Принцип работы вакуумных насосов
Вакуумные насосы предназначены для удаления газов и паров из замкнутых объемов с целью создания разреженной среды (вакуума). Они применяются для откачки газов, паров и воздуха, обеспечивая условия для таких процессов, как:
- Сушка – удаление влаги из материалов.
- Фильтрация – разделение веществ под вакуумом.
- Экстракция – извлечение компонентов из смесей.
- Дистилляция – очистка веществ при пониженном давлении.
- Нанесение покрытий – в вакуумных камерах.
Основные сведения
В зависимости от конструкции и принципа действия, вакуумные насосы делятся на несколько типов.
Объемные (роторно-пластинчатые, поршневые, винтовые), создают вакуум за счет изменения объема рабочей камеры. Например, в роторно-пластинчатых насосах вращающийся ротор с подвижными пластинами захватывает и вытесняет газ, создавая разрежение. Водокольцевые используют жидкость (обычно воду) для герметизации, удаления газа.
Молекулярные (диффузионные и турбомолекулярные) работают на высоких скоростях, воздействуя непосредственно на молекулы газа и выталкивая их из системы.
Криогенные основаны на принципе замораживания газов для их удаления.
Как работает вакуумный насос
Тип - АВЗ
АВЗ относится к масляным пластинчато-роторным вакуумным насосам. Его функционирование основано на сжатии газа за счёт уменьшения объёма замкнутой камеры. Широко применяются в химической и пищевой промышленности, в системах кондиционирования, в фармацевтике и лабораторных установках.
Принцип работы:
- Газ поступает во впускной патрубок.
- Вращающийся ротор перемещает пластины, которые скользят по внутренней поверхности корпуса, формируя серповидные камеры.
- Газ поступает в эти камеры, сжимается и выталкивается через выпускной клапан, проходя через масляный уплотнитель.
Среди достоинств этих насосов можно отметить высокую производительность, способность создавать глубокий вакуум (до 0,1 Па), надёжность, долговечность и сравнительно низкую стоимость. Кроме того, они просты в обслуживании и ремонте. Однако, эти установки чувствительны к загрязнениям, требуют установки фильтров.
Вакуумный насос ВВН
ВВН относятся к жидкостно-кольцевым вакуумным насосам. Их работа основана на вращении эксцентрично расположенного рабочего колеса с лопатками внутри корпуса, заполненного рабочей жидкостью (обычно водой). Используются в химической, нефтехимической промышленности, в целлюлозно-бумажном производстве, пищевой индустрии, медицине, горнодобывающей отрасли.
Принцип работы:
- Ротор начинает вращаться, захватывать газ.
- Двухступенчатая система роторов обеспечивает более глубокий вакуум.
- Газ проходит через масляный фильтр, что снижает износ механизмов.
Основные достоинства типа ВВН – простота конструкции, обслуживания, возможность работы с газами, содержащими влагу и механические примеси, устойчивость к агрессивным средам, а также отсутствие масла в откачиваемом объёме. Однако, они обеспечивают менее глубокий вакуум (до 4 кПа), требуют постоянной подачи жидкости, подвержены коррозии.
Вакуумный насос НВР
НВР представляет собой компактный пластинчато-роторный насос с масляным уплотнением, схожий по принципу действия с АВЗ, но предназначенный для более глубокого вакуума (до 0,01 Па и ниже). Вращение ротора с пластинами создаёт изменяющиеся по объёму камеры, обеспечивающие откачку газа.
Преимущества:
- Способность создавать глубокий вакуум.
- Возможность работы с парами, агрессивными средами (при спецпокрытии).
- Долговечность за счет усиленной конструкции.
Однако, как и другие масляные модели, НВР загрязняет откачиваемый объём, чувствителен к чистоте масла, требует его периодической замены. НВР широко используются в научных исследованиях, в аналитическом оборудовании, в вакуумной металлургии, в полупроводниковой промышленности, при производстве электронных приборов, в лабораторных установках.
Выбор насосной установки по уровню вакуума
Вакуумные насос высокого давления 12в различаются по создаваемому давлению:
- Низкий вакуум (1000–1 мбар) – применяется в пищевой промышленности, упаковке, вакуумной формовке. Примеры: пластинчато-роторные, водокольцевые.
- Средний вакуум (1–10⁻³ мбар) – используется в химической промышленности, сушке, вакуумной пропитке. Примеры: двухступенчатые пластинчато-роторные, винтовые.
- Высокий вакуум (10⁻³–10⁻⁷ мбар) – необходим в научных исследованиях, электронной промышленности, ускорителях частиц. Примеры: турбомолекулярные, криогенные, диффузионные модели.
- Сверхвысокий вакуум (<10⁻⁷ мбар) – применяется в космической индустрии, физике плазмы. Примеры: ионно-геттерные насосы.
Механические модели используются для низкого, среднего вакуума, а молекулярные и криогенные — для высокого, сверхвысокого.
Также учитывайте химическую совместимость. Агрессивные среды (кислоты, растворители, коррозионные газы) – требуют насосов с химически стойкими материалами (фторопласт, нержавеющая сталь). Для работы с парами воды и масла подойдут водокольцевые модели. При чистых средах без масляных загрязнений используются безмасляные насосы (мембранные, спиральные, винтовые).
Производительность (скорость откачки)
Производительность измеряется в м³/ч или л/мин – показывает, какой объем газа насос может откачать за единицу времени.
- Малые производительности (до 10 м³/ч) – лабораторные виды (АВЗ, мембранные).
- Средние (10–100 м³/ч) – пластинчато-роторные (НВР), винтовые.
- Высокие (>100 м³/ч) – турбомолекулярные, паромасляные диффузионные модели.
Для быстрой откачки больших объемов нужны мощные устройства (НВР, турбонасосы), для медленных процессов (сушка, дегазация) хватит малопроизводительных моделей.
Энергопотребление и экономичность
Маломощные устройства (до 1 кВт) – экономичны, но подходят только для небольших задач. Промышленные агрегаты (3–30 кВт) – потребляют много энергии, но обеспечивают высокую производительность.
Дополнительные факторы выбора:
- Уровень шума – диафрагменные тише пластинчато-роторных.
- Надежность и обслуживание – масляные насосные уставновки требуют замены масла, сухие – дороже, но долговечнее.
- Габариты и мобильность – для лабораторий важны компактные модели.
Мы рассмотрели принцип работы вакуумного насоса для воздуха, а также для чего предназначен тот или иной вид установки для создания глубокого вакуума.
- Комментарии
