Что такое вакуумный насос и для чего он предназначен

Задачей вакуумного насоса является вытеснение газа, пара или жидкости из герметичной емкости для создания в ней технического вакуума — состояния, при котором внутреннее давление становится ниже атмосферного.

Агрегаты различаются принципом действия, конструкцией, рабочими характеристиками и назначением. Оборудование используется во многих отраслях промышленности, сельском хозяйстве, при проведении лабораторных исследований.

Типы и виды вакуумных насосов

В работе вакуумных насосов реализуется один из двух принципов:

• перекачивание среды;
• улавливание газа.

Мембранные вакуумные насосы

Применяются в следующих областях: монтаж и ремонт холодильного оборудования, молекулярная дистилляция, вакуумная фильтрация и концентрация.

Перекачивающие агрегаты подразделяются на кинетические и объемного действия. Работа первых базируется на передаче импульсной энергии молекулам перекачиваемой среды от вращающейся большой скоростью крыльчатки и выталкивании их в выходную трубу. Такая методика позволяет добиться сильного сжатия при небольшом давлении, но при этом камеры не обладают высокими показателями герметичности. В насосах объемного действия камеры герметичнее, а газ сдавливается поршневым механическим элементом, после чего отводится в выходное отверстие.

Работа улавливающих насосов основана на захвате частиц газа и удержании их внутри объема на поверхностях вакуумной камеры. Их конструкционное отличие состоит в отсутствии подвижных механических узлов. Здесь используются технологии криогенной конденсации, ионных или химических реакций.

Семейство вакуумных насосов включает широкий модельный ряд устройств различных по типу, конструкции и принципу работы.

В зависимости от технологии и механизма вакуумные насосы бывают:

• водокольцевые;
• поршневые;
• мембранные;
• пластинчато-роторные (масляные и сухие);
• двухроторные;
• спиральные;
• турбомолекулярные;
• магниторазрядные;
• криогенные;
• паромасляные;
• сорбционные.

По наличию масла в системе выделяют две группы: масляные и сухие.

Масляные агрегаты более надежны и производительны. Смазка повышает износостойкость трущихся деталей и повышает герметичность камеры, что способствует созданию повышенной разряженности в рабочей камере. Еще одним достоинством насосов этого типа является низкая чувствительность к отрицательным температурам.

Сухие используются преимущественно в ситуациях, когда даже минимальное загрязнение перекачиваемой среды масляными парами категорически недопустимо.

Основными рабочими характеристиками оборудования являются глубина вакуума и скорость откачки. Некоторые модели быстро откачивают рабочую среду, но не способны достичь максимальных показателей разряженности. Другие, напротив, обеспечивают высокий вакуум, но не отличаются быстродействием. Для конкретных операций подбираются определенные виды агрегатов. В некоторых случаях для получения глубокого вакуума за определенное время необходимо сделать комбинацию устройств с различным принципом работы. При этом процесс разделяется на два этапа: сперва форвакуумным насосом создается предварительное разряжение, после чего задействуется основное оборудование. Существуют и готовые решения, в которых два агрегата собраны в едином корпусе.

Для создания низкого вакуума

Для получения среды с невысокой степенью разряженности (от 101 300 Па до 133, 3 Па) применяют различные модификации компрессоров и воздуходувок. Высокоскоростные агрегаты пригодны для использования в качестве форвакуумных насосов в системах глубокой откачки, но в основном такие модели, благодаря компактности и невысокой цене, находят применение в домашнем хозяйстве, мелких мастерских и цехах. Особняком стоят диафрагменные насосы. При невысоких показателях производительности и создаваемой разряженности, они способны работать с агрессивными газами и не загрязняют среду масляными испарениями. Как правило, эта разновидность оборудования используется в лабораториях.

Для создания среднего вакуума

Создание разряженности средней степени (от 133, 3 Па до 0, 1333 Па) возможно при использовании агрегатов пластинчато-роторного, двухроторного, кулачкового, спирального типов. Такие насосы оптимальны для использования в качестве форвакуумных на предварительной стадии глубокой откачки. Наибольшей популярностью пользуются пластинчато-роторные модели, сочетающие в себе сбалансированные показатели скорости и остаточного давления. Среди представителей этого класса есть как масляные насосы, так и сухие, обеспечивающие чистоту рабочей среды.

Для создания высокого вакуума

Получение высокого (от 0, 1 Па до 10 Па) и сверхвысокого (от 10-5 Па) вакуума чаще всего выполняется по схеме с двумя насосами. На первом этапе форвакуумная установка удаляет до 97% газов, затем создаются предельные показатели разряжения, для чего нужен вакуумный насос с высокими параметрами остаточного давления. В этих целях используются турбомолекулярные, диффузионные, криогенные, паромаслянные агрегаты. За исключением турбомолекулярных моделей, работающих на принципе центробежной силы, высоковакуумные насосы не имеют в своей конструкции подвижных механических деталей.

Преимущества вакуум насосов

В силу конструктивных особенностей и принципа работы различные виды вакуумных насосов имеет свои достоинства, что позволяет применять их в определенных условиях.

Водокольцевые обладают высокой прочностью и износостойкостью, неприхотливы в эксплуатации, выдерживают высокие температуры, способны откачивать загрязненные пары.

Пластинчато-роторные устойчивы к водяным парам, компактны, экономичны, имеют высокую скорость откачки.

Двухроторные обеспечивают чистоту сжимаемых газов и равномерность откачки, они сбалансированы, быстроходны, бесшумны.

Спиральные и мембранные с мембраной из каучука пригодны для работы с агрессивными средами.

Винтовые работают без масла и конденсаторов, характеризуются низким энергопотреблением.

Для чего подходят и где могут применяться

Технический вакуум, создаваемый насосами, применяется в различных сферах народного хозяйства.

• В нефтеперерабатывающей и химической промышленности для разделения смесей, дегазации нефтепродуктов, очистки трансформаторного масла.
• В металлургии для обеспечения материалам однородной структуры, литья тугоплавких металлов, термообработки.
• В фармацевтике при изготовлении медикаментозных препаратов.
• В пищевой промышленности при сублимационной сушке продуктов питания, в процессах консервирования, для откачки воздуха из упаковок для молока, соков, фруктов, мяса, рыбы.
• В производстве холодильного, климатического и иного оборудования с повышенными требованиями к отсутствию влаги для устранения кислорода, воды и водяных паров.
• В тормозных системах автомобилей для снижения усилий водителя при нажатии на педаль.
• На автоматических конвейерных линиях и подъемных механизмах в качестве захватывающего устройства в виде присосок.
• В производственных и научно-исследовательских лабораториях для создания чистой разряженной среды.
• В медицине для обеспечения операционных и стоматологических кабинетов, при эксплуатации дыхательных аппаратов.
• В типографии и полиграфии для прижима листов, фиксации термопленок.
• В животноводстве для оснащения помпами доильных аппаратов.

Современные агрегаты имеют небольшие габариты и способны за короткое время обеспечивать необходимую степень разряженности.

Устройство и принцип работы водокольцевых вакуумных насосов

В чем заключается принцип работы водокольцевого вакуумного насоса, какой вид ВВН выбрать?