Вакуумные насосы

Чтобы правильно выбрать и купить вакуумные насосы, в первую очередь нужно отталкиваться от параметров среды, которые требуются для обеспечения конкретного технологического процесса. Обычно это рабочее давление, температура, поток откачиваемого газа и иногда концентрация остаточных газов в откачиваемом объеме. Эти данные позволяют выбрать подходящий вакуумный насос по быстроте действия, предельному остаточному давлению, а также наличию или отсутствию рабочей жидкости (масло, вода) в проточной части.

Мы предлагаем вакуумные насосы брендов: VARP, KyKy (Китай); Becker, Leybold, Busch (Германия); Вакуумтех (Россия); DVP (Италия); SHI Cryogenics (Япония); KINNEY, CVI Torr Master (США).

Важный критерий выбора - стоимость вакуумных насосов, которая зависит от:

• типа насоса: на цену влияют используемые материалы и сложность изготовления деталей насоса (например, стоимость винтового насоса во многом определяется формой его роторов и требованием и их высокой точности изготовления);
• комплектации откачного оборудования: существенно влияют на стоимость наличие клапанов, датчиков, шумопоглощающих кожухов, двигателей в специальном исполнении, фильтров и т.д., а также тип подшипников;
• величины быстроты действия: высокопроизводительные промышленные вакуумные насосы, рассчитанные на большие газовые нагрузки, обычно стоят дороже, но следует учитывать, что цена мелкосерийных очень компактных моделей для специфических научных или медицинских задач будет высокой;
• серийности производства: чем в больших областях востребован определенный тип насоса, тем большими объемами он выпускается и тем ниже цена.

Выбирая вакуумные насосы, цена которых может существенно отличаться при похожих рабочих характеристиках, важно учитывать эксплуатационные затраты. Если насос будет работать практически непрерывно, то стоит выбирать машину с низким энергопотреблением, минимальным техническим обслуживанием и повышенной надежностью подшипников, даже если стоимость ее выше. Разница в цене быстро компенсируется за счет меньшего энергопотребления, затрат на ремонт и техническое обслуживание, а также простоя оборудования.

В какой стране ни находилось бы производство вакуумных насосов, все модели, представленные в нашем каталоге, проходят обязательные испытания как при рабочих, так и при критических нагрузках, соответствуют заявленным рабочим характеристикам, требованиям к безопасности и надежности промышленного оборудования.

Разновидности и типы вакуумных насосов

Чаще всего вакуумные насосы классифицируют по принципу действию, но это не всегда удобно при подборе оборудования. Гораздо информативнее для этой цели деление по особенностям работы:

• Масляные вакуумные насосы (маслозаполненные и маслосмазываемые) содержат масло в проточной части, которое обеспечивает скольжение подвижных элементов (например, скольжение лопаток по поверхности корпуса), уплотнение зазоров и охлаждение. К этому типу относятся большинство низковакуумных насосов.
• Безмасляные (сухие) наосы не содержат смазку в проточной части, что позволяет избежать попадания молекул масляного пара в откачиваемый объем или высоковакуумную часть системы и получить более низкое предельное остаточное давление. Они более экологичны, чем масляные, так как масляный пар не попадает в атмосферу со стороны нагнетания.
• Взрывозащищенные насосы укомплектованы корпусом и двигателями во взрывозащищенном исполнении, что необходимо при работе с взрывоопасными и легковоспламеняющимися газами и паро-газовыми смесями. Также эти насосы имеют повышенные требования к герметичности, чтобы избежать утечки в атмосферу (это касается и химически стойких насосов).
• Химически стойкие насосы используется для откачки и перемещения химически активных к стандартным материалам элементов проточной части (конструкционные стали, дюралюминий и т.д.) газов. Все детали контактирующие с агрессивной газовой средой изготавливают из устойчивых материалов, либо покрывают защитным слоем.
• Бустерные насосы используются для поддержания высокой производительности в высоко- и средневакуумных системах. Они устанавливаются между высоковакуумным и низковакуумным насосами, чтобы компенсировать падение быстроты действия последних, которое обусловлено близостью давлений нагнетания высоковакуумных насосов к предельному остаточному давлению низковакуумных. В качестве бустерных используются паромасляные насосы и двухроторные типа Рутс.
• Форвакуумные насосы необходимы для предварительной откачки высоко- и средневакуумных систем. Они работают от атмосферного давления, фактически выполняя функции первой ступени таких систем, и обеспечивают уровень разрежения, необходимый для работы высоковакуумных насосов. Для этой задачи подходят пластинчато-роторные, жидкостно-кольцевые, поршневые, винтовые, спиральные, золотниковые насосы.

Данные группы насосов не являются строгой классификацией и часто пресекаются. Например, форвакуумные насосы могут быть масляными, безмасляными, химостойкими и т.д.

Принцип работы вакуумных насосов

Принцип действия зависит от способа удаления газа из откачиваемого объекта, а следовательно от конструкции насоса. Выделяют две основные группы вакуумных насосов:

• газоперемещающие - газ из откачиваемого объема, поступающий во всасывающие отверстие, перемещается в проточной части насоса и выбрасывается через нагнетательное отверстие;
• газопоглощающие - удерживают газ внутри или на поверхности поглощающих элементов, но требуют регенерации, когда поглощающая способность материала исчерпана.

Газоперемещающие вакуумные насосы делятся на:

• объемные, которые в процессе работы циклично захватывают объемы газа и перемещают их со всасывания на нагнетание;
• кинетические, которые удаляют газ из системы, передавая его молекулам импульс, направленный в сторону выходного сечения насоса.

Газопоглощающие представлены:

• криогенными насосами, в которых используются низкие температуры для осаждения молекул газа на криогенных поверхностях;
• геттерными (насосы поверхностного действия), связывающие молекулы газа слоем или пленкой геттера;
• адсорбционными, в которых твердый адсорбент при охлаждении поглощает газа, а при нагреве происходит выделение газа из его объема - процесс регенерации.

Устройство вакуумного насоса

Вакуумные насосы в простейшем случае представляют собой одноступенчатые конструкции, обеспечивающие некоторую быстроту действия и степень повышения давления.

Степень повышения давления может быть ограничена конструктивными особенностями, как наличие защемленных или мертвых объемов и зазоров, через которые газ перетекает с нагнетания на всасывание.

Быстрота действия в случае механических насосов ограничена их размерами: с при слишком массивных роторах несоразмерно растет энергопотребление, увеличивается нагрузка на подшипники, что приводит к их быстрому износу, ухудшаются прочностные характеристики деталей из-за существенных радиальных и осевых нагрузок.

Обе эти характеристики можно увеличить, используя многоступенчатые конструкции. Последовательное соединение ступеней, когда всасывание первой является нагнетанием второй и т.д., позволяет получить более низкое давление. Параллельное соединение позволяет увеличить быстроту действия пропорционально числу ступеней, ускорить процесс откачки и уменьшить пульсации газа.

Наиболее часто встречаются двухступенчатые конструкции мембранных, поршневых и пластинчато-роторных насосов. Больше двух ступеней делают в диффузионных, Рутсах, зубчато-когтевых и других двухроторных насосах, в том числе комбинированных (например, агрегат, состоящий из последовательно соединенных ступени Рутса и нескольких зубчато-когтевых ступеней).

Области и сферы применения

Без вакуума сложно представить современные технологии. Он необходим практически во всех областях промышленности, от пищевой до производства полупроводников, для научных исследований (ускорители частиц, имитация космического пространства и т.д.) и медицины.

Вакуумные насосы используются:

• Для ЧПУ станков (крепление заготовок за счет создания вакуума).
• Для вакуумного стола, который используется и как самостоятельное устройства для фиксации деталей, и как опция для плоттеров и фрезерных станков.
• Для прижимных столов и вакуумной формовки (деформация нагретых термопластичных материалов под действием перепада давления для получения изделий).
• Вакуумный прижим на станках и упаковочных аппаратах.
• В качестве промышленных пылесосов, которые используются для уборки промышленных помещений, удаления опилок, стружки металлов и дерева, пыли, крошки и т.д. из зоны обработки.
• Для сушильных камер (откачка водяного пара и воздуха из камеры обеспечивает процессы сушки и удаления влаги с высокой скоростью без необходимости нагрева).
• Осушение изоляционных материалов трансформаторов (откачка паров воды из изоляционной бумаги и древесного материала).
• Для переплавки металлов в вакууме (вакуумная металлургия позволяет получить высокую чистоту металлов при плавке, литье, рафинировании и т.д.).
• Для стекольной промышленности (обработка и производство изделий из стекла, например, стеклопакетов).
• Для барокамеры (создание вакуума в объеме специальной камеры для проверки и испытаний датчиков, метеорологических приборов и т.д.).
• Для вакуумных печей (вакуумная термообработка за счет удаления газов с поверхности и из объема металла и повышения его пластичности позволяет значительно повысить качество изделий и заготовок).
• Для аэрокосмической промышленности (дегазация стали, испытания и т.д.).
• Для производства бумаги и печатной продукции (полиграфия).
• В медицине (вакуумные медицинские станции, паровые стерилизаторы и т.д.).
• Для обеспечения работы масс-спектрометров (газовый анализ необходим для контроля состава газа, анализа остаточных газов, обнаружения течей).
• В фармацевтической индустрии.
• Для биогаза (откачка, перемещение, осушка биогазовых топлив).
• Нефтехимическая промышленность (например откачка паров бензина, которые при контакте с воздухом образуют взрывоопасную смесь).
• Химическая промышленность (для агрессивных сред, кислот и щелочи и т.д.).
• Производство микроэлектроники.

Диапазон работы и двигатель вакуумных насосов

Любой механический или объемный вакуум насос приводится в действие электродвигателем.

Самые ходовые среднепроизводительные модели для получения низкого и среднего вакуума, например, пластинчато-роторные насосы, укомплектованы встроенным асинхронным электродвигателем, установленным непосредственно на валу ротора насоса.

Более мощные машины промышленного назначения могут приводиться двигателями, соединенными через муфту или ременную передачу.

По типу асинхронного электродвигателя насосы можно разделить на:

• Однофазные вакуумные насосы (220В) - машины небольшой мощности. Однофазные двигатели, хоть и уступают трехфазным по мощности, но стоят дешевле и в большинстве случаев их достаточно.
• Двухфазные вакуумные насосы (220В) встречаются реже, чем одно- и трехфазные. Двухфазные (конденсаторные) электродвигатели используются для машин, предназначенных для длительной безостановочной работы, так как они обладают лучшими энергетическими характеристиками, чем однофазные, а их коэффициент мощности выше, чем у трехфазных двигателей такой же мощности.
• Трехфазные вакуумные насосы (380В) - высокопроизводительные машины с большой быстротой откачки, работающие в вязкостном режиме течения газа.

Для многих моделей насосов предусмотрено два варианта комплектации, однофазным или двухфазным двигателем. В этом случаем в технических характеристиках вы увидите запись 220В/380В.

Однако не стоит ориентироваться на мощность электродвигателя, как на основной критерий выбора, - в случае вакуумных насосов мощнее еще не значит лучше в отличие от компрессоров.

Эффективная мощность на валу насоса объемного типа складывается из:

• мощности, затрачиваемой на сжатие и перемещение газа,
• потерей на трение в подшипниках в уплотнениях,
• мощности, затрачиваемой на разгон вращающихся частей.

Для ТМН, как и для других высоковакуумных насосов, мощность, затрачиваемая на сжатие газа пренебрежимо мала в сравнение с другими составляющими. Максимальный вклад будет у составляющей мощности, затрачиваемой на разгон ротора. Поэтому мощность насосов одного типа с большей быстротой действия (и большим ротором) будет выше, но мощность высоковакуумного насоса будет всегда меньше, чем низкоговакуумного, при одинаковой быстроте действия.

Поэтому мощность насосов одного типа с большей быстротой действия (и большим ротором) будет выше, но мощность высоковакуумного насоса будет всегда меньше, чем низкоговакуумного, при одинаковой быстроте действия.

Вакуумные насосы низкого вакуума создают разрежение до 1000 Па, откачивая газ от атмосферного давления, и работают в вязкостном режиме течения газа. Это насосы объемного действия: пластинчато-роторный, жидкостно-кольцевой, мембранный и т.д.

Вакуумные насосы среднего вакуума откачивают газ до 1..100 Па. Они также могут работать от атмосферного давления и используются и в качестве форвакуумных насосов, и самостоятельных устройств, как низковакуумные. С падением давления течение газа будет будет меняться от вязкостного до молекулярно-вязкостного. Это двухроторные насосы (Рутс, когтевой, винтовой), спиральные, эжекторные, адсорбционные, пластинчато-роторные и т.д.

Вакуумные насосы высокого вакуума создают вакуум 10^-1..10^-4 Па. Они требуют предварительного разрежения менее 1 Па средне- или низковакуумными форвакуумными насосами и работают в молекулярном режиме течения газа. Все высоковакуумные насосы безмасляные, это турбомолекулярные, диффузионные, геттерные, магниторазрядные, криогенные насосы.

Вакуумные насосы сверхвысокого вакуума должны создавать вакуум менее 10^-5 Па. В этой области давлений используются те же типы насосов, что для области высокого вакуума. Чтобы достичь такого уровня вакуума довольно сложно, и чаще всего для откачки используют несколько насосов разных типов, кинетический и сорбционный, например, турбомолекулярный и криогенный. Такое решение позволяет компенсировать селективность откачки ТМН и необходимость частой регенерации крионасоса.