Вакуумный насос в промышленности и быту

Первые отголоски о вакуумной технике были зафиксированы еще в 1643 году. Физик-теоретик Торричелли, впервые измерял степень атмосферного давления. Следующим этапом развития вакуумных приспособлений стало создание механического поршневого насоса с жидкостным уплотнением, который в 1650 году придумал Отто Фон Герике. В то время активно началось изучение поведения всевозможных веществ и живых организмов в вакуумной среде.

Благодаря стремительному развитию вакуумной техники во второй половине 19-го столетия были созданы вращательные, криосорбционные, молекулярные, диффузионные вакуумные насосы. Также велись успешные разработки компрессионных, тепловых и ионизационных манометров, что в дополнение дало старт развитию электроламповой промышленности.

Когда пришла эра СССР, была создана вакуумная лаборатория на заводе «Светлана» в Ленинграде. Это дало начало активным разработкам разного рода электроники и новых способов применения физики.

Что такое вакуумный насос

Данное приспособление предназначено для перекачки, нагнетания и удаления воздуха, газа либо пара, сжимая при этом обрабатываемую среду до необходимого значения давления. Чтобы лучше понять, как работает вакуумный насос и на каких физических принципах он основан, ниже представлен перечень терминов, которые непосредственно связаны с вакуумной системой:

• Начальное давление. Это степень сжатия обрабатываемой среды, минимальное значение которой позволяет вакуумному насосу начать свою работу. Таким образом, в списке технических характеристик того или иного насоса указано значение предельного уровня давления на входе, при котором может функционировать аппарат;
• Предельный вакуум. Этот показатель также указан в характеристиках насоса и означает, какой минимальный уровень давления способен выдать вакуумный агрегат, при стандартных условиях эксплуатации. Типы давления, такие как предельное остаточное, максимальное давление пуска, максимальное рабочее давление и максимальное давление на выходе, указываются единицами Па;
• Наивысшее давление на выхлопе. Это уровень разряжения, выходящий с выпускного шланга. Если превысить данный уровень, то соответственно вырастет степень сжатия со стороны впускного шланга. Не все типы насосов выбрасывают перекачиваемый газ в окружающую среду и для стабилизации их функционала подключаются агрегаты форвакуумного типа;
• Скорость откачки. Высчитывается количеством газа, проходящего через сечение выводного патрубка, при значении уровня давления р. Если данный показатель изменяется, это провоцирует уменьшение либо увеличение общей скорости откачки насоса. Соотношение уровня давления и скорости работы указывают на целесообразность использования агрегата в установленном зазоре давлений;
• Наивысшая производительность. Данный показатель определяет потребление входящего в насос газа либо воздуха, в условиях имеющегося уровня давления и определяется значением м³хПа/с. Чтобы вычислить реальную производительность агрегата, необходимо скорость откачки умножить на значение давления, которое было при замере скорости откачки, применив формулу т.е.Q=р·Sн.

Принцип работы вакуумного насоса

Если проанализировать все типы насосов, кроме паромасляного и пароэжекторного, то выходит, что они функционируют по принципу вытеснения, как и объемные типы насосов. Показатель генерации вакуума полностью зависим от степени герметичности рабочего объема, который создается механическими элементами внутри агрегата. К таким элементам относится золотник, пластины, колеса с лопастями и т.д. В итоге, вакуумный насос должен создать два наиболее важных обстоятельства: снизить уровень давления в герметичном объеме до необходимого значения, при помощи всасывания воздуха либо пара из оболочки и произвести данный процесс за определенный отрезок времени. Если необходимый объем всасывания рабочей среды обеспечивается, но в данных условиях степень сжатия не соответствует заданной величине, то необходимо устанавливать дополнительный форвакуумный насос, который будет форсировать процесс снижения давления обрабатываемой среды. Такая схема функциональности вакуумных насосов полностью идентична со способом последовательного соединения агрегатов. Если же условия работы вакуумного насоса сопровождаются достижением требуемого уровня давления, но скорость всасывания слишком мала, то схема подключения потребует параллельного соединения устройств между собой.

Указанные выше условия использования вакуумных насосов, определяют основной принцип их замены: один либо несколько насосов, которые заменяют основной, должны ему полностью соответствовать по скорости производительности в одинаковых обстоятельствах, влияющих на всасывание; установленные насосы должны в совокупности создавать требуемый уровень вакуума, обусловленный назначением всей установки. В дополнение, существует еще несколько требований, которые предъявляются технике, заменяющий основной механизм: устойчивость всех внутренних элементов к химически агрессивным газовым средам, отсутствие возможности смешиваться рабочей среды с жидкостью либо балластным газом. Если, к примеру, смотреть гидравлический насос, как основной агрегат, то наиболее целесообразным для его усиления будут водокольцевые насосы, которые смогут обеспечить условия вакуума на втягивание больших центробежных агрегатов. Такая технология позволит обеспечить самовсасывающий режим, при работе насосных станций и вдобавок, существенно сэкономить на затратах для оборудования, благодаря установке вакуумных насосов для насосных станций на меньшей глубине. Если процесс работы в данной технике не ограничивается конкретным временем запуска, то вспомогательный вакуумный насос может медленнее обеспечивать требуемый уровень вакуума на втягивающей магистрали центробежного аппарата, что вполне допустимо в соответствии со стандартами работы такой техники. Если же рабочая среда содержит токсичные элементы, то стандартный водокольцевой насос, по вышеописанной схеме подключать нельзя, это связано с тем, что обрабатываемая жидкость либо газ будет смешиваться с токсичными частицами.

Устройство вакуумного насоса

Вакуумные насосы являются достаточно сложным устройством, которое содержит в себе следующие элементы:

• Рабочая камера с подвижными частями, которые разнятся в зависимости от типа устройства;
• Масляный сепаратор, входит в конструкцию если насос не сухого принципа работы;
• Бак масляный;
• Газобалластный клапан.

Для того чтобы создать подвижные и неподвижные рабочие органы вакуумного насоса, применяют нержавеющую сталь либо алюминий. В некоторых случаях, корпуса агрегатов выполняются из черного чугуна, который увеличивает прочность оборудования, но и существенно повышает его вес. Самая главная особенность, которой должен обладать любой вакуумный насос – это его герметичность. Чтобы обеспечить такие обстоятельства, в конструкции агрегата содержится большое количество уплотнителей и сальников.

Виды вакуумных насосов

В зависимости от способа исполнения и типа рабочих органов вакуумных насосов, существуют следующие разновидности этих устройств:

• Пластинчато-роторный вакуум насос. Такой тип может быть как сухого действия, так и с вакуумным маслом, в качестве рабочей жидкости. Чтобы агрегат мог функционировать без смазки, его вращающиеся внутренние детали устанавливаются так, чтобы исключить какой-либо контакт между собой и внутренними стенками вакуумной камеры. Конструктивно, внутренний рабочий объем имеет две секции разного размера. При помощи движения лопаток и ротора происходит регулировка циркуляции обрабатываемой среды посредству замещения. Это происходит поочередно, в середине каждого из отсеков. В процессе перемещения газовой среды между камерами происходит открытие клапана обратки, через который газовая среда поступает во внутренний объем камеры. В зависимости от требуемого уровня производительности пластинчато-роторного насоса, он может быть укомплектован одним либо двумя роторами. Во втором варианте рабочие характеристики будут выше, но потребляемая энергия также будет больше;
• Водокольцевой вакуум насос. В принципе, способ перекачки газовой среды схож с пластинчато-роторными моделями, здесь также понижается давление при помощи ротора, но он вращается в жидкости, которая должна постоянно и стабильно подаваться в рабочую область прибора. Среди плюсов такого типа насосов можно отметить: простую конструкцию, высокую эффективность и отличные технические характеристики. К минусам можно отнести частое сервисное обслуживание, что делает эксплуатацию водокольцевого насоса немного неудобной;
• Мембранно-поршневой насос. Как понятно из названия, в основу конструкции заложен поршень, который двигается за счет вращения вала электродвигателя. крутящий момент передается с помощью шатуна, объединяющего вал мотора и поршень через эксцентрик. Такие насосы наиболее популярны для применения в быту, так как обладают низким уровнем шума и незначительным потреблением электроэнергии. Вдобавок, мембранные насосы имеют малые габариты и высокую производительность, что особо актуально для эксплуатации их при перекачке воды из скважины;
• Винтовой вакуум насос. В данных насосах не используется рабочая жидкость в виде масла и не требуется подключение компрессора. Они достаточно производительны и малогабаритны. В особо бюджетных вариантах используется ручной привод, что актуально при работе с перекачкой малого количества жидкости. Но небольшие размеры имеет только те агрегаты, у которых одноступенчатый принцип действия. Если вакуум насос двухступенчатый, то существенно возрастают его размеры и соответственно, вырабатываемая мощность;
• Вихревой вакуум насос. Это пароэжекторный типы приборов, которые в силу своей конструкции способны поднимать большие объемы воды из очень глубоких скважин. Использовать данное оборудование актуально только в промышленных целях, так как инжекторный способ работы обуславливает сильное потребление электроэнергии. Если перекачиваемая среда содержит химически агрессивные составляющие, то применяется пароэжекторный винтовой насос.

Области применения вакуумных насосов

Для решения огромного количества разных задач в помощь человеку, широко используется разное вакуумное оборудование. Состав любого из них практически всегда входит в вакуумный насос и применяются такие установки в следующих сферах производства и деятельности человека:

• Для защиты окружающей среды. Это выражено в использовании дополнительного оборудования, фильтрующего насосный выхлоп и технологиями, которые снижают уровень шума, издаваемого насосами;
• Полиграфическая сфера. Для целевых нужд в основном используют водоструйные насосы, помогающие в процессах копирования, сканирования и подготовки разных изображений;
• Пищевое производство. Термическая обработка, нарезка, фасовка, упаковка и так далее, всегда сопровождаются работой вакуумных насосов;
• Медицинская отрасль. Здесь вакуумные устройства обеспечивают работу дыхательных аппаратов, устройство забора крови и т.д.;
• Химическое производство. Чтобы минимизировать вредные выбросы в процессе производства разного рода веществ и материалов, обработка которая выделяет вредный газ, используется разного рода трубопроводы и резервуары с вакуумной средой.

Такие сферы деятельности как строительство, фармацевтика, нефтепереработка, металлургия и прочие виды предприятий, также широко применяют разные модификации вакуумных насосов.