Устройство и принцип работы вакуумного насоса. Как работает вакуумный насос.

Вакуумный насос — это устройство, которое может быть как маленьким, так и очень большим. Это зависит от уровня вакуума, используемого в процессе. Сегодня рынок предлагает пользователям четыре варианта вакуумных насосов, каждый из которых работает на основе определенного уровня вакуума.

Устройство и принцип работы вакуумного насоса

Вакуумные насосы предназначены для создания и поддержания вакуума путем откачки воздуха из системы. Вакуумный насос необходим для работы многих технических систем:

• Холодильники и кондиционеры,
• металлургические вакуумные печи,
• нефтяные и химические заводы,
• автоматические системы наполнения для пищевых продуктов и лекарств,
• механизмы для увеличения вакуума.

Масляные и безмасляные вакуумные насосы

В вакуумных насосах с масляной смазкой используется жидкая смазка для уменьшения износа и отвода тепла и продуктов износа от рабочих поверхностей. Кроме того, образование масляной пленки обеспечивает лучшее уплотнение и более глубокий вакуум.

Однако присутствие масла в технической системе не всегда приемлемо, например, в пищевой промышленности или фармацевтике, поэтому были разработаны безмасляные насосы, которые не нужно заполнять маслом. Эти насосы, как правило, обеспечивают не меньший вакуум, чем насосы с масляной смазкой.

Устройство и работа вакуумного насоса

Большинство современных вакуумных насосов приводится в действие электродвигателем. Внутри корпуса двигателя находится статор с медными катушками. Когда электрический ток проходит через медные катушки, он создает магнитное поле. Это магнитное поле воздействует на ротор и заставляет его вращаться.

Ротор электродвигателя соединен с валом, который приводит в движение устройство, нагнетающее воздух, например, ротор лопастного насоса или кривошипно-шатунный механизм поршня.

Вакуумные насосы с масляной смазкой должны быть заполнены маслом через заливную горловину, а перед включением необходимо проверить уровень масла через смотровое стекло.

Принцип работы пластинчатого вакуумного насоса

Корпус насоса содержит статор и ротор и установлен на кулачковых подшипниках. Внутри ротора находятся две подпружиненные пластины. Пластины всегда прижаты к поверхности статора пружинами. Это означает, что пластины всегда находятся в контакте со стенкой статора, а тонкий слой масла обеспечивает уплотнение между ними. Это создает герметично закрытые рабочие камеры.

При вращении ротора сначала увеличивается объем рабочей камеры, соединенной с впускным каналом. Вследствие увеличения объема рабочей камеры частицы воздуха засасываются в рабочую камеру. При дальнейшем вращении ротора объем печи уменьшается, поскольку ротор и статор расположены эксцентрично по отношению друг к другу. Когда объем рабочей камеры уменьшается, частицы воздуха вытесняются в выпускной канал.

Принцип работы поршневого вакуумного насоса

В поршневом насосе вал двигателя приводит в движение коленчатый вал, который, в свою очередь, приводит в движение поршень.

Когда поршень движется вниз (согласно схеме), открывается всасывающий клапан, и частицы воздуха всасываются в рабочую камеру вакуумного насоса.

Когда поршень движется вверх, объем рабочей камеры уменьшается, клапан в линии всасывания закрывается, а клапан в линии нагнетания открывается, частицы воздуха вытесняются поршнем на напорный выход.

В настоящее время относительно легко создать устройство, которое может извлекать воду или газ, а также другие вещества и продукты их распада (даже на молекулярном уровне!). Существует большое количество таких устройств.

Разновидности

Существуют различные типы вакуумных насосов, в зависимости от принципа их работы:

• поворотная лопатка,
• центробежный,
• водокольцевые насосы,

• Диафрагма (мембрана),
• Корни,
• турбомолекулярный.

Давайте более подробно остановимся на отдельных типах.

Пластинчато-роторные

Основным элементом данного типа агрегата является ротор, который вращается внутри рабочей камеры, создавая отрицательное давление. Для поддержания постоянного уровня в конструкции имеется лопасть, которая также вращается и время от времени закрывает отверстие, через которое газ поступает в насос.

Все детали устройства смазываются маслом. Это не только облегчает их вращение, но и действует как уплотнение и предотвращает попадание атмосферного воздуха в систему. Существуют также безмасляные насосы. Как следует из названия, они не содержат масла. Однако по этой причине они не могут создавать высокий уровень вакуума, поэтому их используют в системах с низким и средним вакуумом.

Пластинчато-роторные насосы всегда оснащены выпускным клапаном. Также может быть впускной клапан, но он есть не во всех моделях.

Центробежные

Нагнетание и сброс давления в агрегатах этого типа обеспечивается компрессором, вращающимся в рабочей камере. Он состоит из рабочего колеса с лопастями, расположенными под углом.

Водокольцевые

Принцип работы этих насосов аналогичен принципу работы пластинчато-роторных насосов. Однако в этом случае ротор наполовину заполнен жидкостью. При вращении ротор поглощает энергию последнего и под действием центробежной силы отталкивается от стенок камеры, создавая своеобразное кольцо (отсюда и название). Это создает отрицательное давление, которое позволяет откачивать газ из системы.

Водокольцевые насосы обычно создают низкий вакуум. Однако, используя более эффективные рабочие жидкости с высокой температурой кипения и охлаждая выходящий газ, можно добиться более низких давлений.

Диафрагменные (мембранные)

Сердцем устройства этого типа является диафрагма. Мембрана представляет собой чрезвычайно гибкую и округлую мембрану, которая приводится в движение электрическим током. Когда воздух выходит из системы, мембрана втягивается назад, сбрасывая давление.

Благодаря своим компактным размерам мембранные вакуумные насосы часто используются в медицинских и химических лабораториях, а также в системах анализа в химической промышленности. Существуют еще более интеллектуальные системы управления, которые значительно облегчают работу оператора.

Важные критерии выбора

При выборе насоса необходимо учитывать несколько важных критериев. Прежде всего, это давление, которое оказывает устройство.

В зависимости от этой функции может быть

• Низкий вакуум (от 10 5 до 10 2 Па),
• средний вакуум (от 10 2 до 1 0-1 Па),

• Высокий вакуум (от 1 0-1 до 1 0-5 Па),
• Очень высокий вакуум (менее 10-5 Па).

Центробежные вакуумные насосы и водокольцевые вакуумные насосы обеспечивают самое низкое давление. Однако это зависит от конкретной модели. Поэтому при выборе насоса следует обращать внимание в первую очередь не на тип насоса, а на его технические характеристики.

Другим важным параметром являются размеры. Они не так важны для устройств, которые используются в компаниях. Однако, если устройство будет использоваться в относительно небольшой лаборатории или медицинском учреждении, размеры очень важны. Размер устройства должен быть пропорционален его техническим характеристикам.

Также следует обратить внимание на химическую совместимость насоса. Не все модели подходят для использования с веществами, которые активно реагируют с различными поверхностями. Перед покупкой следует проанализировать, с какими веществами вам придется иметь дело, и выяснить, какие устройства могут работать с этими веществами, не причиняя вреда.

Другим важным параметром является скорость потока. Он скорее характеризует мощность устройства. Скорость потока — это количество газа, проходящего через устройство в единицу времени. Чем он выше, тем быстрее достигаются желаемые значения давления в системе.

Лучшие пластинчато-роторные модели

Pfeiffer Vacuum DuoLine

Технические особенности:

• Размеры 127x172x61 см
• Вес 9,6 кг,
• расход 1,25 м3 /ч,
• максимальное давление 3*1 0-3 мегабар.

Модель с вращающимися лопастями, предназначенная для низкого и среднего вакуума. Устойчив практически ко всем агрессивным веществам, может использоваться практически в любых условиях. Модель отличается длительным сроком службы и высокой надежностью. Его также можно использовать в качестве вакуумного насоса. Конструкция предусматривает использование масла. Это обеспечивает не только более длительный срок службы, но и низкое давление и отсутствие утечек.

Он может быть объединен с азотными ловушками, которые предотвращают выход откачиваемого газа в атмосферу.

Elmo Rietschle V-VC 50-150

Технические особенности:

• Размеры 59x34x27 см
• вес 57 кг,
• расход составляет 10 м3 /час,
• максимальное давление 10 мбар.

Высокоэффективные установки для производства в условиях низкого вакуума. В основном они используются в качестве вакуумных насосов. Они работают от бытовой сети 220 вольт.