Кулачковые (когтевые) вакуумные насосы

Чтобы выбрать и купить кулачковые вакуумные насосы перейдите в каталог и выберите модель, подходящую по быстроте действия и предельному остаточному давлению:

• Busch Mink (Германия): быстрота действия S = 40-950 м³/час, предельное остаточное давление p_пр = 20-200 мБар;
• Leybold CLAWVAC (Германия): S = 65-300 м³/час, p_пр = 50 мБар;
• DVP PA (Италия): S = 155-250 м³/час, p_пр = 150-200 мБар;
• Atlas Copco DZS (Швеция): S = 65-300 м³/час, p_пр = 50-140 мБар;

Эти высокопроизводительные двухроторные машины с полным внутренним сжатием предназначены для откачки больших потоков газов. Их роторы вращаются бесконтактно, что обеспечивает высокую надежность и долговечность и позволяет не использовать масло рабочей полости.

Когтевые вакуумные насосы, их еще называют кулачково-зубчатыми (КЗВН), лишены недостатков двух самых распространенных типов безмасляных низковакуумных насосов: сухих пластинчато-роторных, графитовые лопатки которых подвержены износу за счет трения и нуждаются в переодический замене, и насосов Рутса, которые из-за внешнего сжатия потребляют много энергии и не могут обеспечить достаточный для форвакуумного насоса перепад давления при работе на атмосферу.

Это делает когтевые насосы очень востребованными для промышленного применения, где особенно важны высокая производительность, энергоэффективность, надежность и минимальные эксплутационные затраты.

Они применяются и как самостоятельные устройства, так и для предварительной откачки и в качестве форвакуумных насосов, так как в проточной части нет масла и они не загрязняют высоковакуумную часть системы и откачиваемый объем масляным паром.

Сухие когтевые вакуумные насосы

Все когтевые насосы являются сухими (безмасляными), так как их роторы вращаются бесконтактно, а подшипниковые узлы и синхронизирующие шестерни вынесение за пределы проточной части.

Безмасляные вакуумные насосы безопаснее масляных: в процессе работы в масле могут растворяться вредные вещества, с некоторыми веществами оно может вступать во взрывоопасные реакции, а при высоких температурах масло может загореться. Помимо этого пары масла могут загрязнять откачиваемый объем.

Преимущества и недостатки кулачково-зубчатых вакуумных насосов

Основные достоинства:

• чистый вакуум: бесконтактное вращение роторов позволяет не использовать смазку;
• экологичность: газ на выхлопе не загрязнен масляным паром;
• высокая экономичность и энергоэффективность: при равной скорости откачки требуют меньшей мощности двигателя, чем насос Рутса, а внутреннее сжатие позволяет достичь высокого КПД 75-80%;
• за счет отсутствия в рабочей камере изнашивающихся деталей практически не требует обслуживания и замены дорогих деталей: все обслуживание сводится к замене масла в синхронизирующей коробке не чаще, чем через каждые 2000 часов работы;
• высокая степень сжатия: отношение давления нагнетания при работе на атмосферу к давлению всасывания одной ступени τ_I = p_н/p_вс ≈ 25;
• безмасляные кулачковые вакуумные насосы обеспечивают высокую быстроту действия 60-950 м³/ч и предельный вакуум 2-20 кПа для одноступенчатых моделей, работающих от атмосферного давления, и 1-100 Па для 3-5 ступеней;
• высокое качество изготовления деталей обеспечивает высокую надежность;
• особенности конструкции позволяют использовать частотный преобразователь для плавного регулирования быстроты действия;
• компактные размеры и при высокой быстроте действия;
• корпус насоса герметичен, поэтому он может быть частью герметичной системы для сложных химических реакций;
• подходит для откачки загрязненных пылью и влажных сред, но следует учитывать, что микрозазоры делают когтевой насос чувствительным к наличию твердых и липких частиц в откачиваемой среде, так как может произойти заклинивание роторов.

Недостатки:

• высокая стоимость, при этом в настоящее время в продаже есть только винтовые и кулачковые (когтевые) вакуумные насосы, цена последних ниже, которые позволяют получить безмасляный низкий и средний вакуум при атмосферном давлении нагнетания и обеспечивают высокую быстроту действия;
• сложная конструкция и высокие требования к точности изготовления роторов, от которой зависят рабочие характеристики;
• из-за сильного нагрева есть ограничения по диапазонам рабочих температур, так как зазоры между когтевыми кулачками может заклинить в результате теплового расширения, поэтому необходима система охлаждения;
• потери за счет перетеканий газа с нагнетания обратно на всасывание, свойственные всем бесконтактным машинам.

Принцип работы кулачковых вакуумных насосов

I - впадина левого ротора подходит к всасывающему окну, через которое в 1-й полости П_вс1 начинается процесс всасывания газа, а в полости П_сж идет процесс сжатия газа.

II - продолжается всасывание в П_вс1 и начинается нагнетание из полости сжатия П_сж через открывающееся нагнетательное окно.

III - процессы всасывания в П_вс1 и нагнетания в П_сж заканчиваются.

IV - окна всасывания и нагнетания закрыты, формируется перевальный объем V_пер, из которого газ возвращается в следующий цикл откачки.

Далее в 1-й полости начинается процесс сжатия и образуется новая полость всасывания и пункты I-IV повторяются.

В насосе в одно и то же время находятся 2 порции газа, одна из которых сжимается, а другая всасывается. Перемещение порция газа со всасывания на нагнетание происходит в замкнутой полости переменного объема за 2 оборота ротора.

Схема и конструктивные особенности

Роторы установлены с зазором и вращаются навстречу друг другу с одинаковой частотой без скольжения, не соприкасаясь друг с другом и корпусом. Их согласованное вращение обеспечивает пара синхронизирующих шестерней. Шестерни установлены на концах валов и находятся в масляном картере, изолированном от рабочей камеры насоса манжетными или лабиринтными уплотнениями.

Современное производство позволяет получать зазоры между роторами всего 0,1-0,01 мм, поэтому величина перетеканий через щелевые каналы достаточно мала.

Профиль ротора приблизительно на две трети описан окружностью, за которой расположен выступ, напоминающий зуб или коготь, и ответная впадина. Выступов может быть один или два. Такая форма профилей обеспечивает цикличное сжатие газа в процессе вращения роторов.

Впадины выполняют функции газораспределения. Периодически они то открывают, то закрывают всасывающее и нагнетательное окна, заменяя клапаны.

Для откачки запыленных газов лучше подходят модели с вертикальным расположением валов роторов (использование горизонтальных моделей также допустимо). В этом случае пыль и другие осадки не накапливаются в цилиндрической расточке корпуса и почти не оседают на ступенях насоса, и могут быть удалены из проточной части насоса продувкой воздухом. Разборка насоса при это не требуется.

Когтевые агрегаты могут использоваться для сжатия газа. Компания Busch выпускает серию Mink, в которую входят и сухие вакуумные насосы, и компрессоры, сжимающие газ до 2 Бар.

Конструктивно КЗВН достаточно сложны, но это оправдано, так как откачка полностью безмасляная, эксплуатационные затраты минимальны, а техническое обслуживание, при эксплуатации согласно инструкции, редкое и очень простое.