Насосы для промышленных установок

Вакуум используется в широком спектре промышленных установок, таких как упаковка, розлив, сушка, дегазация, сборка и размещение. Промышленные вакуумные насосы используются для создания, улучшения и поддержания разрежения в этих процессах. Понимание особенностей, преимуществ и работы каждого типа технологии поможет лучше всего подобрать для вашего применения. В этой статье описаны наиболее распространенные промышленные вакуумные насосы, как они работают и для чего их лучше всего использовать.

Основной принцип работы промышленного вакуумного насоса

Основной принцип работы промышленных вакуумных насосов одинаков независимо от типа технологии.

Вакуумный насос удаляет молекулы воздуха (и других газов) из вакуумной камеры (или со стороны выхода для последовательно соединенных вакуумных насосов высокого давления). Когда давление в камере падает, удалить дополнительные молекулы становится все труднее. Поэтому промышленные вакуумные системы должны быть способны работать в очень широком диапазоне давлений, обычно в диапазоне от 1 до 10-6 торр / от 1,3 до 13,3 мбар. Для исследовательских и научных приложений это значение увеличивается до менее 10-9 торр. Для достижения этой цели в стандартных вакуумных системах используются различные типы насосов, каждый из которых охватывает определенную часть диапазона давления, иногда работая последовательно.

Скачать подборку оборудования для промышленных установок

Диапазоны давлений промышленной вакуумной системы

Промышленные вакуумные системы могут быть отнесены к следующим группам диапазонов давления:

• Грубый/низкий вакуум: от 1000 до 1 мбар / от 760 до 0,75 Торр
• Тонкий/средний вакуум: от 1 до 10-3 мбар / от 0,75 до 7,5-3 Торр
• Высокий вакуум: от 10-3 до 10-7 мбар / от 7,5-3 до 7,5-7 Торр
• Сверхвысокий вакуум: от 10-7 до 10-11 мбар / от 7,5-7 до 7,5-11 Торр
• Чрезвычайно высокий вакуум: < 10-11 мбар / < 7,5-11 Торр

Классификация промышленных насосов

Различные типы насосов можно разделить на: 

• первичные (вспомогательные) насосы, 

• бустерные насосы 

• вторичные (высоковакуумные) насосы (диапазоны высокого вакуума, сверхвысокого и сверхвысокого вакуума).

Существует две основные категории вакуумных насосов: насосы для перекачки газа и улавливающие насосы.

Газоперекачивающие насосы

Перекачивающие насосы перемещают молекулы газа либо за счет обмена импульсом (кинетическое действие), либо за счет положительного смещения. Из насоса выбрасывается такое же количество молекул газа, как и внутри него, и при выбрасывании давление немного превышает атмосферное. Степень сжатия - это отношение давления выхлопных газов (на выходе) к наименьшему полученному давлению (на входе).

Кинетические перекачивающие насосы

Насосы с кинетической транспортировкой используют высокоскоростные лопасти или вводимый пар для направления газа к выходу, работая по принципу передачи импульса. Эти типы насосов могут достигать высоких степеней сжатия при низких давлениях, но обычно не имеют герметичных объемов.

Объемные насосы (с принудительным вытеснением)

Насосы, которые работают путем механического захвата объема газа и перемещения его через насос, известны как объемные насосы. Часто сконструированный в несколько этапов на одном приводном валу, изолированный объем сжимается до меньшего объема при более высоком давлении, и, наконец, сжатый газ выбрасывается либо в атмосферу, либо в следующий насос. Для обеспечения более высокого вакуума и расхода часто используются последовательно два перекачивающих насоса.

Как упоминалось ранее, объемные вакуумные насосы используются для создания низкого вакуума. Этот тип вакуумного насоса расширяет полость и позволяет газам вытекать из герметичной среды или камеры. После этого полость герметизируется и заставляет ее выпускать его в атмосферу. Принцип, лежащий в основе объемного вакуумного насоса, заключается в создании вакуума путем расширения объема камеры. Например, в ручном водяном насосе механизм расширяет небольшую герметичную полость для создания глубокого вакуума. Из-за давления некоторое количество жидкости из камеры выталкивается в небольшую полость насоса. После этого полость насоса герметизируется от камеры, открывается для доступа атмосферы, а затем сжимается обратно до мельчайших размеров. Другим примером вакуумных насосов с принудительным вытеснением является то, что диафрагмальная мышца расширяет грудную полость, заставляя объем легких увеличиваться. Это расширение приводит к созданию частичного вакуума и снижению давления, которое затем заполняется воздухом, нагнетаемым атмосферным давлением. Примерами объемных вакуумных насосов являются водокольцевые вакуумные насосы и воздуходувки Рутс, которые широко используются в различных отраслях промышленности для создания вакуума в ограниченном пространстве.

Улавливающие насосы

Насосы, которые улавливают молекулы газа на поверхностях внутри вакуумной системы, неудивительно, что они известны как насосы для улавливания или захвата в ловушку. Эти насосы работают при более низких скоростях потока, чем вакуумные насосы, такие как перекачивающие насосы, однако они могут обеспечивать чрезвычайно высокий вакуум, вплоть до 10-12  торр. Улавливающие насосы работают с использованием криогенной конденсации, ионной реакции или химической реакции и не имеют движущихся частей, поэтому создают безмасляный вакуум.

Те улавливающие насосы, которые работают с использованием химических реакций, работают более эффективно, поскольку они обычно размещаются внутри камеры, где требуется вакуум. Молекулы воздуха создают тонкую пленку, которая удаляется по мере того, как работа насосов вызывает химическую реакцию на внутренних поверхностях насоса. Улавливающие насосы используются наряду с объемными вакуумными насосами и вакуумными насосами с передачей импульса для создания сверхвысокого вакуума.

“Мокрые” или “сухие” вакуумные насосы? В чем разница 

Технологии вакуумных насосов считаются либо влажными (со смазкой), либо сухими (безмасляный или сухой ход), в зависимости от того, подвергается ли газ воздействию масла или воды в процессе сжатия.

Влажные насосы смазывают и/или герметизируются с помощью масла или воды; эта жидкость может загрязнить перекачиваемый (очищаемый) газ. Принимая во внимание, что сухие вакуумные насосы не содержат жидкости в перекачиваемом газе, полагаясь на точные зазоры между вращающейся и неподвижной частями насоса, уплотнения из сухого полимера (PTFE) или диафрагму для отделения насосного механизма от газа и обеспечения герметичности уплотнения.

Однако сухие насосы не являются полностью безмасляными, так как в шестернях и подшипниках насоса часто используется масло или консистентная смазка. Это находится отдельно от стороны вакуумного сжатия. Сухие насосы снижают риск загрязнения и образования масляного тумана. Они также обладают экологическими преимуществами, заключающимися в том, что не требуют утилизации масел, как смазанные насосы.

Центробежные насосы

Центробежные насосы - это машины с гидравлическим приводом, характеризующиеся способностью передавать энергию текучим средам (в частности, жидкостям) за счет действия поля центробежных сил. Их основное назначение - перекачивать жидкости за счет повышения давления. Центробежные насосы могут иметь различную конструкцию, но их принцип действия и гидродинамические характеристики всегда одинаковы.

Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы

Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы аналогичны пластинчато-роторным насосам, с той разницей, что лопасти являются неотъемлемой частью ротора и взбивают вращающееся кольцо жидкости, образуя уплотнение камеры сжатия. Они по своей сути имеют конструкцию с низким коэффициентом трения, при этом ротор является единственной движущейся частью. Трение скольжения ограничено уплотнением вала. Жидкостно-кольцевые насосы обычно приводятся в действие асинхронным двигателем. Жидкостно-кольцевые системы могут быть как одноступенчатыми, так и многоступенчатыми.

Когтевые насосы

Когтевые вакуумные насосы эффективно и экономично создают бесконтактный вакуум. Это возможно благодаря принципу внутреннего сжатия в конструкции поворотного когтя. Данный тип насосов основан на системе статического сжатия. В отличие от вращающихся пластин, сжатие происходит внутри за счет сокращения объема.

Клешневой насос состоит из двух роторов. Они вращаются в противоположных направлениях в корпусе компрессора без контакта, соблюдая очень узкие зазоры. Они синхронизируются с помощью прецизионного механизма. Когда коготь перемещается по всасывающему патрубку и входному каналу осевого всасывания, газ всасывается в камеру сжатия. Газ предварительно сжимается в камере сжатия и затем выпускается.

Винтовые насосы

Винтовой вакуумный насос состоит из двух параллельных винтообразных роторов, один из которых имеет правую резьбу, а другой - левую. Оба винта вращаются в корпусе компрессора без трения и с очень малыми зазорами.

Они синхронизируются с помощью прецизионного механизма. Компрессионный корпус и особая форма винтов образуют компрессионные камеры. Благодаря противоположному вращению обоих винтов камера, соединенная с всасывающим отверстием, увеличивается, и газ транспортируется в камеру сжатия. Затем камера перемещается в осевом направлении со стороны всасывания на сторону давления (стрелка).

В моделях с переменным шагом газ сжимается при каждом изменении шага и охлаждается перед следующим изменением шага, что повышает эффективность. Со стороны давления камера прижимается к осевой стенке корпуса, и объем уменьшается до тех пор, пока передняя поверхность шнека не откроет напорный канал и предварительно сжатый газ не будет выпущен через напорный патрубок. Охлаждение достигается с помощью внешней камеры с водяным охлаждением. Для некоторых типоразмеров насосов в насос может быть введен дополнительный охлаждающий газ.

Воздуходувки с боковыми каналами (вихревые воздуходувки)

Воздуходувки с боковым каналом имеют рабочее колесо, установленное непосредственно на валу двигателя для бесконтактного сжатия. Газ всасывается через впускное отверстие. Когда он поступает в боковой канал, вращающееся рабочее колесо придает газу скорость в направлении вращения. Центробежная сила в лопастях рабочего колеса разгоняет газ наружу, и давление увеличивается.

Каждое вращение добавляет кинетическую энергию, что приводит к дальнейшему увеличению давления вдоль бокового канала. Боковой канал сужается у ротора, отводя газ от лопастей рабочего колеса и отводя его через выпускной глушитель, где он выходит из насоса.