Что такое вакуум и для чего нужен вакуумный насос

Что такое вакуум?

Вакуум - это состояние газа или пара при давлении ниже атмосферного. Качество вакуума относится к тому, насколько близко оно приближается к идеальному вакууму. Идеальный вакуум - это объем пространства, который по содержанию свободен от веществ. На практике достичь полной пустоты невозможно. Даже космическое пространство не свободно от материи. 

Показателями качества являются низкий вакуум, средний вакуум, высокий вакуум, сверхвысокий вакуум и космическое пространство. В этой вакуумной терминологии изготовление композитных деталей с помощью вакуумного процесса осуществляется при низких и средних значениях вакуума, не превышающих 99% от атмосферного давления. Остальные четыре показателя относятся к качеству вакуума в диапазоне от 99,999% и т.д. до 100% атмосферного давления. Для вакуумных инфузионных работ часто говорят о “высоком вакууме”, “полном вакууме” или “глубоком вакууме”, но имеется в виду использование вакуума, который может быть таким же низким, как 99% от наружного давления.

Большинство пластинчато-роторных насосов способны достигать абсолютного давления 50 мбар или выше, что соответствует “низкому вакууму”. Диапазон давлений составляет от 1000 до 1 мбар. Скажем, 1 Бар, кажется что, это много, но на самом деле в вакуумной терминологии это давление рассматривается как “средний вакуум”. Диапазон давлений среднего вакуума от 1 до 10-3 мбар. “Полный или высокий вакуум” означает достижение максимально возможного вакуума, на который способен вакуумный насос, обычно этот диапазон составляет от 10-3 до 10-7 мбар.

Скачать подборку вакуумных насосов

Единицы измерения: СИ, метрические, имперские, ртутные

Чтобы понять вакуум, вам нужно немного знать о том, как он измеряется в единицах давления. Единицей измерения давления в системе СИ является паскаль (Па), равный одному ньютону на квадратный метр (Н/м2). Метеорологи часто предпочитают гектопаскаль (ГПа) для атмосферного давления воздуха, что эквивалентно популярной единице измерения миллибар (мбар). Поскольку давление обычно измеряется по его способности вытеснять столб жидкости, другой используемой единицей измерения является миллиметр ртутного столба (мм рт.ст.). 1 мм рт. ст. равен 1 Торр, единице измерения, названной в честь Евангелисты Торричелли, итальянского физика и математика, который открыл принцип барометра. И, наконец, более неясная единица измерения - это имперский фунт на квадратный дюйм (фунт/ кв. дюйм).

Атмосферное давление, которое мы испытываем на земле, вызвано весом воздуха над точкой измерения и по этой причине изменяется в зависимости от высоты над уровнем моря. Однако стандартная атмосфера (атм) является установленной константой. Оно приблизительно равно обычному давлению воздуха на среднем уровне моря на земле и определяется следующим образом:

1 атм = 760 Торр = 14,7 фунтов на квадратный дюйм = 101,3 кН/м2 = 1013 мбар = 1013 ГПа

На практике атмосферное давление на уровне моря будет варьироваться около от 980 мбар до 1030 мбар, но давление ниже 900 мбар было зарегистрировано в условиях циклонических ветров, а более 1080 мбар было зарегистрировано в очень тихих и холодных условиях. На вершине Эвереста атмосферное давление составляет в среднем около 300 мбар.

Измерение вакуума и абсолютного давления

Барометр показывает абсолютное (атмосферное) давление. Показание представляет собой давление выше абсолютного нуля давления (или идеального вакуума).

Вакуум в вакуумном мешке или ловушке для смолы измеряется с помощью вакуумметра, и показания относятся к внешнему атмосферному давлению в единицах по барометрической шкале или в процентах от атмосферного давления. Это относительное измерение называется манометрическим вакуумом и представляет собой разность давлений ниже атмосферного давления. На самом деле вакуумметр работает в противоположность барометру.

Манометр абсолютного давления измеряет относительно абсолютного нуля давления и не зависит от погоды или высоты. Для двух разных методов могут использоваться различные шкалы давления, а соотношения между некоторыми из наиболее распространенных методов приведены в таблице ниже:

Обратите внимание, что значение % вакуума является простым, не зависящим от СИ, имперского или любого другого измерения. 

Вакуумный насос и его производительность

Производительность насоса определяется как количество потока, которое насос способен откачать за определенное время, в кубическом метре в час (м3/час). Производительность насоса зависит от входного сечения насоса, чем оно больше тем больше производительность и, соответственно, меньшее время откачки.

Вакуумные насосы - это специализированное оборудование, основной задачей которого является откачка воздуха, газов или паров из герметичной емкостью с целью установления в нем давления определенного уровня, то есть технического вакуума. Существует множество разновидностей моделей вакуумных насосов, и сегодня данные устройства используются в большинстве сфер человеческой деятельности, также они позволяют оптимизировать множество технических процессов и повысить их эффективность. Насосы отличаются высокой производительностью, надежностью и долгим сроком службы.

Существуют разновидности вакуумных насосов относительно принципа работы, каждая из которых направлена на создание вакуума разных уровней и работы в различных условиях. Если обобщить, то принцип работы любого вакуумного насоса заключается в вытеснении. Другими словами, вакуумный насос удаляет воздух, газ или пар из закрытого резервуара (рабочая камера). При вытеснении молекулы откачиваемой среды вынуждены перемещаться в необходимом направлении, что и приводит к установке вакуума необходимого уровня. После того, как он будет установлен, насос работает на его поддержание. Методы, которые приводят к вытеснению у каждого насоса разные, что определяется особенностями конструкции. Также все насосы делятся на масляные и безмасляные (сухие) конструкции, что также влияет на схему из работы. Сухие насосы позволяют не допускать даже малейшего проникновения масляных частиц и испарений в откачиваемую среду.

Популярные разновидности вакуумных насосов:

• пластинчато-роторные;

• роторные насосы Рутс;

• винтовые;

• водокольцевые;

• золотниковые;

• спиральные;

• мембранные;

• кулачковые;

• бустерные;

• диффузионные;

• криогенные;

• турбомолекулярные.