаток пластинчато-роторных насосов.

Износ графитовых лопаток (пластинок) ведет к утечкам воздуха и снижению глубины вакуума, а также производительности насоса. Каков средний срок службы лопаток безмасляных насосов? Большинство производителей стыдливо этот срок не указывают. Однако кое-какой информацией мы владеем.

Тайваньцы Stairs Vacuum указывают на необходимость замены лопаток через 8 000 - 10 000 часов. При этом они отмечают, что рабочие характеристики любых безмасляных пластинчато-роторных насосов начинают снижаться уже после 3 000 часов работы.

Итальянцы DVP пишут о сроке службы пластинок 10 000 часов. К нам в офис как-то пришел инженер, у которого работал насос SB 16 этой итальянской фирмы. Он рассказал о том, что насос отработал у них 20 000 часов (правда в режиме компрессора, но сути это не меняет), после чего перестал нормально работать (речь шла об износе лопаток, а не о поломке насоса). При этом выхлопные шланги внутри покрылись тонким слоем графитовой пыли. Этот пример говорит, что производитель указывает минимальный гарантированный срок службы лопаток, на практике они могут работать и больше, но при снижении рабочих параметров.

Немцы Becker серии VX, KVX являются рекордсменами по сроку службы лопаток (увы и по цене насосов тоже) - не менее 20 000 часов, на практике от 20 до 40 тысяч.

Изображение 2. График снижения производительности сухих пластинчато-роторных насосов из-за износа лопаток.

При какой глубине вакуума КПД пластинчато-роторных вакуумных насосов становится наибольшим

КПД безмасляных пластинчатых насосов не является фиксированной величиной, а зависит от рабочей точки (глубины вакуума). При давлении на входе близком к атмосферному (при грубом вакууме) КПД насоса очень низок и становится приемлемым (40% и выше) при глубине вакуума 300 мБар (700 мБар остаточного давления). Своего максимума (почти 60%) КПД достигает при вакууме 600-700 мБар (300-400 мБар абсолютного давления), а затем снова начинает снижаться до 40% по мере углубления вакуума.

Изображение 3. Сравнение КПД сухого пластинчато-роторного вакуумного насоса и вихревой одноступенчатой воздуходувки.

Если сравнить, например, безмасляный пластинчато-роторный вакуумный насос и одноступенчатую вихревую воздуходувку, работающую в вакуумном режиме, то окажется, что эти 2 устройства не конкурируют друг с другом, а взаимно дополняют. В диапазоне создаваемых давлений от -100 до -300 мБар вихревая воздуходувка показывает лучшие значения КПД, а в диапазоне от -300 до -900 мБар гораздо эффективнее работает уже пластинчато-роторное устройство.