Основным узлом любой вакуумной системы является насос, потому что именно он выполняет основную задачу системы — откачивание из герметичного резервуара газовоздушной смеси. Создаваемые с его помощью параметры искусственного разряжения можно использовать в разных целях, например, при термической обработке металла. Установки отличаются производительностью, устройством и функциональными предназначениями.
Применение вакуума в лабораторных исследованиях является обязательным условием проведения для многих экспериментов, поэтому и требуются агрегаты разной производительности и принципа деятельности.
Содержание:
- Лабораторные вакуумные насосы
- Диафрагменный вакуумный насос
- Пластинчато-роторные вакуумные насосы
- Турбомолекулярный вакуумный насос
- Вакуумные насосы с одной и двумя ступенями
Лабораторные вакуумные насосы
Среди агрегатов, которые применяются в лабораториях, есть представители разных классов аналогичных изделий, которые работают как нагнетательные устройства и могут создавать различные параметры вакуума. Основа — периодическое изменение объема рабочего отсека.
Для выполнения поставленных задач наиболее приемлемы такие вакуумные агрегаты:
- Диафрагменный или мембранный;
- Пластинчато-роторный;
- ТМН (турбомолекулярный насос);
- Центробежные агрегаты;
- Изделия с качающим поршнем с одной или двумя ступенями.
Лабораторные вакуумные насосы - мембранный
Вышеперечисленные устройства способны работать по отдельности или в комплексе с такими же устройствами.
Основные параметры вакуумных насосов:
- Быстродействие;
- Предельное давление минимальной и максимальной величины;
- Параметры давления на выходе.
Для установки таких агрегатов систему или технологические линии предприятия нужна соответствующая арматура: принадлежности и комплектующие. У каждого изделия имеются переходники или штуцеры, куда подключаются шланги для вакуумных насосов, кроме этого, нужны приборы контроля и управления работой агрегата. Каждые производитель предлагает пользователям свои принадлежности и арматуру, которую указывает в каталогах.
Диафрагменный вакуумный насос
Для проведения опытов и различных исследований в лабораториях чаще всего применяется мембранный агрегат, потому что он отличается высокой надежностью, безотказностью, прост в эксплуатации и не требует проточной воды для охлаждения. Диафрагмы изготавливаются из материалов, которые стойко переносят воздействие агрессивных сред и не реагируют на взаимодействие с химически активными веществами. Поэтому их используют в опытах со взрывоопасными веществами или газовыми смесями.
Довольно часто в таких агрегатах применяются мембраны из тефлона, которые при колебании издают мало шума, а запас прочности позволяет использовать их продолжительное время.
Диафрагменный вакуумный насос
В некоторых моделях мембранных насосов применяется встроенная система высушивания конденсата, несмотря на частые изгибы, которые в некоторых случаях происходят по сложной траектории ввиду специальной конструкции, диафрагмы имеют большой назначенный ресурс, поэтому замена их производится довольно редко.
Пластинчато-роторные вакуумные насосы
Такие агрегаты довольно простые в обслуживании, да и устройство не отличается сложностью: за один полный оборот ротора происходит полный цикл, а у изделий двойного действия — два цикла, потому что и них в наличии два рабочих объема.
В маслонаполненном изделии происходит не только смазывание всех деталей, но и отбор тепловой энергии, поэтому они редко перегреваются, но в выходящем потоке присутствуют пары нефтепродуктов.
Пластинчато-роторные вакуумные насосы
В наосах сухого действия для охлаждения иногда применяется дистиллированная вода, они отличаются абсолютной чистотой нагнетаемого воздуха.
Основные характеристики пластинчато-роторных агрегатов:
- Скорость откачки измеряется в куб. м. за час или л/мин;
- Остаточное давление — мбар, Па;
- Линейные размеры, длина, ширина, высота (мм);
- Масса установки или насоса — (кг);
- Для масляных изделий указывается количество заливаемого масла;
- Привод — мощность, кВт и частота оборотов.
Принцип работы следующий: вначале воздух всасывается через входной патрубок в герметичную камеру, где сжимается, т. к. пластины плотно прижимаются к внутренней проточке корпуса, что предотвращает перетекания. Затем поток перемещается в сторону нагнетающего отверстия и покидает агрегат.
Циркулирующее внутри масло играет роль уплотнений и охлаждает детали. Лопатки безмаслянных насосов изготавливаются из графита, чтобы максимально снизить коэффициент трения.
Турбомолекулярный вакуумный насос
Для запуска ТМН нужен дополнительный форвакуумный насос, который создаст оптимальное давление, необходимое для запуска агрегата, для этих целей используют насосы других видов, например, пластинчато-роторные. У ТМН основные узлы: ротор, статор или корпус изделия и подшипники. Первый — металлический цилиндр с рядами лопаток, которые жестко установлены с небольшим разворотом в радиальном направлении. Неподвижная часть изделия или внешний корпус имеет также ряды лопаток, он изготавливается из прочного металла, как правило, это нержавеющая сталь. Статор обладает высокой герметичностью, что очень важно для высоких характеристик агрегата.
Подшипники изготовлены из керамики или нитрида силикона, поэтому устойчивы к износу, обеспечивая насосу бесперебойную работу в течение долгого времени. В современных турбомолекулярных агрегатах используется магнитная подвеска, которая в несколько раз снижает нагрузку на подшипниковый узел. Принцип действия ТМН заключается в скоростном вращении ротора, молекулы всасываемого газа поступают вовнутрь изделия через всасывающий патрубок, многократно разгоняются лопатками, которые имеют радиальные проточки.
Турбомолекулярный вакуумный насос
При этом происходит сильное сжатие газа, а затем молекулы его выводятся через отверстие нагнетания, за счет напора дополнительного изделия, которое создает предварительный вакуум.
На статоре расположены неподвижные лопатки, а на роторе они могут поворачиваться, но располагаются на разных уровнях. Подвижные лопасти передают импульс молекулам газа, заставляю их соударяться со стенками корпуса изделия. На поверхности статора эти молекулы постепенно накапливаются, а их температурная скорость начинает увеличиваться за счет быстрого вращения ротора, они начинают по радиальным каналам двигаться в сторону окна нагнетания.
Основная форма исполнения ТМН — вертикальная, они довольно компактны и могут располагаться на рабочем столе в лаборатории, что намного упрощает их использование. При работе они не издают шума, нет и вибрации.
Тыльная сторона изделия постоянно направлена вниз, чтобы исключить скопление в районе подшипникового узла конденсата от форвакуумного насоса. ТМН применяется для нанесения тонких слоев напыления, при производстве полупроводниковых приборов.
К их достоинствам относится:
- Отсутствие нефтепродуктов в рабочем объеме, т. к. там нет трущихся или соприкасающихся деталей;
- Нагнетание параметров глубокого вакуума;
- Возможность перемещения больших объемов газовоздушных смесей;
- Может работать с агрессивными средами;
- Рабочее давление внутри изделия изменяется в широком диапазоне;
- Устойчивость к резким скачкам давления;
- Быстрый запуск;
- Легко обслуживать;
- Качественно перекачивает тяжелые газы.
Для бесперебойной и эффективной работы высокоскоростного агрегата не нужно постоянно контролировать смазку подшипников, потому что ее достаточно для их нормальной работы в течение назначенного ресурса. Ввиду сложной конструкции регламентные работы, профилактические и капитальные ремонты могут производить только специально обученный технический персонал из центров сервиса компании-производителя.
Вакуумные насосы с одной и двумя ступенями
Преимущество одноступенчатых агрегатов в высокой ремонтной пригодности и простом управлении. Они применяются в небольших лабораториях для исследований и опытов, потому что производительность и мощность у них небольшая. Такие изделия могут производить откачку неагрессивных смесей из небольших резервуаров, т. к. создают форвакуумное давление в малых объемах.
Двухкамерные аналоги практически не отличаются по принципу работы, только у них две рабочих камеры и четыре патрубка. Скорость вращения основного ротора уменьшается, но зато и подшипники изнашиваются меньше.
Вакуумные насосы с одной и двумя ступенями
Насосы с двумя ступенями более производительные, чем одноступенчатые, они надежные и просты в обслуживании, при помощи таких агрегатов можно откачивать любые газовоздушные среды и пары. Нагнетательный патрубок первой ступени соединяется со всасывающим патрубком второй, поэтому рабочий поток минует вначале первую ступень, а затем дожимается в следующей, но незначительно.
Основное преимущество агрегатов с двумя ступенями в том, что происходит дополнительная очистка откачиваемого объема и на выходе давление несколько выше. Они отличаются компактностью, но небольшой производительностью.
При использовании такие насосы отличаются неприхотливостью, надежные в эксплуатации, не нуждаются в постоянном контроле и техническом обслуживании.Пластинчато-роторные и водокольцевые вакуумные насосы двухступенчатого типа составляют постоянную конкуренцию между собой, потому что первый может довольно быстро создавать в любой системе высокое давление, а ВВН — более качественно производит очистку перекачиваемых газовоздушных потоков от всех видов загрязнений.