Вакуумные насосы — разновидности и их принцип работы

Помогу подобрать оборудование под ваши нужды!

Алексей Сергеевич

инженер отдела подбора оборудования

Открыть чат

Напишите мне в чат и я подготовлю вам подборку оборудования с ценами и сроками доставки. Телефон и email не потребуется.

Вакуум — это среда разрежённого газа, с очень низким давлением. Добиться такого состояния можно только с помощью применения специальных приборов.

Что такое вакуумный насос

Агрегаты, предназначенные для выведения газов из герметически замкнутых объёмов, носят название вакуумные насосы. При этом в ёмкостях формируется вакуумная среда. Оборудование имеет множество разновидностей. Вакуумные насосы разделяются на два типа: масляные и безмасляные. Каждая группа отличается своими конструктивными особенностями.

В зависимости от характеристики оборудования может создаваться низкий, средний и высокий вакуум.

Принцип работы вакуумных насосов

В основе принципа работы вакуумного оборудования лежит изменение объёма и давления рабочей камеры. В результате её пространство заполняется разной глубины вакуумом.

Важно! Работа агрегата основывается на том, что молекулы газа или жидкости движутся в область пониженного давления.

За каждый временной интервал происходит снижение давления. Обеспечивается это изъятием газа из герметичного пространства. Объём полученного вакуума находится в зависимости от степени герметичности ёмкости.  Достигается это наличием в насосе таких рабочих элементов как колёса, золотники и пластины.

Если вакуумный агрегат имеет недостаточную мощность, то он не в состоянии изымать газовую среду в достаточном количестве. В итоге не обеспечивается понижение давления до требуемого уровня. В этом случае на помощь приходит форвакуумный механизм. С его использованием возможно достижение нужных результатов. Также допускается провести последовательное подключение ряда вакуумных насосов.

При необходимости увеличения скорости забора газа следует подсоединять приборы с помощью схемы параллельного подключения.

Устройство вакуумного насоса

В состав вакуумного оборудования входят следующие узлы:

• масляный сепаратор;
• ёмкость для масла;
• газобалластный элемент;
• герметичная камера.

Внутренние детали вакуумного оборудования должны иметь высокие прочностные характеристики. По этой причине их изготовление ведётся из нержавеющей стали, дюралюминия или его сплавов. Наиболее ответственные элементы, к которым относятся поршни, изготавливаются из чугуна. Этот материал обладает повышенной прочностью, но и большим весом, что значительно утяжеляет конструкцию.

Серьёзные требования предъявляются к герметичности оборудования. По этой причине в состав агрегата входят различные сальники, прокладки или уплотнительные манжеты. Все мягкие элементы обладают повышенной эластичностью. В их задачу входит преграждение попадания внутрь корпуса посторонних предметов и влаги, а также устранение протекания масла и газа.

Разновидности вакуумных насосов

Вакуумные насосы имеют множество разновидностей. Каждый тип обладает своими характерными особенностями и предназначен для выполнения определённых задач. Некоторые агрегаты могут откачивать только чистые среды. Другие способны работать в тяжёлых условиях, поскольку они специально адаптированы под работу с токсичными и взрывоопасными газами. Сложное оборудование изготавливается по специальным стандартам и предварительно проходит испытания.

Пластинчато-роторные вакуумные насосы

Конструкции такого оборудования бывают двух типов: масляные и безмасляные. Вторые отличаются только тем, что у них нет резервуара и сепаратора для заливки масла. Также аппараты имеют усиленную систему охлаждения.

Принцип действия пластинчато-роторного агрегата состоит в следующем.  Проходя через специальное отверстие, воздух сначала попадает в рабочую камеру. Здесь находятся вращающиеся пластины ротора, которые плотно прилегают к металлу цилиндра. За счёт этого происходит перемещение попавшего газа в зауженную часть расположенного рядом серповидного пространства. Далее воздух сжимается до нужного предела и выпускается через выходное отверстие.

Для формирования более глубокого вакуума необходимо повысить прилегание пластин к корпусу цилиндра. Достигается это применением масла. Оно улучшает поверхность контакта пластин, и  уменьшает трение между деталями. В итоге энергоэффективность насоса возрастает. Безмасляное оборудование из-за отсутствия смазочного материала очень быстро нагревается.

Водокольцевые вакуумные насосы

Отличие таких насосов от другого вакуумного оборудования заключается в том, что при откачивании газов рабочая камера заполняется жидкостью. Вода, которая заливается в систему, требуется для выполнения нескольких функций. Состоят они в следующем:

1. Идёт смазывания поверхности трущихся деталей. Как результат, присутствия масла не требуется. По этой причине состав газовой смеси не загрязняется.
2. Идёт охлаждение системы. Это даёт возможность насосу работать длительное время без перегрева. Установка отличается надёжностью. По этой причине используется на предприятиях с бесперебойным режимом работы.
3. Во время перекачки газовой смеси наблюдается её очищение.

Принцип работы установки отличается особенностью. Под действием центробежной составляющей вода движется по кольцевому направлению. Это приводит к сужению в осевой части воронки. При этом жидкость заставляет зажиматься присутствующий в камере газ. Такая особенность позволяет использовать оборудование в химической промышленности.

Винтовые вакуумные насосы

Такие виды насосов работают без применения масла. Они способны выдерживать высокое газовое давление, а также откачивать пары воды. С целью защиты от агрессивной среды детали имеют особое покрытие. Оно хорошо удерживается на поверхности и не загрязняет газ. Оборудование характеризуется надёжностью и низкими эксплуатационными затратами.

В основе такой конструкции лежит вращающийся вокруг своей оси винт. Располагается он в центральной части рабочей камеры. Его работа состоит в продвижении воды.

Иногда в состав конструкции входят 2 вала. Благодаря точному расчёту и хорошему исполнению они не соприкасаются друг с другом. В этом случае внутреннее пространство насоса разделяется валами на разные камеры. При этом сообщение между ними минимизировано. Винтовые валы, которые совершают вращение в противоположных направлениях, формируют разрежение, позволяющее вести откачивание газов из камеры. Сначала из входного отверстия газ поступает в первую камеру. После этого валом этот порт перекрывается. Затем движение воздушной смеси среды ведётся к выхлопному отверстию. Здесь наблюдаются её максимальное сжатие. Как только винтовая поверхность второго вала открывает выхлопной порт, подступивший газ выходит наружу.

Роторные типа Рутс

В насосах, имеющих название Рутс, перемещения газа осуществляется за счёт двух роторов, снабженных лопастями. В таких установках винтовая пара является основной толкающей силой. Причём вращение валов синхронизировано с помощью шестерёночной передачи и осуществляется без касания. Между корпусом и обоими валами присутствует минимальный зазор. Опорами валов служат подшипники, изолированные от газовой среды уплотнениями. В корпусе насоса присутствуют охлаждающие каналы. Откачка и удаление газовой среды происходит через специальные порты.

Не нашли то, что искали?! Напишите мне👇

Алексей Сергеевич

инженер отдела подбора оборудования

Задать вопрос

Во время работы насоса валы вращаются в разных направлениях. При этом происходит перемещение рабочего потока от места всасывания к точке нагнетания. Его сжатие происходит вдоль центральной оси вращения.

Поскольку между корпусом и валами всегда присутствует зазор, смазочный материал не используется. Необходимость в нём отпадает из-за отсутствия соприкосновения деталей. Вращающиеся валы надёжно сбалансированы и не вибрируют при работе. Охлаждение конструкции происходит с помощью разбрызгивания дистиллированной воды.

Золотниковые вакуумные насосы

Золотниковый насос отличается от другого оборудования тем, что может работать исключительно с очищенными средами, в которых отсутствуют влага и различные примеси. Оборудование характеризуется высоким КПД и неприхотливостью в эксплуатации.

Во время работы агрегата внутри идёт вращение вала, имеющего форму эксцентрика. В свою очередь на него надет плунжер. За счёт смещения оси, плунжер постоянно огибает внутреннюю поверхность цилиндра. Это приводит к сжатию и продвижению газовой смеси в сторону выхлопного клапана.

Использования золотникового насоса связано с применением масляной смазки. В итоге, выходящий газ загрязняет своими парами атмосферу. Чтобы этого не происходило, на выходе устанавливаются очистители, которые бывают следующих видов:

1. Масляный сепаратор. В его задачу входит очищение газа от присутствующих в нём примесей.
2. Фильтр. Масляные пары улавливаются фильтрующим элементом, что предотвращает засорение окружающей атмосферы.

Чтобы на выходе не образовался конденсат, также иногда ставится газобалластное устройство. В его состав входят коллектор, дозатор и ещё ряд некоторых узлов.

Вместо данного приспособления в рабочее пространство может запускаться балластный газ. Он должен присутствовать в таком количестве, чтобы достижение требуемого давления происходило раньше, чем начинал формироваться конденсат.

В некоторых случаях часто фильтр присутствует еще и на входе.             

Спиральные вакуумные насосы

Сжатие воздуха в спиральных вакуумных насосах происходит за счёт присутствия подвижной и неподвижной спирали. При этом второй элемент постоянно движется вокруг первой детали, как по орбите. В таком оборудовании отсутствует вакуумное масло.

Принцип работы агрегата основан на формировании между спиралями полостей, где происходит сжатие и последующее выбрасывание газа. Такие серповидной формы полости образуются между встречными витками спиралей. По мере работы оборудования они постоянно формируются и закрываются. С уменьшением серповидного пространства идёт сжатие расположенного в нём газа. Движение подвижной спирали постоянно открывает и закрывает входные и выхлопные порты. Синхронно с этим срабатывают клапана.

Обычно на рабочие детали таких агрегатов носится специальное покрытие. По этой причине их можно использовать для работы с агрессивными газовыми смесями. Как и другие типы насосов, такое оборудование может содержать в своем составе газобалластное устройство и фильтры для очищения среды от посторонних примесей. Использование этих видов насосов ведётся в том случае, когда необходимо получить вакуум без присутствия в нём масляных остатков.

Турбомолекулярные вакуумные насосы

Турбомолекулярные насосы представляют собой высокотехнологичное оборудование, работающее на высокой скорости и обеспечивающее средний и высокий вакуум. Такие аппараты не могут обеспечить прямой выход газа в атмосферу. По этой причине они работают вместе со вспомогательными элементами. К ним относятся дополнительный насос, контролёр турбонагнетателя, вентилятор охлаждения и ряд других устройств

В состав конструкции входит ротор, на котором установлены лопасти, наклонённые под определённым углом. Между лопатками находятся закрепленные на корпусе неподвижные пластины.

Действие турбомолекулярного насоса основано на передаче вращающимися лопатками ротора импульса молекулам откачиваемого газа. Конструкция рассчитывается таким образом, чтобы молекулы после столкновения с лопаткой двигались по направлению выходного порта. Последующая откачка газа происходит за счёт работы дополнительно установленного насоса. Это обеспечивает высокую степень сжатие газовой смеси.

В данной конструкции ротор является основным элементом. Для уменьшения веса изготавливается он из специальных сплавов алюминия. Работы ведутся на высокоточных станках. Выход из строя ротора может привести к поломке всего насоса.

Криогенные вакуумные насосы

Криогенные насосы также являются бесмасляным оборудованием. Откачка происходит путём конденсации газов с охлаждением его до сверхнизких температур. Совершается это в 3 этапа:

1. На первой стадии происходит охлаждение паров жидкости для их конденсации. Температура понижается за счёт подведения к компрессору гелия.
2. На второй ступени происходит более сильное охлаждение. Здесь конденсации подвергаются молекулы других газов. Для таких сред, которые не имеют возможность быстро перейти в твёрдое состояние, применяется активированный уголь.
3. Третий этап сопровождается еще большим уменьшением температуры, которая достигает 10К. Здесь адсорбции подвергаются все оставшиеся частицы газа, включая молекулы углерода.

В данном случае криогенный насос является обычным рефрижератором, обеспечивающим нужную степень охлаждения гелия. С этой целью оборудование оснащено датчиками температуры и давления.

Масляный и безмасляный вакуумный насос: в чем разница?

Конструкции масляных и безмасляных насосов примерно одинаковые. Оба типа агрегатов имеют одни и те же узлы. При этом смазывающий материал также нужен для обоих видов оборудования. Основное отличие заключается в том, что в масляных компрессорах каналы протекания смазки и жидкости пересекаются. В безмасляных агрегатах они разделены.

В масляных компрессорах смазочный материал заливается в картер. Затем он расходится по всему аппарату и принимает непосредственное участие в перекачки воздуха. Здесь постоянно требуется следить за уровнем масла. В противном случае компрессор выйдет из строя. Безмасляные устройства таких проблем не имеют.

Масляные компрессоры являются мощными и эффективными машинами. Используемая смазка повышает их эксплуатационный ресурс, но при их использовании в атмосфере постоянно ощущается присутствие частиц масла.

Что касается безмасляных компрессоров, то продолжительность работы приборов имеет небольшие пределы. Даже использование материалов с низким коэффициентом трения не повышает ресурс оборудования. Связано это с тем, что во время перекачки воздуха масло не участвует. В результате поверхности рабочих частей агрегата не смазываются. Однако выдаваемый воздух в таких аппаратах значительно чище, что является неоспоримым преимуществом.

Чем отличаются одноступенчатые и двухступенчатые вакуумные насосы

 При выборе вакуумного насоса необходимо знать отличия между одноступенчатым и двухступенчатым оборудованием. Заключаются они в следующем:

1. Двухступенчатые вакуумные насосы имеют большую скорость откачивания. Это отличие является основным.
2. Двухступенчатые установки могут содержать 2 камеры. Они бывают соединены последовательно или работают совместно. При этом газ сначала сжимается в первой ёмкости, а затем поступает во вторую для повторного нагнетания. Это значительно повышает производительность оборудования.
3. Выходящий из двухступенчатого оборудования воздух значительно чище, потому что процесс удаления примесей происходит по очереди в двух камерах.
4. В двухступенчатых системах достигается более высокий вакуум, причём происходит это с большой скоростью.

При выборе насоса иногда стоит ограничиться одноступенчатым типом. Связано с это меньшей стоимостью оборудования.

Сферы применения вакуумных насосов

С учётом конструктивных особенностей вакуумные насосы могут применяться в быту и различных отраслях промышленности. Сферы использования оборудования носят следующий характер:

• Для переработки нефти, а также в химической промышленности. Они используются в целях поддержания требуемых условий при получении нужных веществ.
• В фармацевтической области для быстрой сушки продукции.
• В целях дегазации материалов для получения изделий однородной структуры.
• В пищевой промышленности при расфасовке продуктов питания, изготовленных без мяса, рыбы или молочных составляющих.
• При вакуумировании холодильной аппаратуры, в которой не должна присутствовать влажность.
• Для выдерживания оптимальных условий на автоматических линиях, где захват продукции ведётся с помощью специальных присосок.
• Во время проведения опытов в лабораториях.
• В полиграфии при закреплении термоплёнки.

Применение вакуумных насосов обусловлено тем, что с помощью данного оборудования есть возможность в кратчайший срок создать глубокое разрежение.

Фазлыев Азат Маратович

Соавтор портала "Топ Вакуум", курирую рубрики вакуумное и компрессорное оборудование.

Образование и карьера: кафедра «Вакуумная и компрессорная техника» Э5 МГТУ им. Н.Э. Баумана, дата выпуска 2010 год. На данный момент работаю менеджером по подбору оборудования в компании Вакуум Маркет.

Задайте мне вопрос!