Вакуумный насос — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Вакуумный насос — устройство, служащее для удаления (откачки) газов или паров до определённого уровня давления (технического вакуума).

Началом научного этапа в развитии вакуумной техники можно считать 1643 г., когда Торричелли впервые измерил атмосферное давление. Около 1650 года Отто фон Герике (Otto von Guericke) изобретает механический поршневой насос с водяным уплотнителем. Изучалось поведение различных систем и живых организмов в вакууме.^[1]

Наконец, во второй половине XIX в. человечество шагнуло в технологический этап создания вакуумных приборов и техники. Это было связано с изобретением ртутно-поршневого насоса в 1862 году и потребностью в вакуумировании со стороны нарождающейся электроламповой промышленности.^[2] Начинают изобретаться такие вакуумные насосы: вращательный (Геде, 1905), криосорбционный (Дж. Дьюар, 1906), молекулярный (Геде, 1912), диффузионный (Геде, 1913)

[3]; манометры: компрессионный (Г. Мак-Леод, 1874), тепловой (М. Пирани, 1909), ионизационный (О. Бакли, 1916).

В СССР становление вакуумной техники началось с организации вакуумной лаборатории на ленинградском заводе «Светлана».^[4] Началось бурное развитие электроники и новых методов физики.

Объёмные насосы осуществляют откачку за счёт периодического изменения объёма рабочей камеры. В основном они используются для получения предварительного разрежения (форвакуума). К ним относятся поршневые, жидкостно-кольцевые, ротационные (вращательные). Наибольшее распространение в вакуумной технике получили вращательные насосы.

Схема ротационного насоса: 1, 3 — лопасти, 2 — кожух.

К высоковакуумным механическим насосам относятся: пароструйные насосы (парортутные и паромасляные), турбомолекулярные насосы. Молекулярные насосы осуществляют откачку за счёт передачи молекулам газа количества движения от твёрдой, жидкой или парообразной быстродвижущейся поверхности. К ним относятся водоструйные, эжекторные, диффузионные молекулярные насосы с одинаковым направлением движения откачивающей поверхности и молекул газа и турбомолекулярные насосы с взаимно перпендикулярным движением твёрдых поверхностей и откачиваемого газа.

Вакуумные насосы классифицируют как по типу вакуума, так и по устройству. Область давлений, с которой имеет дело вакуумная техника, охватывает диапазон от 10

5 до 10⁻¹² Па. Степень вакуума характеризуется коэффициентом Кнудсена Kn{\displaystyle Kn}, величина которого определяется отношением средней длины свободного пробега молекул газа к линейному эффективному размеру вакуумного элемента Lэф. Эффективными размерами могут быть расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода, расстояние между электродами прибора.

Вакуумные насосы по назначению подразделяются на сверхвысоковакуумные, высоковакуумные, средневакуумные и низковакуумные, а в зависимости от принципа действия — на механические и физико-химические. Условно весь диапазон давлений для реальных размеров вакуумных приборов может быть разделён на поддиапазоны следующим образом:

[5]

• Низкий вакуум

  λ << Lэф

  Kn ≤ 5⋅10⁻³

  Давление 10⁵…10² Па (10³…10⁰ мм рт. ст.)

• Средний вакуум

  λ ≥ Lэф

  5⋅10⁻³ < Kn <1/3

  Давление 10²…10⁻¹ Па (10⁰…10⁻³ мм рт. ст.)

• Высокий вакуум

  λ > Lэф

  Kn ≥ 1/3

  Давление 10⁻¹…10⁻⁵ Па (10⁻³…10⁻⁷ мм рт. ст.)

• Сверхвысокий вакуум

  λ >> Lэф

  Kn >> 1/3

  Давление 10⁻⁵ Па и ниже (10⁻⁷…10⁻¹¹ мм рт. ст.)

Классификация насосов по конструктивному признаку[править | править код]

• Механические
• Магниторазрядные
• Струйные
  • Паромасляные диффузионные
  • Паромасляные бустерные
• Сорбционные
• Криогенные

Вакуумные насосы также делят по физическим принципам их работы на газопереносные насосы и газосвязывающие насосы. Газопереносные насосы транспортируют частицы либо через некий рабочий объём (Поршневые насосы), либо путём передачи механического импульса частице (за счет столкновения). Некоторые насосы нуждаются в молекулярном течении переносимого вещества, другие — в ламинарном. Механические насосы подразделяются на объёмные и молекулярные.

Для получения той или иной степени вакуума требуются соответствующие насосы или их комбинация. Выбор насоса определяется родом и количеством пропускаемых насосом газов и диапазоном рабочих давлений насоса и его параметрами. Не существует такого насоса, с помощью которого можно было бы обеспечить получение вакуума во всем диапазоне давлений с приемлемой эффективностью.

1. ↑ В. П. Борисов (Институт истории естествознания и техники им. С. И. Вавилова РАН.), ИЗОБРЕТЕНИЕ, ДАВШЕЕ ДОРОГУ ОТКРЫТИЯМ: В 2002 г. исполнилось 400 лет со дня рождения изобретателя вакуумного насоса Отто фон Герике. // ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК том 73, № 8, с. 744—748 (2003)
2. ↑ В. П. Борисов, Изобретение вакуумного насоса и крушение догмы «Боязни Пустоты» // Вопросы истории естествознания и техники, № 4, 2002
3. ↑ *Борисов В.П. Глава 4. Формирование основ современной вакуумной техники // Вакуум: от натурфилософии до диффузионного насоса. — М.: НПК «Интелвак», 2001.
4. ↑ «Светлана»: История Ленинградского объединения электронного приборостроения «Светлана» — Л.:Лениздат, 1986. — 246 с., ил.
5. ↑ nano.nnov.ru/UserFiles/seminar/92_pestov.ppt Понятие вакуума. Вакуумная техника. // ИФМ РАН

• Вакуумные системы технологического оборудования — МГИУ, 2010 — ISBN 9785276018003, глава 3 Вакуумные насосы и агрегаты, 3.1 Классификация и общие положения
• Л. Н. Розанов «Вакуумная техника», — Москва: Высшая школа, 1982г;
• Б. И. Королёв «Основы вакуумной техники», 1958 г.
• Е. П. Шешин «Вакуумные технологии», — М.: Интеллект, 2009 г.
• Ворончев Т. А., Соболев В. Д. Физические основы электровакуумной техники. — М., Высшая школа, 1967. — 351 с.

Типы вакуумных насосов и их применение

В настоящее время технология вакуумирования используется в самых различных сферах хозяйственной деятельности человека, где требуется в некотором пространстве создать разряжение путем дегазации — откачивания газообразной среды различного типа. Для получения вакуума в этом объеме применяются вакуумные насосы, модификаций которых сконструировано немало в зависимости от потребностей потребителя.

Применение вакуумных насосов

Промышленное применение

 

Вакуумные насосы позволяют осуществлять дегазацию, поэтому активно применяются для обезвоживания и высушивания в фармацевтической, текстильной и пищевой промышленности. В частности это может быть откачка воздуха из стеклянной тары при розливе жидкостей или просушка кожи после ее дубления. Технология экструзии, применяемая для производства полимерных изделий различного назначения, невозможна без вакуумизации. В металлургии устройствами данного типа выполняется устранении газообразных примесей в структуре металлического расплава, что необходимо для получения монолитных материалов, лишенных раковин и пористости, что недопустимо. Кроме того, вакуумная техника используется в нефтегазовой, электротехнической, химической отраслях промышленности, а также в производстве строительных материалов, сельском хозяйстве, медицине и многих других сферах.

В холодильной отрасли вакуумирование важная часть технологического процесса установки и монтажа оборудования — из холодильного контура обязательно необходимо удалять воздух и влагу, иначе обеспечить нормальную работоспособность не удастся. Для этого выпускают специальные вакуумные насосы для HVAC-отрасли.

Зачем нужно искусственно создавать вакуум в быту?

 

Помимо промышленного использования, современный человек часто сталкивается с вакуумной аппаратурой в бытовой жизни. Приведем несколько примеров.

• Механизмы вакуумного усиления торможения в транспортных средствах позволяют облегчить работу тормозной системы и увеличить срок ее эксплуатации. Они применяются в конструкции педали тормоза и за счет создаваемого разряжения позволяют снизить нагрузку на водителя.

• Вакуумные насосы используются в системах кондиционирования воздуха для стравливания смеси газов из фреонового трубопровода, что необходимо в целях устранения кислорода (как сильнейшего окислителя) и водяных паров. Посторонние примеси в трассе сплит-систем приводят к ее преждевременному выходу из строя.

• Вакуумизация требуется в упаковке пищевых продуктов и позволяет увеличить срок хранения скоропортящейся пищи за счет практически полного устранения кислорода, как окислителя и одного из важнейших компонентов для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов, ответственных за гниение, брожение, плесневение и других патогенных факторов.

• Удаление кислорода из герметично замкнутой упаковки позволяет снизить ее объем и обуславливает экономию пространства, что особенно актуально при хранении различных предметов повседневного обихода человека, к примеру, одеял, подушек, одежды и тому подобное.

Общий механизм действия

Вне зависимости от вида, вакуумный насос предназначен для создания тяги (разряжения) в конструкциях, системах, или их отдельных элементах. В ходе этого процесса формируется область пониженного атмосферного давления, в которую «притягиваются» частицы газообразной среды. При этом молекулы могут двигаться в различных режимах, включающих в себя не только направленные потоки, но и хаотические перемещения. Логично предположить, что в процессе своего перемещения, молекулы могут взаимодействовать друг с другом, что определяет изменение их траектории и скорости. Характер тока среды и ее скорость определяется степенью создаваемого насосом разряжения, которая, в свою очередь, тесно связана с типом такого устройства.

Наиболее распространенные типы вакуумных насосов

Учитывая широту применения устройств для вакуумирования, становится ясно, что вариантов их конструкции существует множество. Попробуем выделить наиболее часто используемые.

Пластинчато-роторные насосы

 

Пластинчато-роторные механизмы, подразделяющиеся на масляные (рабочие поверхности смазываются специальными вакуумными составами) и безмасляные (смазка не требуется). Данный тип конструкций имеет собранный на валу электродвигателя ротор, и не отличается слишком высокой скоростью откачки, поэтому они используются для закрытых систем небольшого размера. Конструктивно рабочая камера этой аппаратуры состоит из двух модулей, имеющих разный объем. Перемещение ротора и лопастей определяет движение газовой среды по принципу «замещения» внутреннего объема отсеков попеременно. Пи этом нагнетание газа из одной камеры в другую приводит к открыванию выпускного клапана, через который происходит стравливание среды в камеру всасывания. Устройства роторного типа работают в области вакуума низкой глубины и являются одними из самых популярных видов вакуумных насосов.

Водокольцевые насосы

 

Водокольцевые вакуумные насосы, работающие в области глубокого вакуума, с точки зрения своего устройства сходны с пластинчато-роторными устройствами. Образование области сниженного давления в этой конструкции происходит за счет погружения вращающегося ротора (импеллера) в жидку среду (чаще применяется чистая вода), которая должна непрерывно поступать в установку. Вращение ротора с лопатками внутри жидкости приводит к сжатию закачанного в систему газа и его перемещению к выходному клапану рабочей камеры. Оттуда газообразная среда выпускается из насоса под давлением. Такой ход ротора внутри камеры обеспечивается его эксцентричным положением внутри рабочего пространства. Обладая массой преимуществ (резистентность по отношению к примесям в транспортируемой газообразной среде, простоте устройства, отсутствие масляных включений в откачиваемом газе и некоторые другие), водокольцевые вакуумные насосы требуют периодического обслуживания сервисной жидкости, что является их недостатком.

Мембранно-поршневые

 

Мембранно-поршневые насосы, в рабочей камере которых производится сдавливание газообразной среды за счет перемещения поршнем гибкой, не проницаемой для молекул газа мембраны. При этом при сжатии газ из рабочей камеры выводится через выпускной клапан за пределы насоса, что определяет снижение давления в камере, за счет которого происходит втягивание новой порции в систему. Поршень в этих установках приводится в движение валом электродвигателя, соединенного с шатуном посредством эксцентрика. Главное преимущество таких типов вакуумных насосов их практически полная бесшумность и универсальность в отношении транспортируемой среды (к примеру, конструкция и тип привода в таких аппаратах обуславливает отсутствие возможности образования искр, поэтому механизмы данного типа пригодны для перекачивания пожаро- и взрывоопасных сред).

Кроме того, в быту и промышленности применяются и другие типы конструкций, отличающихся производительностью и глубиной получаемого вакуума. К ним относятся спиральные, кулачковые, вихревые и другие модификации вакуумных насосов, различающихся по производительности, контролируемой по национальному российскому стандарту ГОСТ Р 53335-2009, соответствующему международному нормативу ИСО1607-1:1193. Конструкция насосов разных типов должна изготавливаться согласно разным нормативам, к примеру, для пластинчато-роторных устройств это ГОСТ 14707-82.

Таким образом, вакуумные насосы, как устройства для получения состояния среды, давление в которой ниже атмосферного, представляют собой конструкции различной производительности, объема и габаритов. Конкретный характер применения этой аппаратуры определяется особенностями конструкций такого назначения.

Виды и типы вакуумных насосов

В нормальных условиях для создания вакуума в вакуумной системе требуется удаление газов, содержащихся в атмосферном воздухе, из данного сосуда или камеры. Таким образом, технология высокого вакуума предполагает разрежение атмосферы на 15 порядков (от 10³ до 10^-12 мбар). Процесс был бы относительно прост и насос для вакуумной камеры отлично справился, если бы стенки камеры не содержали адсорбированных и растворенных газов. Постоянное газовыделение окклюдированных и адсорбированных газов обычно делает необходимым постоянную откачку, даже если высокий вакуум должен поддерживаться только внутри камеры, в частности в пространстве между двойными стенками термоса. После откачки запаянное пространство должно содержать какие-либо средства удаления газов, например химически активные металлические пленки.

Существует несколько основных способов удаления воздуха (или другого газа) из пространства вакуумной камеры:

1. Газ может удаляться посредством изменения объема газа с помощью насосов с возвратно-поступательным и вращательным движением поршней, вращающимися лопастями, шестернями, кулачками, шнеками с зацеплением, спиральными камерами и т. д.
2. Другой способ заключается в частичном вытеснении газа или передаче ему импульса от быстро движущихся поверхностей (роторов или турбины), высокоскоростной струи пара или движущейся жидкости (эжектора).

В этих вакуумных насосах используются механические методы перемещения газа, который сжимается и выбрасывается в атмосферу. Поэтому данные типы насосов называются газоперекачивающими.

Работа других типов вакуумных насосов, приведенных ниже, основана на физикохимических способах создания вакуума, поэтому их называют поглощающими:

1. Вакуум может также создаваться путем охлаждения газа до температуры, при которой газ либо переходит в твердую фазу, либо может адсорбироваться поверхностью специального пористого материала.
2. Газ может удаляться из объема посредством химической реакции, в результате которой получается твердый продукт.
3. Наконец, газ ионизируют и удаляют из объема либо посредством действия электромагнитных полей, либо путем внедрения молекул газа в твердую поверхность насоса благодаря высокой скорости в поле высокого напряжения.

Слово «насос», обычно ассоциируемое с жидкостями, в технологии высокого вакуума имеет всего лишь историческое значение. Газоперекачивающие насосы можно назвать «компрессорами для создания разрежения», а газопоглощающие насосы — «конденсаторами» так же существуют гасосы для вакуумных пресовс.

Рис 1. Классификация современных вакуумных насосов.

Как правило, нелегко сконструировать одно устройство откачки, которое бы эффективно функционировало в условиях изменений плотности среды в пределах 15 порядков. Все устройства откачки имеют диапазоны давления или плотности, в которых они характеризуются эффективностью работы, размером, весом, уровнем шума, стоимостью и т. д. Обычно для получения высокого вакуума используются два насоса с различными принципами действия. Они могут быть легко сконструированы в виде комбинации низковакуумных и высоковакуумных насосов. Низковакуумные насосы используются для удаления основной части газа из камеры (газа, который находился в пространстве или объеме), а высоковакуумные насосы — для поддержания вакуума путем удаления газа, натекающего с поверхностей. В общем случае можно сказать, что эти два типа вакуумных насосов работают в условиях вязкостного и молекулярного потоков.

По сравнению с обычным компрессором, который работает при давлении, близком к атмосферному, поток газа в условиях высокого вакуума характеризуется большим объемом, малой массой, высокими перепадами давления между откачиваемым объемом и внешней средой и низкими перепадами давлений внутри вакуумной системы. Перемещение молекулярного потока создает дополнительные сложности. Во-первых, в условиях молекулярного потока перепады давлений очень невелики (хотя обычно присутствуют значительные градиенты плотности). Так, например, отдельные молекулы входят в насос не под действием пониженного давления, а в результате своего нормального теплового движения. Поэтому когда молекулы отскакивают от поверхности, они с равной вероятностью могут перемещаться как к насосу, так и от него. Дополнительная сложность с откачкой молекулярного потока заключается в различном поведении молекул разных газов, присутствующих в смеси. Из-за отсутствия столкновений между молекулами откачка происходит при различной быстроте действия насосов и степенях сжатия.

Отсутствие градиентов давления создает более низкие значения максимально возможного объемного потока через отверстия. При вязкостном режиме объемный поток почти в 2 раза выше молекулярного потока (для воздуха при комнатной температуре приблизительно 20 л/(с·см²) и 11,6 л/(с·см²) соответственно). Как правило, если диаметр отверстия меньше или равен средней длине свободного пути, объемный поток может составлять 11,6 л/(с·см²). Также в условиях молекулярного потока могут существовать относительно высокие сопротивления внутри довольно короткого элемента вакуумной системы. Например, обычное колено может создавать 50%-ное снижение объемного потока по сравнению со снижением вязкостного потока, составляющим всего несколько процентов. Поэтому проводимость каналов высоковакуумной системы играет большую роль.

Проводимость обычно измеряется в литрах в секунду (л/с). Однако правильнее было бы измерять ее в Торр·л/с производительности насоса на Торр перепада давления.

характеристики, конструкция, принцип работы, применение

Вакуумные насосы получили широкое распространение в  самых различных отраслях промышленности и науки. Основное применение вакуумных насосов это удаление воздуха или газа из герметично замкнутого объема и создания в нем разряжения . Мы рассмотрим наиболее распространенные типы,  характеристики вакуумных насосов их принцип работы и основные применения.

Классификация насосов по диапазону давления

Вакуумные насосы классифицируются по диапазону рабочих давлений на :

• первичные (форвакуумные ) насосы,
• дожимные насосы
• вторичные насосы.

В каждом диапазоне давлений применяются различные типы вакуумных насосов, отличающихся друг от друга по конструкции. Каждый из этих типов имеет свое преимущество по одному из следующих пунтков:  возможный диапазон давления, производительность, цена и периодичность и простота технического обслуживания.

Независимо от конструкции вакуумных насосов, основной принцип работы один и  тот же. Вакуумный насос удаляет молекулы воздуха и других газов из вакуумной камеры (или из выходного патрубка вакуумного насоса более высокого давления , при подключении последовательно).

При уменьшении давления в камере, последующее удаление дополнительных молекул становится экспоненциально сложнее . Поэтому промышленные вакуумные системы должный охватывать большой диапазон давлений от 1 до  Торр. В научной сфере  данный показатель достигает торр или ниже.

Выделяют следующие диапазоны давления:

• Низкий вакуум:> от атмосферного давления до 1 торр
• Средний вакуум: от 1 торр до 10-3 торр
• Высокий вакуум: 10-3 торр до 10-7 торр
• Сверхглубокий вакуум: от 10-7 торр до 10-11 торр
• Экстремальный высокий вакуум: < 10-11 торр

Соответствие вакуумных насосов диапазонам давления  :

Первичные (форвакуумные ) насосы- низкий вакуум.

Дожимные (бустерные ) насосы —  низкий вакуум.

Вторичные (высоковакуумные) насосы: Высокий, сверхглубокий и экстремально  высокий вакуум.

Классификация вакуумных насосов по принципу работы с газом

Выделяют две основные технологии работы с газом в вакуумных насосов:

• Перекачка газа
• Улавливание газа

Насосы работающие по технологии перекачки газа подразделяются на кинетические насосы и насосы объемного вытеснения.

Кинетические насосы работают по принципу передачи импульса молекулам газа от высокоскоростных лопастей для обеспечения постоянного перемещения газа от входного патрубка насоса к выходному. Кинетические насосы обычно не имеют герметичных вакуумных камер, но могут достигать высоких коэффициентов сжатия при низких давлениях.

Насосы объемного вытеснения работают путем механического улавливания объема газа и перемещения его через насос. В герметичной камере газ  сжимается до меньшего объема при более высоком давлении и после этого, сжатый газ вытесняется в атмосферу (или в следующий насос).

Обычно кинетические и объемные работают последовательно для обеспечения более высокого вакуума и расхода. Например, очень часто турбомолекулярный (кинетический) насос поставляется собранным  последовательно с винтовым (объемным) насосом в единую установку.

Насосы работающие по технологии улавливания газа, захватывают молекулы газа на поверхностях в вакуумной системе. Данные насосы работают при меньших расходах, чем перекачивающие насосы, но при этом могут создавать сверхвысокий до  торр, и безмасляный вакуум. Улавливающие насосы работают с использованием криогенной конденсации, ионной реакции или химической реакции и не имеют движущихся частей.

Типы вакуумных насосов в зависимости от конструкции

В зависимости от конструкции вакуумные насосы можно разделить на масляные(мокрые) и сухие (безмасляные), в зависимости от того, подвергается ли газ воздействию масла или воды в процессе перекачки.

В зависимости от конструкции вакуумные насосы можно разделить на масляные(мокрые) и сухие (безмасляные), в зависимости от того, подвергается ли газ воздействию масла или воды в процессе перекачки.

В конструкции мокрого насоса используется  масло или вода для смазки и / или герметизации. Данная жидкость может загрязнять перекачиваемый газ. Сухие же насосы не имеют жидкости в проточной части  и зависят от уплотненных зазоров между вращающимися и статическими частями насоса. В качестве уплотнения чаще всего используют полимер (PTFE) или диафрагму для отделения механизма насоса от перекачиваемого газа. Сухие насосы снижают риск загрязнения системы масла по сравнению с мокрыми насосами.

В качестве первичных (форвакуумных ) насосов чаще всего используются следующие конструкции, описанные ниже.

Первичный форвакуумный насос. Принцип работы. Варианты конструкций

Маслозаполненный ротационный лопастной насос

(мокрый, объемный)

В ротационном лопастном насосе газ поступает во входное отверстие и захватывается эксцентрично установленным ротором, который сжимает газ и передает его в выпускной клапан Подпружиненный клапан позволяет выпускать газ при превышении атмосферного давления. Масло используется для герметизации и охлаждения лопастей. Давление, достигаемое с помощью роторного насоса, определяется количеством ступений. Двухступенчатая конструкция может обеспечивать давление 1 ×10-3  мбар. Производительность составляет от 0,7 до 275 м3/ч.

Водокольцевой вакуумный насос. Конструкция и принцип работы

(мокрый,объемный)

Водокольцевой насос сжимает газ с помощью вращающегося рабочего колеса, расположенного эксцентрично внутри корпуса насоса. Жидкость подается в насос и посредством центробежного ускорения образует движущееся цилиндрическое кольцо. Это кольцо создает серию уплотнений в промежутках между лопастями рабочего колеса, которые и являются камерами сжатия . Эксцентриситет между осью вращения рабочего колеса и корпусом насоса приводит к уменьшению объема между лопатками рабочего колеса и тем самым  к сжатию газа и выпуска его его через выходной патрубок. Этот насос имеет простую, прочную конструкцию, так как вал и рабочее колесо являются единственными движущимися частями. Водокольцевой насос имеет  большой диапазон мощности и может обеспечивать давление 30 мбар при использовании воды температурой  15 ° С. При использовании других жидкостях возможны и более низкие давления. Диапазон доступных производительностей  от 25 до 30 000 м3/ч.

 

Диафрагменный вакуумный насос

(сухой объемный)

На диафрагменных насосах используется гибкая диафрагма, которая соединена с штоком и  попеременно перемещается в противоположных направлениях, так что газ попадает в пространство над диафрагмой и полностью заполняет его. Затем впускной клапан закрывается , а выпускной клапан открывается, чтобы выпустить газ.

Диафрагменный вакуумный насос компактный и очень легко обслуживается. Срок службы диафрагм и клапанов обычно составляет более 10 000 часов работы. Диафрагменный насос используется для поддержки небольших турбомолекулярных насосов в чистом, высоком вакууме. Это насос малой мощности, широко используемый в научно-исследовательских лабораториях для подготовки проб. Типичное предельное давление 5 ×10-3  мбар. Производительность от 0,6 до 10 м3 / ч (от 0,35 до 5,9 фут3 / мин).

Спиральный вакуумный насос

(сухой объемный)

Основными элементами насоса являются спиральные ротор и статор. Расширенный газ попадает  в большие круглые пространства, которые сужаются, при достижении  центра спирального вращающегося ротора. Уплотнение из полимера PTFE обеспечивает герметичность между спиральными элементами насоса без использования масла в перекачиваемом газе. Достигаемое давление 1 × мбар. Производительность от 5 до 46 м3/ч.

Дожимные (бустерные) насосы

Двухроторный вакуумный насос

(сухой объемный)

Двухроторные насосы в основном используется в качестве дожимных (бустерных) насосов и предназначены для удаления больших объемов газа. Два ротора, не касаясь друг друга, вращаются, чтобы непрерывно передавать газ в одном направлении через насос. Это повышает производительность первичного / форвакуума насоса, увеличивая скорость откачки примерно 7: 1 и улучшает окончательное давление, примерно 10: 1. Бустерные насосы могут иметь два или более роторов. Типичное предельное давление <10-3 Торр может быть достигнуто (в сочетании с первичными насосами). Производительность составляет подобных агрегатов может достигать около 100 000 м3/ч.

Кулачково-зубчатый насос

(сухой объемный)

Кулачково-зубчатый насос  имеет два кулачка , которые вращаются в противоположные друг другу стороны. Схема работы вакуумного насоса аналогична роторному насосу, за исключением того, что газ передается в осевом направлении, а не сверху вниз. Очень часто кулачковый и двухроторный насосы применяются в комбинации. На одном общем валу устанавливаются ступени роторов и ступени кулачков. Данный тип насосов предназначен для суровых промышленных условий и обеспечивает высокую производительность. Типичное предельное давление 1 × 10-3 мбар. Производительность же составляет от 100 до 800 м3/ч.

Винтовой насос

(сухой объемный)

Основными рабочими органам агрегата являются два вращающихся винта, которые не касаются друг друга. Вращение переносит газ с одного конца на другой. Винты сконструированы таким образом, что по мере прохождения газа через них пространство между ними становится меньше и газ сжимается, тем самым вызывая пониженное давление на входе. Этот насос обладает высокой производительностью. Винтовой насос может работать со средами, содержащими жидкость и включения , а также хорошо работает при суровых условия. Типичное предельное давление составляет около 1 × 10-2 Торр. Производительность может достигать  750 м3/ч.

Вторичные (высоковакуумные) насосы

Турбомолекулярный насос

(сухой, кинетический)

Турбомолекулярные насосы работают путем переноса кинетической энергии в молекулы газа с использованием высокоскоростных вращающихся угловых лопастей, которые продвигают газ на высоких скоростях. Скорость вращения наконечника лопастей обычно составляет 250-300 м/ с. Получая импульс от вращающихся лопастей, молекулы газа, перемещаются к выпускному отверстию. Турбомолекулярные насосы обеспечивают низкое давление и имеют невысокие параметры производительности. Типичное предельное давление составляет 7,5 х 10-11 Торр. Диапазон производительности от 50 до 5000 л/с. Ступени накачки часто сочетаются со ступенями торможения, что позводяет турбомолекулярным достигать более высоких давлений (> 1 торр).

Диффузионные паромаслянные насосы

(мокрый, кинетический)

Паровые диффузионные насосы  передают кинетическую энергию молекулам газа с использованием высокоскоростного нагретого масляного потока, который перемещает газ из входа в выпускное отверстие. Тем самым обеспечивает пониженное давление на входе. Данная конструкция является довольно устаревшей. В значительной степени они вытесняются на рынке более удобными сухими турбомолекулярными насосами. Диффузионные паромаслянные насосы не имеют  движущихся частей и обеспечивают высокую надежность. Данный вакуумный насос обладает низкой ценой. Предельное давление менее 7,5 х 10-11 Торр. Диапазон производительности 10 — 50 000 л/с.

Криогенный насос

(сухой,  технология улавливания газа)

Криогенные насосы работают путем захвата и хранения газов и паров, а не перекачки их через себя. Данный тип насосов используетт криогенную технологию для замораживания или улавливания газа на очень холодной поверхности (криоконденсация или абсорбция) при температуре 10 ° К до 20 ° К (минус 260 ° С). Эти насосы очень эффективны, но имеют ограниченную емкость для хранения газа. Собираемые газы / пары должны периодически удаляться из насоса, нагревая поверхность. Откачиваются они с помощью другого вакуумного насоса. Этот процесс также известен как регенерация. Криогенные насосы требуют установки дополнительной компрессорной системы охлаждения для создания холодных поверхностей. Эти насосы могут достигать давления 7,5 х 10-10 Торр и имеют диапазон производительности от 1200 до 4200 л/с.

Основные производители вакуумных насосов

Вакуумный насос купить можно производства следующих изготовителей

BUSCH www.buschvacuum.com

Becker www.beckerpumps.com

Elmo Rietschle http://www.gd-elmorietschle.com/en

NASH http://www.gdnash.com/liquid_ring_vacuum_pumps/

Robuschi http://www.gardnerdenver.com/en/robuschi/products/vacuum-pumps

Pfeiffer Group group.pfeiffer-vacuum.com

Samson Pumps www.samson-pumps.com

 

Типы и виды вакуумных насосов для вакуумных систем и установок

Сегодня достаточно много физических и химических процессов проводятся в вакуумной среде. Для ее создания используются вакуумные насосы различных типов и видов. Они делятся по типу работы, техническим возможностям, функциональному предназначению. На сегодняшний день производители вакуумной техники выпускают объемные и необъемные насосы.

Навигация:

1. Отечественные вакуумные насосы
2. Вакуумные насосы НВР
3. Вакуумные насосы ВВН
4. Вакуумные насосы для промышленных печей
5. Вакуумные насосы для климатических камер
6. Пластинчато-роторные вакуумные насосы
7. Вакуумные насосы для камер дегазации
8. Двухступенчатый вакуумный насос
9. Сухой вакуумный насос
10. Безмасляный вакуумный насос
11. Вакуумные насосы высокого вакуума
12. Турбомолекулярные насосы
13. Ионный насос вакуумный

Объемные механические установки осуществляют перекачивание воздуха за счет действия движущихся рабочих элементов. Они осуществляют постепенное сжатие воздуха при уменьшении объема камеры. К данному типу насосов относятся установки с диафрагменным, пластинчато-роторным, водокольцевым, кулачковым и спиральным рабочим элементом. Как правило, они используются для создания низкого и среднего вакуума, который равен 10-2 мм рт. ст. Некоторые установки способны создавать высокое давление.

В остальных насосах используется немеханический принцип работы, в котором газы подвергаются воздействию низких температур или других явлений, способствующих создания вакуума. Насосы данного типа используются для создания высокого и сверхвысокого вакуума. К ним относятся диффузионные, паромасляные, многозарядные, геттерные, геттерно-ионные и другие насосы. При этом большинство из этих насосов работают вкупе с форвакуумными насосами для обеспечения необходимого давления. Они необходимы для создания предварительного разряжения и представлены всеми типами механических насосов.

Отечественные вакуумные насосы

Отечественные вакуумные насосы, в отличие от иностранных установок, имеют большие габариты, изготавливаются из высококачественных материалов, высокопроизводительны, надежны. Они могут использоваться в различных сферах промышленности, а также в сельском хозяйстве. Отечественные образцы одной серии имеют схожие конструкции, при этом имеют множество модификаций. Большинство элементов насосов подходят для других моделей, поэтому они имеют высокую ремонтопригодность.

К самым распространенным моделям, которые выпускаются в нашей стране можно отнести установки серии НВР и ВВН. Они имеют широкое применение в различных системах, но значительно отличаются по своей конструкции. Данные модели имеют множество модификаций, которые отличаются по габаритам, основным показателям быстродействия, остаточного давления. В установках НВР используются минеральные и полусинтетические вакуумные масла, которые предназначены для уплотнения зазоров. В насосах ВВН дополнительные смазывающие элементы не используются ввиду того, что эту функцию выполняет рабочая жидкость, которая, как правило, представлена водой.

Вакуумные насосы НВР

Пластинчато-вакуумные насосы НВР применяются для создания низкого среднего и высокого вакуума. Широкий модельный ряд установок позволяет использовать их на промышленных, сельскохозяйственных, деревообрабатывающих, пищевых и других предприятиях. Установки отличаются тем, что способны создавать вакуум с высоким показателем остаточного давления за короткий срок. Насосы НВР являются универсальными, поскольку могут выполнять задачи различного типа.

Модельный ряд представлен такими агрегатами, как НВР-0,1Д, 2НВР-0,1Д, 2НВР-0,1ДМ, НВР-1, НВР-4,5Д, 2НВР-5ДМ, 2НВР-5ДМ1, 2НВР-60Д, 2НВР-90Д, 2НВР-250Д. Установки могут иметь одноступенчатый и двухступенчатый тип действия, модифицироваться газобалластным клапаном и иметь различную производительность. Установки данного типа могут осуществлять эффективную откачку только в том случае, если вакуумная система будет полностью очищена от пыли, грязи и конденсата.

Вакуумные насосы ВВН

Вакуумные насосы модельного ряда ВВН значительно отличаются от других насосов тем, что при выполнении операции в системе используется жидкость. Как правило, в этом качестве используется вода. Насосы имеют более узкий функционал, но при этом незаменимы во многих сферах деятельности.

Главные преимущества водокольцевых вакуумных насосов ВВН:

• способны очищать откачиваемую смесь;
• применимы в системах с механическими загрязнениями;
• экологическая чистота;
• отсутствие в системе вакуумного масла;
• простота в применении и обслуживании;
• низкое потребление электроэнергии;
• ремонтопригодность;

Вакуумные насосы ВВН применяются в пищевой, химической, медицинской, целлюлозно-бумажной, микробиологической, сельскохозяйственной, деревообрабатывающей, фармацевтической и парфюмерной промышленности.

Вакуумные насосы для промышленных печей

В промышленных печах, для ускорения операций отжига, нормализации, закалки, а так же улучшения качества материала используют вакуумные насосы. В вакуумном пространстве все химические и физические процессы выполняются быстро и качественно.

Вакуумные насосы могут применяться в промышленных печах дугового, индукционного, термического, водородного типа. Зачастую, для обеспечения низкого остаточного давления используются именно диффузионные печи, которые имеют необъемный тип действия.

В целях эффективного выполнения термической обработки в промышленной печи должны использоваться насосы, которые обеспечивают достаточную скорость откачки. Это также позволяет рассчитывать на высокую производительность. Не менее важным показателем является остаточное давление, но оно может значительно отличаться в различных печах от типа проводимой операции.

Вакуумные насосы для климатических камер

Климатические камеры – это оборудование, которое необходимо для исследования качеств различных материалов и агрегатов. Для эффективного и быстрого проведения операции в установках используют вакуумные насосы.

Для того чтобы использовать насос в климатической камере, необходимо, чтобы он:

• выдерживал повышенные/пониженные температурные показатели;
• повышенную влажность;
• создавал достаточный уровень вакуума;
• имел способность создавать и удерживать необходимое давление.

Пластинчато-роторные вакуумные насосы

Пластинчато-роторные насосы отлично подходят для промышленного применения. Широкий ряд моделей позволяет выполнять операции различных типов. Установки, с высоким показателем остаточного давления и быстродействия используются для климатических камер и печей термообработки.

Установки имеют высокую надежность, износостойкость, ремонтопригодность. Их можно отнести к числу универсальных средств создания вакуума. При этом для обеспечения их работы необходимо, чтобы вакуумная система была очищена от механических загрязнений и влаги. Для работы в климатических камерах используются насосы, изготовленные из нержавеющей стали.

Вакуумные насосы для камер дегазации

Дегазация – это процесс, который не может проходить без участия вакуумного насоса. Но выполняет основную задачу по откачке газов и газовых смесей из различных материалов. Для выполнения откачивания газов и паров из плотных материалов, как правило, используют двухступенчатые вакуумные насосы.

Двухступенчатый вакуумный насос

Двухступенчатый вакуумный насос – это модернизированная модель одноступенчатого насоса с более высокой производительностью. Данный тип установок имеет широкое применение на производственных участках, где необходимо создать более высокое давление. При этом они отличаются надежностью и могут использоваться с различными типами газов.

В двухступенчатых вакуумных насосах камеры имеют зависимость друг между другом. Это помогает синхронизировать, а значит увеличивать производительность. С каждым годом они приобретают все большую популярность благодаря тому, что практически не имеют большие габариты, но при этом обеспечивают лучшие технические показатели.

Сухой вакуумный насос

Сухие вакуумные насосы приобретают все большую актуальность, поскольку способны производить откачку системы без ее загрязнения. В отличие от других установок, в них не используется масляное уплотнение.

Они имеют меньшую производительность, в отличие от аналоговых установок, но при этом достаточно надежны. Для эффективной и исправной работы периодически необходимо проводить техническое обслуживание с заменой пластинок, которые могут изнашиваться в ходе работы.

Безмасляный вакуумный насос

Безмасляные вакуумные применяются на предприятиях, где необходимо обеспечить чистоту проведения операции. Очень часто их применяю в лабораторных исследованиях, где необходимо создать достаточный уровень остаточного давления за короткий срок. Установки обладают высокой надежностью и ремонтопригодностью.

При изготовлении насосов данного типа конструкторы выполняют тщательные расчеты, поскольку важно, чтобы между элементами были достаточные зазоры, которые позволят избежать трения, но не будут настолько большими, чтобы допускать значительного уменьшения производительности.

Вакуумные насосы высокого вакуума

Создание высокого вакуума, как правило, происходит с использованием нескольких насосов, среди которых форвакуумная и высоковакуумная установка. Форвакуумный насос, представленный одним из объемных агрегатов, выполняет предварительное разряжение, откачивая до 97% газов, а высоковакуумный насос выполняет остальную работу, достигая предельных значений.

В качестве насосов высокого вакуума могут применяться:

• турбомолекулярные;
• диффузионные;
• ионные;

Турбомолекулярные насосы

Турбомолекулярные насосы значительно отчаются от других насосов высокого давления. Они способны самостоятельно создавать высокий вакуум, поскольку имеют механический принцип работы. Установки действуют в диапазоне 10-2 – 10-8 Па. Основной рабочий механизм представлен статором и ротором с дисками, которые расположены под определенным углом.

Молекулы газовой смести, находясь в турбомолекулярном насосе, значительно увеличивают скорость передвижения за счет сталкивания между собой. Ротор вращается со скоростью, которая превышает 10 000 оборотов, что и является основной причиной создания высокого давления.

Ионный насос вакуумный

Ионные или геттерно-ионные вакуумные насосы имели широкое распространение до появления других высоковакуумных насосов. С их помощью создается давление, равное 10-6 мбар. Сегодня они применяются реже, но все равное находят своего потребителя. Насосы данного типа отличаются экологической чистотой и выгодным методом получения сверхвысокого вакуума.

В установке молекулы захватываются и связываются газами или слоем геттера, а затем удерживаются в объеме установки. Они способны удерживать вакуум даже тогда, когда находятся в нерабочем состоянии. Основным элементом насоса является камера и другие неподвижные элементы. Ионный насос потребляет небольшое количество электроэнергии и имеет низкую шумность.

Разновидности вакуумных насосов для воды и их принцип работы.

Вакуум – фаза газа, при которой давление ниже атмосферного. Газ разрежается, когда вещество принудительно откачивают из прибора с ограниченным объемом. Устройство, предназначенное для таких целей, – вакуумный насос.

Вакуумные насосы используются для образования вакуума.

Область применения вакуумных насосов

Вакуумные насосы тратят мало энергии и имеют небольшие размеры. Благодаря им быстро получается разредить среду. Устройства используют в различных отраслях:

• химическая и нефтеперерабатывающая, чтобы поддерживать соответствующие условия для протекания реакции и разделения составов;
• фармацевтическая, чтобы быстро сушить продукцию;
• текстильная, чтобы сушить изделия без увеличения температуры;
• во время дегазации металлов и прочих материалов, когда создают детали с однородной структурой;
• пищевая отрасль – во время расфасовки продуктов из рыбы, мяса, а также молочных напитков;
• во время вакуумирования холодильной и прочей аппаратуры, у которой повышенные критерии к отсутствию влажности;
• для оптимальной работы автоматических конвейерных линий, где захватами выступают специальные присоски;
• в лабораториях производственных и научных отделов;
• в медицине во время использования дыхательных аппаратов, в кабинетах стоматологов;
• в полиграфии, когда требуется закрепить термопленку.

Вакуумная система в промышленности.

Принцип работы вакуумных насосов

Вакуум формируется, когда механическим способом удаляют соединения из закрытого пространства. Это можно осуществить разными методами.

Функционирование насоса струйного типа базируется на выносе молекул газа с паровой либо водяной струей, которые имеют большую скорость и вылетают из эжектора. Дополнительно подключаются по бокам патрубки, чтобы создавалось разрежение.

Достоинство такого механизма заключается в том, что в нем нет двигающихся элементов. Минусы – низкий коэффициент полезного действия и перемешивание соединений.

Наиболее популярным является механический вариант устройства. В нем основной элемент является вращающимся либо двигается возвратно-поступательно. При этом периодически создается внутри механизма пространство, которое заполняется газовой смесью из патрубка с дальнейшим его выталкиванием через отверстие выхода. Конструкции таких насосов могут быть разными.

Принцип работы вакуумного насоса.

Основные разновидности вакуумных насосов

Во время производства устройств для формирования вакуума применяют детали из пластмассы и металлов, которые обладают устойчивостью к химическому влиянию перекачиваемых веществ. Кроме того, элементы конструкции должны обладать достаточной прочностью. Обязательно подгоняют все узлы, проверяют герметичность, чтобы поверхности не пропускали обратно газы.

Выделяют несколько типов насосов, которые используют для дома и других целей.

Водокольцевые

Водокольцевой тип вакуумного насоса представляет собой одну из разновидностей жидкостно-кольцевых устройств, которые используются, чтобы разрежать циркуляцию чистой воды.

Прибор имеет цилиндрическую форму и ротор с лопатками, который вращается с помощью вала, который смещен от центра. Перед тем как включать устройство, его наполняют жидкостью. Когда запускается двигатель, крыльчатка разгоняет ее по стенкам корпуса. Между водой и роторным механизмом формируется серпообразная зона вакуума. В нее направляется газ из патрубка. Лопатки направляют его вдоль вала, и он выходит через отверстие.

Подобные типы устройств используют еще для того, чтобы частично очищать газ, когда он активно контактирует с жидкостью. Дополнительно присутствуют приспособления для откачки воды.

Водокольцевой вакуумный насос.

Применение жидкости как рабочей поверхности дает следующие плюсы:

1. Вода, когда вращается внутри устройства, не дает газу возвращаться.
2. Все детали устройства, когда постоянно вращаются, омываются водой, так что уменьшается трение, снижается их температура.
3. Подобный механизм редко нуждается в ремонтных работах и обладает долгим периодом эксплуатации. Кроме того, он потребляет немного электрической энергии.
4. Контакт с газами, которые содержат капли жидкости и небольшие механические примеси, не влияет на состояние оборудования.

Последний факт особенно важен при применении подобных устройств для откачивания воздуха из емкостей, которые содержат влагу. Используют их в кондиционерах, холодильных установках перед тем, как заполнять их фреоном.

Пластинчато-роторные

Насос пластинчато-роторного типа имеет корпус в виде цилиндра. Он отшлифован внутри. Сам ротор располагается в нем, при этом оси у них не совпадают. В роторе есть специальные двигающиеся пластины. Они прижаты к корпусу пружинами, так что внутри имеется сектор с пустым пространством.

Когда включается двигатель, то газы начинают двигаться.В патрубке-приемнике всегда формируется разрежение, а в напорном механизме – избыток давления.

Чтобы трение у пластин уменьшалось, их делают из материалов антифрикционного типа, а также применяют специальные масла с малой вязкостью. У таких насосов повышенная восприимчивость к чистоте газа или жидкости, которые перекачиваются, так что требуется периодически осуществлять очистку конструкции.

Пластинчато-роторный вакуумный насос.

Мембранно-поршневые

У мембранно-поршневых вакуумных насосов главной деталью служит гибкая мембрана, которая связана с механизмом рычагов. Его делают из материалов композитного типа, которые обладают стойкостью к нагрузкам. Края мембраны фиксируются к корпусу, а центр будет выгибаться.

К достоинствам такого механизма относится возможность использовать пневматический привод для контакта со взрывоопасными веществами, долгий срок применения, легкость регулирования расходов, экономичность, высокая герметизация, отсутствие остатков смазки и пр.

Винтовые

Функционирование винтовых вакуумных насосов основывается на том, что газ либо жидкость вытесняются вдоль вращающегося винта. Конструкция включает 1-2 ротора винтовидного типа, привод и статор. Из-за высокого качества устройство является недешевым. К преимуществам относится то, что уровень шума невысокий и есть способность перекачивать среды, которые содержат механические включения.

Устройство винтового насоса.

Вихревые

Вакуумные устройства вихревого типа похожи на центробежные насосы и подобное оборудование. Конструкция включает колесо и лопасти, которые вращаются на валу. Отличие заключается в патрубке-приемнике. Он располагается снаружи корпуса, а не возле центральной оси.

Такие насосы просто использовать и легко ремонтировать. Но при этом специалисты указывают на то, что у них низкий коэффициент полезного действия. Кроме того, они восприимчивы к попаданию примесей механического типа.

Популярные производители

Существует множество производителей подобных насосов. Одним из самых популярных является Вакууммаш. Он производит устройства сухого механического типа, с масляными уплотнениями, водокольцевые, пароводянистые и пр.

Производитель ERSTEVAK выпускает устройства, которые формируют 1 мбар давления. Компания создает водокольцевые, вихревые и пластинчато-роторные механизмы.

Производитель BUSCH выпускает масляные и сухие устройства с разной производительностью и функциональностью. Ассортимент продукции – диффузные, турбомолекулярные, вихревые, жидкостно-кольцевые, пластинчато-роторные механизмы.

Самостоятельное изготовление вакуумного насоса

Насос можно соорудить собственноручно. Для того чтобы откачивать воздух из емкости с небольшими размерами, можно воспользоваться медицинским шприцом либо ручным насосом для велосипедов (его придется немного модернизировать). Если применяют большие емкости, то лучше всего подойдут приборы с электрическим приводом.

Для создания вакуумной конструкции рекомендуется использовать компресс от холодильника (можно воспользоваться старым). Он перекачивает газы и при небольшом изменении сможет формировать разрежение.

Алгоритм действий:

1. Обрезать ножовкой для металла 2 медные трубки, которые подходят к компрессору.
2. Демонтировать устройство вместе со схемой электропитания.
3. На патрубок из меди, который выходил из конденсатора, поместить дюритовый шланг соответствующего диаметра. Его другой край зафиксировать на вакуумируемой таре.
4. Чтобы соединение было герметичным, рекомендуется воспользоваться хомутом либо скруткой из проволоки.
5. Подключить насос к электросети.

Остается только проверить работу оборудования.

Принцип работы вакуумных насосов различных типов, их особенности

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:

1. Принцип работы водокольцевых вакуумных насосов
2. Работа пластинчато-роторных насосов
3. Принцип работы насоса ВВН

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.