Вакуумный насос: принцип работы, характеристики

Принцип работы вакуумных насосов различных типов, их особенности

Основной принцип вакуумного насоса любого типа – это вытеснение. Он одинаковый у всех вакуумных насосов любого размера и любого способа применения. Другими словами, принцип действия вакуумного насоса сводится к удалению газовой смеси, пара, воздуха из рабочей камеры. В процессе вытеснения изменяется давление, и молекулы газа перетекают в требуемом направлении.

Два важных условия, которые должен выполнить насос – это создать вакуум определенной глубины, откачав газовую среду из необходимого пространства и сделать это в течении заданного времени. Если какое-то из этих условий не выполняется, то приходится подключать дополнительный вакуумный насос. Так, в случае необеспечения требуемого давления, но за нужный промежуток времени, подключается форвакуумный насос. Он дополнительно снижает давление, чтобы выполнились все необходимые условия. Этот принцип работы вакуумного насоса подобен последовательному подключению. И наоборот, если не обеспечивается скорость откачки, но при этом достигается нужная величина вакуума, то потребуется другой насос, который поможет достичь необходимый вакуум быстрее. Такой принцип работы вакуумного насоса схож с параллельным подключением.

Примечание. Глубина вакуума, создаваемого вакуумным насосом зависит от герметичности рабочего пространства, которое создают элементы насоса.

Чтобы создать хорошую герметичность рабочего пространства применяется специальное масло. Оно уплотняет зазоры и полностью их перекрывает. Вакуумный насос, имеющий такое устройство и принцип действия называется масляным. Если принцип вакуумного насоса не предусматривает использование масла, то он называется сухим. Преимуществом в использовании пользуются сухие вакуумные насосы, так как они не требуют обслуживания с заменой масла и так далее.

Кроме вакуумных насосов промышленного назначения, широкое применение получили небольшие насосы, которые можно использовать в домашних условиях. К ним относится ручной вакуумный насос для перекачки воды из скважин, водоемов, бассейнов и прочего. Принцип работы ручного вакуумного насоса разный, все зависит от его типа. Различаются такие виды ручных вакуумных насосов:

Поршневой.
Штанговый.
Крыльчатый.
Мембранный.
Глубинный.
Гидравлический.

Поршневой вакуумный насос работает за счет движения внутри него поршня с клапанами в середину корпуса. В результате давление уменьшается, и вода через нижний клапан поднимается вверх пока ручка поршня опускается вниз.

Штанговый вакуумный насос похож по принципу действия на поршневой, только роль поршня в корпусе выполняет очень вытянутая штанга.

Крыльчатый вакуумный насос имеет совсем другой принцип действия. Давление в рабочей камере насоса создается за счет движения рабочего колеса с лопастями (крыльчатка). При этом вода поднимается по стенке камеры, это повышает давление и, вода выплескивается наружу.

Более сложной конструкции является роторный вакуумный насос. Но эта сложность компенсируется тем, что в возможности насоса входит перекачка не только воды, но и более тяжелых масляных жидкостей. Давление в насосе создает ротор с тонкими пластинами, которые вращаются и с помощью центробежной силы втягивают жидкость в емкость, а потом физической силой выталкивает ее.

Мембранный вакуумный насос не имеет никаких трущихся частей, поэтому может использоваться для перекачки очень грязных смесей. С помощью внутреннего маятника и мембраны создается вакуум, который перемещает жидкость через корпус в необходимое место. Чтобы корпус не заклинивал от задержавшегося случайно мусора, насос оснащен специальными клапанами, которые очищают насос.

Глубинный вакуумный насос способен поднимать воду с очень большой глубины (до 30м). Принцип его работы такой же, как и у поршневого, но с очень длинным штоком.

Гидравлический вакуумный насос хорошо перекачивает вязкие вещества, но широкого применения он не получил. Более подробно принцип работы и устройство вакуумных насосов рассмотрим на отдельных его видах.

Принцип работы водокольцевых вакуумных насосов

Один из типов вакуумных насосов — водокольцевой вакуумный насос, принцип действия его основан на создании герметичности рабочего объема с помощью жидкости, а именно воды.

Рассмотрим подробно водокольцевой вакуумный насос и его принцип работы. Внутри корпуса водокольцевого насоса находится ротор, который смещен относительно центра немного вверх. На роторе размещено рабочее колесо с лопастями, вращающимися во время работы. Внутрь корпуса закачивается вода. При движении колеса лопасти захватывают воду и центробежной силой отбрасывают ее в сторону корпуса. Так как скорость вращения достаточно большая, то в результате образуется водяное кольцо по окружности корпуса. В середине корпуса получается свободное пространство, которое и будет так называемой рабочей камерой.

Примечание. Герметичность рабочей камеры обеспечивает окружающее ее водяное кольцо. Поэтому такие насосы и называются водокольцевыми вакуумными насосами.

Рабочая камера получается серпообразной формы, и она разделяется лопастями колеса на ячейки. Эти ячейки получаются разного размера. Во время движения газ перемещается поочередно по всем ячейкам, направляясь в сторону уменьшения объема и одновременно сжимаясь. Так происходит большое количество раз, газ сжимается до необходимой величины и выходит через нагнетательное отверстие. Когда газ проходит через рабочую камеру, он очищается и выходит наружу уже чистым. Это свойство оказывается очень полезным для откачивания загрязненных сред или насыщенных паром газовых сред. Вакуумный насос во время работы постоянно теряет небольшое количество рабочей жидкости, поэтому в конструкции вакуумной системы предусмотрен резервуар для воды, которая потом по принципу работы возвращается назад в рабочую камеру. Это необходимо еще и потому, что молекулы газа сжимаясь отдают свою энергию воде, тем самым нагревая ее. И чтобы избежать перегрева насоса, вода охлаждается в таком отдельном резервуаре.

Подробно посмотреть, как устроен водокольцевой вакуумный насос и принцип его работы можно на видео, предложенном ниже.

Работа пластинчато-роторных насосов

Пластинчато-роторный вакуумный насос относится к числу масляных насосов. В середине корпуса находится рабочая камера и ротор с отверстиями, который расположен эксцентрично. На роторе установлены лопатки, которые могут перемещаться по этим щелям под воздействием пружин.

Рассмотрев устройство, теперь рассмотрим, какой имеют роторные вакуумные насосы принцип работы. Газовая смесь попадает в рабочую камеру через входное отверстие, продвигается по камере под воздействием вращающегося ротора и лопаток. Рабочая пластина, отталкиваясь пружиной от центра, прикрывает собой входное отверстие, уменьшается объем рабочей камеры, и газ начинает сжиматься.

Примечание. Во время сжатия газа возможно выпадение конденсата за счет насыщения пара.

Когда сжатый газ выходит наружу, вместе с ним выходит и образовавшийся конденсат. Этот конденсат может плохо повлиять на работу всего насоса, поэтому в конструкции пластинчато-роторных насосов еще необходимо предусматривать газобалластное устройство. Схематично посмотреть, как работает роторно-пластинчатый вакуумный насос, принцип работы его, можно на рисунке ниже на примере насоса Busch R5. Как уже упоминалось, пластинчато-роторный насос – это масляный насос. Масло необходимо, чтобы устранить все зазоры и щели между лопатками и корпусом, и между лопатками и ротором.

Масло в рабочей камере смешивается с воздушной средой, сжимается и выходит в масляную емкость. Воздушная смесь более легкая переходит в верхнюю камеру сепаратора, где она окончательно очищается от масла. А масло, вес которого больше, оседает в масляной емкости. Из сепаратора масло возвращается на впуск.

Примечание. Качественные насосы очищают воздух очень тщательно, потерь масла практически нет, поэтому подливать масло в такие насосы необходимо крайне редко.

Принцип работы насоса ВВН

ВВН — водяной вакуумный насос, принцип работы которого такой же, как у водокольцевого вакуумного насоса.

Рабочей жидкостью насосов ВВН является вода. На схеме можно увидеть простой принцип работы насоса ВВН.

Движение ротора насоса ВВН происходит непосредственно двигателем через муфту. Это обеспечивает большие обороты ротору, и как следствие, возможность получения вакуума. Правда, вакуум насосы ВВН могут создать только низкий, из-за этого их называют насосами низкого давления. Простые насосы ВВН могут откачивать газы, насыщенные парами, загрязненные среды, и при этом очищать их. Но состав должен быть неагрессивным, чтобы чугунные детали насоса не повредились в результате реакции с химическим составов газа. Поэтому существуют модели насосов ВВН, детали которых изготовлены из титанового сплава или сплава на основе никеля. Они могут откачивать смесь любого состава, не боясь возникновения повреждений. Насос ВВН, в силу своего принципа работы, выполняется только в горизонтальном исполнении, а газ поступает в камеру сверху по оси.

Водокольцевой вакуумный насос. Принцип работы.

Водокольцевой вакуумный насос (ВВН) – низковакуумный ВН, тип жидкостно-кольцевых насосов (ЖКВН), где рабочая жидкость – вода (в ЖКВН могут использоваться любые жидкие вещества: кислоты, органика, щелочи и т.д. в зависимости от состава газа, который нужно откачать из системы, и технологического процесса).

Водокольцевой вакуумный насос. Принцип работы и схема насоса простого действия.

Наиболее распространены ВВН простого действия, в которых отвод (нагнетание) и подвод (всасывание) газа происходит вдоль оси. В таких конструкциях (рис. 1) литое рабочее лопаточное колесо 1, установленное с эксцентриситетом относительно цилиндрического корпуса 2, который заполняют водой до центра колеса, уровня A-A. Ротор быстро вращается (1000..3000 об/мин) — радиальные лопатки приводят в движение воду, которая силами инерции отбрасывается к поверхности корпуса и образует водяное кольцо 4. Формируется полость в форме полумесяца, которую лопатки делят на рабочие ячейки 3.

Рисунок 1. Схема ВВН простого действия

1 – рабочее лопаточное колесо; 2 – цилиндрический корпус; 3 – рабочие ячейки; 4 – водяное кольцо; 5 – окно всасывания; 6 – окно нагнетания; 7 — мертвый объем

Так как оси колеса и водяного кольца не совпадают, объем ячеек при вращении непрерывно изменяется. Когда он растет — давление падает и через окно всасывания 5 из откачиваемого объема, например, вакуумной камеры, затекает порция газа. Когда уменьшается — происходит процесс внутреннего сжатия (давление растет). Окно нагнетания 6 расположено так, что при соединении с ним объем ячеек продолжает сокращаться, благодаря чему газ поступает на нагнетание за исключением небольшой части ячейки 7 (мертвого объема), из которой он возвращается на всасывание.

Предельное остаточное давление ЖКВН определятся величиной мертвого объема и давлением насыщенных паров рабочей жидкости. Для воды это давление составляет около 10 3 Па.

Максимальная быстрота действия определяется объемом ячеек и величиной перетеканий с нагнетания на всасывание (в том числе и из мертвого объема).

Водокольцевой вакуумный насос. Принцип работы ВВН двойного действия

Рисунок 2. Схема ВВН двойного действия

1 – рабочее лопаточное колесо; 2 – корпус с овальным в сечением; 3 – жидкостное кольцо; 4 – окна всасывания; 5 – окна нагнетания; 6 – мертвый (защемленный) объем

ВВН двойного действия (рис.2) работает так же, как и простого. Отличие заключается в том, что оси колеса 1 и корпуса 2, выполненного форме овального цилиндра, совпадают. Когда колесо вращается, внутренняя поверхность водяного кольца принимает форму овала 3 – и получается две полости. Из-за чего делается по два окна всасывания 4 и нагнетания 5.

Если вы подумали, что при прочих равных условиях быстрота действия этого ВВН должна быть в два раза больше, чем простого, то теоретически вы, конечно, правы, а на практике ошиблись. Из-за перемещения газа в мертвом объеме 6 обратно на всасывание и перетеканий через торцевые зазоры быстрота действия увеличивается всего в 1,4…1,5 раз. Зато овальная форма корпуса усложняет конструкцию, из-за чего увеличивается цена, и увеличивает вероятность разрыва потока вращающейся жидкости. Поэтому такая конструкция используется редко.

Преимущества и недостатки водокольцевых вакуумных насосов

в водокольцевом вакуумном насосе, принцип действия которого подразумевает теплообмен между жидкостью в кольце и газом, сжатие можно считать изотермическим (нагретая вода отводится и электронасосом подается холодная);
активный теплообмен с жидкостью дает возможность откачивать полимеризующиеся, быстроразлагающиеся или воспламеняющиеся газы;
простая конструкция обеспечивает высокую надежность при эксплуатации;
водяное кольцо, главная особенность этого устройства, делает его нечувствительным к загрязнениям откачиваемого газа парами, пылью, твердыми частицами, капельной жидкостью и т.д.;
если вместо воды подобрать жидкость с нужными свойствами, то ЖКВН легко справляется с откачкой агрессивных газов, благодаря чему нашел применение в химической промышленности;
ВВН не загрязняет откачиваемый газ масляным паром, так как в проточной части отсутствуют трущиеся элементы, для обеспечения подвижности которых необходима смазка, как, например, в пластинчато-роторном ВН; роль уплотнителя зазоров также выполняет вода.

большие энергозатраты на вращение кольца воды;
только низкий вакуум (высокое предельное остаточное давление даже для двухступенчатых конструкций 1..10 кПа);
большой размер из-за малой величины окружной скорости на конце лопаток роторного колеса.

Принцип работы вакуумных насосов: водокольцевые вакуумные насосы ВВН

Вакуумные насосы являются инструментом для создания разряженного пространства в системе. С их помощью производят перемещение жидкостей, воздуха, пара и других газообразных сред. Все они имеют различный принцип работы, о которых пойдет речь в статье.

Принцип работы водокольцевых вакуумных насосов

Водокольцевые вакуумные насосы предназначены для перекачивания воды и газов. Корпус установок данного типа имеет цилиндрическую форму. Внутри него имеется ротор с лопатками, который вращается за счет действия электрического двигателя и, в заведенном состоянии, центробежной силы.

В ходе вращения ротора лопатками происходит захватывание жидкости и отбрасывание к корпусу. При этом в пространстве между лопастями образуются кольца, из-за которых насосы называются водокольцевыми. Рабочая полость установки – пространство, возникающее между колесом и корпусом. Лопатками оно разбивается на ячейки различного объема.

Всасывание происходит в процессе увеличения объема определенной ячейки, ограниченной лопатками. В процессе уменьшения ячейки жидкость сжимается и нагнетается. Во время сжатия в установке газа, происходит отвод тепла. При этом газ при сжатии не меняет температуру, в то время как рабочая жидкость становится теплее. Это обуславливает необходимость постоянно ее обновлять. Подача рабочей жидкости организуется посредствам всасывающего патрубка. В некоторых случаях она может организовываться посредствам гидравлическое уплотнение вала. После того, как рабочая жидкость с газом проходят через рабочую зону, они выходят через нагнетательное окно.

Благодаря тому, что водокольцевые насосы имеют простой принцип работы, они просты в эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте. Среди двигающихся частей агрегата только рабочее колесо с лопатками. Для того чтобы свести к минимуму трение деталей, между рабочими поверхностями имеются зазоры. Высокая надежность водокольцевого насоса обусловлена отсутствием шестереночных передач, клапанов и других изнашиваемых деталей. В них не используются вакуумные масла, отсутствует система смазки. Уплотнение зазоров происходит за счет рабочей жидкости, которая так же обеспечивает смазку сальников вала.

При помощи водокольцевых насосов можно производить равномерную откачку и подачу неагрессивных газов. С их помощью можно отсасывать и параллельно подавать в вакуумную систему. Благодаря тому, что процесс сжатия является изотермическим, с его помощью можно перекачивать ацетилен, углекислый газ, хлор и другие газы.

Увеличение производительности водокольцевого насоса наблюдается при конденсации водяных паров. При этом установки данного типа имеют невысокую производительность. Зачастую они могут использоваться как форвакуумные установки.

Работа пластинчато-роторных насосов

Пластинчато-вакуумные насосы предназначены для создания в системе, оборудовании вакуума низкой, средней и высокой глубины. Одноступенчатые насосы способны создавать давление в системе со значением 2000 Па. Двухступенчатые способны создавать давление в системе со значением 1000 Па. Благодаря тому, что они имеют высокую производительность, могут использоваться на промышленных предприятиях. Быстродействие некоторых установок составляет 1500 м3/час.

Существуют сухие пластинчато-роторные насосы, которые не способны создавать глубокое давление, то обладают таким же быстродействием. Основным их преимуществом является то, что в процессе работы они не выделяют веществ, которые могут загрязнять газовую смесь.

Корпус пластинчато роторного насоса имеет цилиндрическую форму. Внутри него находится ротор с лопастями, которые при вращении осуществляют нагнетание воздушной смеси. Они изменяются в длине за счет пружин.

Принцип работы пластинчато-роторного насоса по этапам:

Воздушная или газовая смесь поступает в рабочую камеру за счет разряжение.
Лопасти ротора начинают проталкивать воздух по кругу в рабочей камере.
Происходит изоляция воздуха во время его отсечения пластинами. Пластины плотно прижаты к корпусу благодаря действию пружины, которая установлена на них.
Воздушная смесь продолжает движения за счет пластин, которые разжимаются под действием пружин. Это происходит из-за того, что ротор имеет эксцентричное расположение. Т.е. он смещен относительно центра. Во время перемещения в основном рабочем объеме газ продолжает сжиматься, происходит насыщение паром и образование конденсата.
В конечном итоге сжатая смесь выходит из рабочей камеры. В результате высокой скорости вращения и постоянного сжатия газа происходит накапливание конденсата, который необходимо выводить из системы.

В большинстве пластинчато-роторных насосов используется вакуумное масло. Такие установки относятся к масляным вакуумным насосам. Те агрегаты, в которых оно не используется, называются сухими. Вакуумное масло необходимо для того, чтобы зазоры между рабочими лопатками и корпусом уплотнялись, не пропуская воздушную смесь.

В рабочую зону вакуумное масло попадает из специального резервуара. Там оно смешивается с газом, который подвергается откачиванию. При выходе из рабочей камеры масло обратно возвращается в резервуар. Это происходит за счет того, что в насосе имеется сепаратор и газовая смесь уходит в него, а вакуумное масло стекает назад. При прохождении через сепаратор воздушная смесь подвергается очистке.

Одна из основных проблем, которая возникает при работе пластинчато-роторного насоса, — это конденсат. Для того чтобы эффективно избавлять от него установки могут оснащаться газобалластным устройством. Необходимо помнить, что оно немного ухудшает возможности насоса. Показатель предельного остаточно давления при его использовании возрастает. Но этот недостаток отходит на второй план перед тем, что установка с газобалластным устройством имеет длительный срок службы. Менять вакуумное масло также приходится реже.

Принцип работы насоса ВВН

Длительны срок службы насосов ВВН достигается благодаря тому, что в качестве рабочей жидкости используется вода. Она оказывает смазочный эффект для основных двигающихся элементов установки. Установки медленно изнашиваются из-за отсутствия в системе соприкасающихся деталей, кроме подшипника.

Электродвигатель ВВН заставляет двигаться ротор с лопастями, который в свою очередь создает центробежную силу. После включения в устройство начинает поступать вода, которая заполняет часть рабочего пространства. При работе вода начинает прижиматься к стенкам, оставляя место для перекачиваемых газов.

За счет того, что в насосе создается разница давлений, газовая смесь продвигается в середину установки. Из-за наличия в системе жидкости, газ во время движения очищается и походит через ячейки. Постоянное вращение ротора позволяет осуществлять непрерывную перекачку смеси. Через установку могут проходить газы различных типов, в том числе взрывоопасных. Благодаря этой особенности они используются предприятиями химической промышленности. В действии они просты, поэтому не требуют особенных знаний для проведения технического обслуживания.

Чаще всего на предприятиях используются насосы серии ВВН. Различные модели имеют свои технические характеристики. Для сравнения рассмотрим модели серии. Установка ВВН 1-12 оснащается двигателем, который имеет мощность 22 кВт. Количество заливаемой жидкости в установку составляет 1,4 м3/ч. Ротор вращается со скоростью 1000 об/мин.

Более производительные установки данной серии это; ВВН 1-3, ВВН 2-50, ВВН 70-А. Первая модель потребляет около 7 л/мин и ее производительность составляет 3,3 м3 мин. Максимальный показатель остаточного давления может быть не более 0,45 мм.рт.ст.

Водокольцевые вакуумные насосы имеют высокую популярность на предприятиях различного типа. Благодаря тому, что в них используется жидкость, они занимают определенную нишу в вакуумном оборудовании и не могут заменяться установками другого типа.

Вакуумный насос: принцип работы, устройство, как подобрать

Техническое устройство, которое специально предназначено для откачивания газов и паров из замкнутого объема и формирования в нем вакуумной среды, называется вакуумный насос. Такое оборудование делится на различные типы в зависимости от своего конструктивного исполнения и принципа действия. Оно активно используется в различных отраслях промышленности, на предприятиях сельскохозяйственной отрасли, а также для оснащения лабораторных подразделений.

Пластинчато-роторный масляный вакуумный насос 2НВР5Д

Отдельные модели вакуумных насосов применяются и для решения бытовых задач (в частности, для организации более компактного хранения вещей и постельных принадлежностей, для продления срока годности пищевых продуктов, также находящихся на хранении). Чтобы правильно подобрать устройство, способное создавать разрежение воздуха в окружающей его среде, ограниченной определенным объемом, необходимо разобраться не только в том, как работает вакуумный насос, но и в конструктивных особенностях различных типов такого оборудования, а также в их функциональных возможностях.

Принцип действия

Принцип действия основной части вакуумных насосов заключается в том, что разряжение воздуха, которое создают такие устройства, достигается за счет изменения объема рабочей камеры. Для следующих типов вакуумных насосов принцип работы характерен вышеуказанный:

ротационные устройства;
водокольцевые вакуумные насосы (ВВН);
вакуумные насосы поршневого типа.

Устройство жидкостно-кольцевого вакуумного насоса

Машины, работающие по данному принципу, создают предварительное разрежение воздуха. Такое состояние воздушной среды, которого вполне достаточно для решения многих задач, называют форвакуумом. Для того чтобы создать более глубокий вакуум, необходимо использовать насосные устройства других типов, к которым, в частности, относятся:

молекулярные;
турбомолекулярные;
вакуумные насосы водо-, пароструйного и паромасляного типа;
диффузионные и эжекторные устройства.

Принцип действия вакуумных насосов вышеперечисленных типов основан на том, что движение молекулам откачиваемой газовой или воздушной среды передается от движущейся с высокой скоростью жидкой или газообразной субстанции либо твердой поверхности.

Направления движения струи газа, жидкости или твердой поверхности и молекул откачиваемой среды могут совпадать или располагаться перпендикулярно друг к другу (турбомолекулярные насосы).

Принцип работы пароструйного вакуумного насоса

Эффективность работы большей части вакуумных насосов зависит от того, насколько эффективно в них реализуется принцип вытеснения. Объем вакуума, который они способны создать в замкнутом пространстве, напрямую зависит от того, насколько герметичной является их рабочая камера. За обеспечение герметичности последней отвечает сразу несколько элементов конструкции вакуумного насоса – рабочее колесо и пластины, которые зафиксированы на его внешней поверхности, золотники.

Нередки ситуации, когда насос вакуумный способен откачивать газовую среду, но его технических возможностей недостаточно для того, чтобы понизить ее давление до требуемого значения. В таких случаях используется одновременно несколько вакуумных насосов, подключаемых друг к другу последовательно. Если же необходимо повысить скорость формирования вакуумной среды, также используется несколько насосов, но в таком случае они соединяются по параллельной схеме.

Как работает ВВН

Водокольцевой вакуумный насос – это наиболее популярный тип оборудования, используемого для откачивания газовых сред из замкнутых объемов. Для функционирования таких устройств нужна жидкая рабочая среда, в качестве которой преимущественно используется вода (реже – масло, тосол, щелочи, кислоты и другие вещества). Конструктивная схема насосов данного типа включает в себя колесо с лопатками, которое является основным рабочим органом таких устройств.

Принцип, по которому работают ВВН, достаточно прост. Заключается он в следующем.

Под воздействием вращения лопаточного колеса, создающего центробежную силу, жидкость отбрасывается к стенкам рабочей камеры, формируя по ее внутреннему периметру водное кольцо.
В центральной части рабочей камеры в результате протекания вышеописанного процесса создается зона разрежения, что и обеспечивает всасывание откачиваемой газовой среды в такую камеру через входной патрубок.

Принцип работы и основные детали насоса ВВН

Следует иметь в виду: принцип работы вакуумных насосов данного типа подразумевает, что жидкая рабочая среда постоянно нагревается, поэтому ее необходимо регулярно менять.

Устройство и принцип действия водокольцевых вакуумных насосов достаточно просты, что обеспечивает высокую надежность такого оборудования, а также простоту его эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.

Водокольцевые вакуум-насосы не требуют очистки перекачиваемых газов и способы работать в круглосуточном режиме

Что представляют собой вакуумные насосы Рутса

В тех случаях, когда в замкнутой системе, характеризующейся значительными газовыми нагрузками, требуется создать вакуум не слишком большого значения, может быть использован механический вакуумный насос Рутса, относящийся к устройствам двухроторного типа. Основой конструкции таких насосов являются два ротора, которые синхронно вращаются в корпусе в разные стороны, не контактируя друг с другом.

Работают такие насосы, роторы которых в поперечном сечении имеют форму восьмерки, без использования жидкой рабочей среды. Это исключает наличие в их внутренней камере постоянно двигающейся массы, что улучшает динамическую балансировку таких устройств. Именно поэтому даже при высоких скоростях вращения роторов насосы Рутса практически не издают шума и не вибрируют.

Схема насоса Рутса

Чтобы уменьшить противоток откачиваемых насосами Рутса газовых сред, на выходе из таких устройств дополнительно устанавливают достаточно производительные форвакуумные насосы. В качестве последних могут быть использованы такие виды вакуумных насосов, как устройства пластинчато-роторного, роторно-поршневого и винтового типа. Кроме того, в роли форвакуумного применяют водокольцевой вакуумный насос. Между форвакуумным насосом и насосом Рутса, чтобы предотвратить попадание масла в откачиваемый объем, устанавливается масляная ловушка сорбционного или ионного типа. Использование насосов Рутса в связке с форвакуумными устройствами позволяет создавать низкий и средний вакуум с высокой скоростью откачивания.

Насос Рутса предназначен для транспортировки больших объемов газов

Конструкция и принцип действия вакуумных насосов для дизельных двигателей

Насосы, которыми оснащаются дизельные двигатели, предназначены для создания вакуума в рабочей камере такого агрегата. Основным конструктивным элементом данных насосов является ротор, оснащенный выдвигающейся пластиной, разделяющей рабочую камеру устройства на две полости. Поскольку ротор вакуумного насоса для дизельных двигателей установлен в рабочей камере эксцентрично, при его вращении выдвигающая лопасть уменьшает объем одной части такой камеры, одновременно увеличивая объем другой полости. Таким образом, в рабочей камере создается зона разрежения, что способствует всасыванию воздуха через входной патрубок. Попадающий в рабочую камеру воздух проталкивается лопастью к выходному патрубку.

В дизельных двигателях вакуумный насос служит для создания разряжения

Для смазывания движущихся элементов внутренней конструкции вакуумного насоса для дизельных двигателей, а также для обеспечения более плотного прилегания лопастей таких устройств к внутренним стенкам их рабочей камеры используется масло, которое подается от головки цилиндров самого двигателя по специальному каналу. Для приведения в действие насоса используется коленчатый или распределительный вал самого дизельного двигателя. Как можно заметить, устройство и принцип действия вакуумных насосов для дизельных двигателей мало чем отличаются от того, как устроены и работают устройства водокольцевого типа.

Как устроен вакуумный насос для откачивания воды

Водяные вакуумные насосы, которые относятся к специальному насосному оборудованию, одинаково успешно могут быть использованы для откачивания воды, газовой среды, а также газа, смешанного с жидкостью. Активно применяется такое оборудование как в различных отраслях промышленности, так и в быту (в частности, такими устройствами оснащаются системы автономного водоснабжения и полива, их применяют для откачивания воды из различных водоемов и ее транспортировки к месту потребления).

Принцип действия вакуумного насоса для воды

Принцип, по которому работает вакуумный насос для воды, заключается в следующем.

Вода, находящаяся в рабочей камере, захватывается лопатками рабочего колеса и также начинает перемещаться.
В результате вращения лопаток колеса вместе с жидкостью на последнюю оказывается центробежная сила, что приводит к отталкиванию жидкости к стенкам рабочей камеры.
В результате протекания вышеописанных процессов в центральной части рабочей камеры создается разрежение воздуха (а фактически вакуум, так как корпус устройства надежно загерметизирован). В данную область рабочей камеры как раз и втягивается газовая или жидкая откачиваемая среда.

Степень герметичности рабочей камеры вакуумного насоса для воды можно регулировать, что позволяет уменьшать или увеличивать давление перекачиваемой среды в напорной магистрали.

Внешне вакуумный водяной насос похож на обычное устройство центробежного типа

Вакуумные насосы для откачки воды, как можно заметить, по конструкции и принципу действия мало чем отличаются от насосных устройств центробежного типа. Между тем имеют такие устройства целый ряд весомых преимуществ.

Элементы конструкции оборудования обладают высокой прочностью и, соответственно, более высокой надежностью.
При работе устройство создает низкий уровень шума и вибраций.
Закачивание и подача воды протекают с высокой скоростью.
Откачиваемое таким устройством вещество (жидкость, газ, жидкость в смеси с газом) подается в напорную магистраль с более высокой производительностью.
За счет исключительно качественной герметизации в рабочей камере такого насоса формируется изотермическая среда.

Современные вакуумные насосы данного типа часто оснащаются встроенным грязеотделителем, предотвращающим попадание твердых включений, содержащихся в составе откачиваемой среды, во внутреннюю камеру.

Как правильно выбрать вакуумное насосное оборудование

Современные производители предлагают множество моделей вакуумного насосного оборудования, что несколько затрудняет выбор таких устройств, активно используемых сегодня как в промышленности, так и в быту. Между тем эффективность такого оборудования во многом зависит именно от правильности его выбора, при осуществлении которого следует ориентироваться на целый ряд параметров.

Сначала следует определиться с тем, какие задачи должно будет решать выбираемое устройство. Для бытовых целей выбирают оборудование невысокой мощности, для промышленных – агрегат с соответствующими техническими характеристиками.

Насос вакуумный ВВН1-50ТМ производительностью 50 кубических метров в минуту

Основными техническими характеристиками, на которые ориентируются при выборе вакуумного насоса, являются:

максимальный уровень вакуума, который способно создавать такое оборудование;
скорость, с которой устройство создает вакуум в замкнутом объеме;
начальное давление (так называемый предварительный вакуум);
максимальное значение выпускного давления;
производительность, с которой способно работать выбираемое оборудование.

Основные технические параметры насосных агрегатов ВВН

Начальным называют давление, которое создается на выходе из насоса в самом начале его функционирования. Максимальным считается такой уровень создаваемого насосом вакуума, при котором оборудование функционирует со своей номинальной производительностью. Максимальным выпускным называют наибольшее значение давления, создаваемого в напорном патрубке. Следует иметь в виду, что некоторые модели вакуумных насосов не способны выводить в атмосферу газ или воздух, который они откачали из закрытого объема. Для нормального функционирования таких насосов к их напорной магистрали подсоединяют форвакуумные устройства. Все перечисленные выше типы давления, как правило, измеряются в Па.

Вакуумный насос с электрическим двигателем и трубчатым ресивером, используемый для откачки воздуха при безанкерном закреплении бурильных установок

Скорость, с которой вакуумный насос откачивает воздух или газ, указывает на то, какой объем откачиваемой среды пройдет через выпускной патрубок при нормальном уровне давления. Производительность, с которой работает вакуумная помпа, рассчитать достаточно просто, для чего необходимо умножить значение скорости работы устройства на значение давления, при котором такая работа осуществляется.

При выборе вакуумного насоса также следует учитывать конструктивные особенности такого оборудования. От данного параметра, в частности, будет зависеть, насколько простыми будут эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт вакуумного насоса. Кроме того, надо обратить внимание на такие характеристики выбираемого оборудования, как число оборотов; мощность, которую потребляет приводной двигатель; количество ступеней откачки; объем используемой рабочей жидкости и ее расход, а также размеры и вес устройства.

Вакуумный насос

Вакуумные насосы получили широкое распространение в самых различных отраслях промышленности и науки. Основное применение вакуумных насосов это удаление воздуха или газа из герметично замкнутого объема и создания в нем разряжения . Мы рассмотрим наиболее распространенные типы, характеристики вакуумных насосов их принцип работы и основные применения. Чтобы вакуумный насос приносил максимальную пользу, необходимо разобрать все его характеристики.

Классификация насосов по диапазону давления

Вакуумные насосы классифицируются по диапазону рабочих давлений на :

первичные (форвакуумные ) насосы,
дожимные насосы
вторичные насосы.

В каждом диапазоне давлений применяются различные типы вакуумных насосов, отличающихся друг от друга по конструкции. Каждый из этих типов имеет свое преимущество по одному из следующих пунтков: возможный диапазон давления, производительность, цена и периодичность и простота технического обслуживания.

Независимо от конструкции вакуумных насосов, основной принцип работы один и тот же. Вакуумный насос удаляет молекулы воздуха и других газов из вакуумной камеры (или из выходного патрубка вакуумного насоса более высокого давления , при подключении последовательно).

При уменьшении давления в камере, последующее удаление дополнительных молекул становится экспоненциально сложнее . Поэтому промышленные вакуумные системы должный охватывать большой диапазон давлений от 1 до Торр. В научной сфере данный показатель достигает торр или ниже.

Выделяют следующие диапазоны давления:

Низкий вакуум:> от атмосферного давления до 1 торр
Средний вакуум: от 1 торр до 10-3 торр
Высокий вакуум: 10-3 торр до 10-7 торр
Сверхглубокий вакуум: от 10-7 торр до 10-11 торр
Экстремальный высокий вакуум:

Обычно кинетические и объемные работают последовательно для обеспечения более высокого вакуума и расхода. Например, очень часто турбомолекулярный (кинетический) насос поставляется собранным последовательно с винтовым (объемным) насосом в единую установку.

Насосы работающие по технологии улавливания газа, захватывают молекулы газа на поверхностях в вакуумной системе. Данные насосы работают при меньших расходах, чем перекачивающие насосы, но при этом могут создавать сверхвысокий до торр, и безмасляный вакуум. Улавливающие насосы работают с использованием криогенной конденсации, ионной реакции или химической реакции и не имеют движущихся частей.

Типы вакуумных насосов в зависимости от конструкции

В зависимости от конструкции вакуумные насосы можно разделить на масляные(мокрые) и сухие (безмасляные), в зависимости от того, подвергается ли газ воздействию масла или воды в процессе перекачки.

В конструкции мокрого насоса используется масло или вода для смазки и / или герметизации. Данная жидкость может загрязнять перекачиваемый газ. Сухие же насосы не имеют жидкости в проточной части и зависят от уплотненных зазоров между вращающимися и статическими частями насоса. В качестве уплотнения чаще всего используют полимер (PTFE) или диафрагму для отделения механизма насоса от перекачиваемого газа. Сухие насосы снижают риск загрязнения системы масла по сравнению с мокрыми насосами.

В качестве первичных (форвакуумных ) насосов чаще всего используются следующие конструкции, описанные ниже.

Маслозаполненный ротационный лопастной насос

В ротационном лопастном насосе газ поступает во входное отверстие и захватывается эксцентрично установленным ротором, который сжимает газ и передает его в выпускной клапан Подпружиненный клапан позволяет выпускать газ при превышении атмосферного давления.

Масло используется для герметизации и охлаждения лопастей. Давление, достигаемое с помощью роторного насоса, определяется количеством ступений. Двухступенчатая конструкция может обеспечивать давление 1 ×10-3 мбар. Производительность составляет от 0,7 до 275 м3/ч.

Водокольцевой вакуумный насос. Конструкция и принцип работы

Водокольцевой насос сжимает газ с помощью вращающегося рабочего колеса, расположенного эксцентрично внутри корпуса насоса. Жидкость подается в насос и посредством центробежного ускорения образует движущееся цилиндрическое кольцо. Это кольцо создает серию уплотнений в промежутках между лопастями рабочего колеса, которые и являются камерами сжатия .

Эксцентриситет между осью вращения рабочего колеса и корпусом насоса приводит к уменьшению объема между лопатками рабочего колеса и тем самым к сжатию газа и выпуска его его через выходной патрубок. Этот насос имеет простую, прочную конструкцию, так как вал и рабочее колесо являются единственными движущимися частями. Водокольцевой насос имеет большой диапазон мощности и может обеспечивать давление 30 мбар при использовании воды температурой 15 ° С.

При использовании других жидкостях возможны и более низкие давления. Диапазон доступных производительностей от 25 до 30 000 м3/ч.

Диафрагменный вакуумный насос

Диафрагменный вакуумный насос компактный и очень легко обслуживается. Срок службы диафрагм и клапанов обычно составляет более 10 000 часов работы. Диафрагменный насос используется для поддержки небольших турбомолекулярных насосов в чистом, высоком вакууме. Это насос малой мощности, широко используемый в научно-исследовательских лабораториях для подготовки проб. Типичное предельное давление 5 ×10-3 мбар. Производительность от 0,6 до 10 м3 / ч (от 0,35 до 5,9 фут3 / мин).

Спиральный вакуумный насос

Основными элементами насоса являются спиральные ротор и статор. Расширенный газ попадает в большие круглые пространства, которые сужаются, при достижении центра спирального вращающегося ротора. Уплотнение из полимера PTFE обеспечивает герметичность между спиральными элементами насоса без использования масла в перекачиваемом газе. Достигаемое давление 1 × мбар. Производительность от 5 до 46 м3/ч.

Двухроторный вакуумный насос

Двухроторные насосы в основном используется в качестве дожимных (бустерных) насосов и предназначены для удаления больших объемов газа. Два ротора, не касаясь друг друга, вращаются, чтобы непрерывно передавать газ в одном направлении через насос. Это повышает производительность первичного / форвакуума насоса, увеличивая скорость откачки примерно 7: 1 и улучшает окончательное давление, примерно 10: 1. Бустерные насосы могут иметь два или более роторов. Типичное предельное давление

Турбомолекулярный насос

Турбомолекулярные насосы работают путем переноса кинетической энергии в молекулы газа с использованием высокоскоростных вращающихся угловых лопастей, которые продвигают газ на высоких скоростях. Скорость вращения наконечника лопастей обычно составляет 250-300 м/ с. Получая импульс от вращающихся лопастей, молекулы газа, перемещаются к выпускному отверстию. Турбомолекулярные насосы обеспечивают низкое давление и имеют невысокие параметры производительности.

Типичное предельное давление составляет 7,5 х 10-11 Торр. Диапазон производительности от 50 до 5000 л/с. Ступени накачки часто сочетаются со ступенями торможения, что позводяет турбомолекулярным достигать более высоких давлений (> 1 торр).

Диффузионные паромаслянные насосы

Паровые диффузионные насосы передают кинетическую энергию молекулам газа с использованием высокоскоростного нагретого масляного потока, который перемещает газ из входа в выпускное отверстие. Тем самым обеспечивает пониженное давление на входе. Данная конструкция является довольно устаревшей. В значительной степени они вытесняются на рынке более удобными сухими турбомолекулярными насосами. Диффузионные паромаслянные насосы не имеют движущихся частей и обеспечивают высокую надежность. Данный вакуумный насос обладает низкой ценой. Предельное давление менее 7,5 х 10-11 Торр. Диапазон производительности 10 — 50 000 л/с.

Криогенный насос

Эти насосы очень эффективны, но имеют ограниченную емкость для хранения газа. Собираемые газы / пары должны периодически удаляться из насоса, нагревая поверхность. Откачиваются они с помощью другого вакуумного насоса. Этот процесс также известен как регенерация. Криогенные насосы требуют установки дополнительной компрессорной системы охлаждения для создания холодных поверхностей. Эти насосы могут достигать давления 7,5 х 10-10 Торр и имеют диапазон производительности от 1200 до 4200 л/с.

Преимущества вакуумных насосов

Каждая отдельная группа вакуумных насосных установок имеет свои преимущества вследствие конструктивных особенностей, принципа действия, типа рабочей жидкости и прочих факторов. Так, водокольцевые насосы являются высокопрочными, работают при высоких температурах и тяжелых условиях, способны откачивать загрязненные пары. Пластинчато-роторные обладают повышенной стойкостью к пару воды, компактны, надежны, демонстрируют высокую скорость откачки и низкое энергопотребление.

Насосы Рутса демонстрируют высокую производительность, быстроходность, равномерность откачки, отсутствие масла в сжимаемом газе. Мембранные и спиральные насосные установки, можно применять для работы с агрессивными средами при условии нанесения специального покрытия на все детали (в случае с мембранным насосом, плюс изготовление мембраны из каучука). К преимуществам винтовых насосов относится отсутствие маслопотребления и конденсаторов, а также энергоэкономичность.

Применение в промышленности

Вакуумные насосы применяются для удаления воздуха, пара/смесей пара и газа, а также неагрессивных газов, не содержащих механические загрязнения и влагу, из герметичных рабочих емкостей стационарных установок, которые размещаются в помещении. Данный тип установок, также широко используется для достижения предварительного разрежения в составе высоковакуумных установок.

Вакуумные насосы активно используются в самых разных областях промышленности, процессах и технических приложениях:

Защита окружающей среды (различные очистные сооружения, фильтрация и тп.);
Полиграфическое производство (сканирование, копирования, подготовка изображений, офсетные печатные машины);
Пищевая промышленность (переработка птицы/молока/фруктов, вакуумная упаковка, очистка овощей и рыбы и тп.);
Медицинское обслуживание (стоматология, дыхательные аппараты и тп.);
Химпроизводство (перегонка веществ, сушка препаратов, сжатие газов и тп.);
Производство керамических изделий (кирпич, черепица, фарфор);
Производство стекла и стеклянных изделий;
Деревообрабатывающая промышленность (заготовка и производство деревянных изделий).

Отличие вакуумных насосов от компрессоров

Вакуумное оборудование понижает атмосферное давление, а не увеличивает его в отличие от компрессоров. Схема работы механических вакуумных насосов аналогична схеме работы воздушных компрессоров. Различие заключается в том, что вакуумный насос удаляет взятый из замкнутого объема воздух и выбрасывает наружу.

Кроме того, отличие между компрессорами и вакуумными насосами заключается в разнице между создаваемым и атмосферным давлением у вакуумного насоса (при абсолютном вакууме не более 760 мм ртутного столба). Компрессоры могут создавать давление не более десятка или сотни атмосфер. По мере роста уровня вакуума насос данного типа принимает порцию воздуха на каждый такт впуска. Компрессоры имеют постоянное давление и производительность аппарата за все время работы.

Замена вакуумных насосов

Ключевые принципы замены вакуумных насосов вытекают из принципа действия вакуумного оборудования:

заменяющий насос или система насосных установок должны соответствовать заменяемому оборудованию по параметрам производительности при одинаковых условиях на всасывании;
заменяющий насос или система насосных установок должны обеспечивать необходимую величину вакуума.

В определенных случаях учитывают также уровень стойкости материалов вакуумных насосных установок к агрессивным и токсичным средам.

По материалам сайта: rupumps.com, ence-pumps.ru

В чем заключаются принципы работы водокольцевых вакуумных насосов?

На сегодняшний день в самых различных отраслях промышленности нашли широкое применение жидкостно-кольцевые вакуумные насосы.

Водокольцевой вакуумный насос промышленного типа

Дело в том, что многие технологические и химические процессы на производстве должны проходить не под атмосферным нормальным давлением, а в разреженной среде, т.е. в вакууме. Именно для создания среды с необходимым уровнем давления и предназначены вакуумные насосы.

1 Назначение и особенности

Водокольцевые вакуумные насосы работают за счет создания центробежных сил в рабочей камере. Они откачивают газы за счет образования кольца в камере, через это кольцо внутри насоса образует облать вакуума или крайне низкого давления.

После начала работы насос способен втягивать в себя воздушные или газовые потоки, а затем запускать их в нужном направлении, причем уже очищенными и готовыми к дальнейшей эксплуатации. Именно поэтому такие устройства часто еще называют водно-воздушными.

Сферы применения вакуумных насосов:

машиностроение;
металлургия;
химическая промышленность;
деревообрабатывающая промышленность;
пищевая промышленность;
сельское хозяйство и другие.

Устройство и принцип работы вакуумных насосов отличаются в зависимости от задач, которые перед ними ставятся. Например, вакуумные мембранные насосы (сокращенно НВМ) используются в основном для газов и парогазовых смесей, в которых нет капельной влаги, а также отсутствуют примеси в виде твердых частиц.

Их особенностью является то, что они могут использоваться только в пожаробезопасных процессах и считаются экологически чистыми. НВМ является безмасляным устройством и представляет собой корпус, в котором находятся один электродвигатель и две несоединенные друг с другом ступени.

Водокольцевой насос из линейки ВВН

В отличие от НВМ, жидкостно-кольцевые вакуумные насосы могут использоваться во всех отраслях, в том числе пожароопасных. Рассмотрим принцип работы жидкостно-кольцевые вакуумных насосов на примере водокольцевого агрегата.
к меню ↑

1.1 Устройство и принцип работы

Водокольцевой насос представляет собой цилиндрический барабан с входным и выходным отверстиями, вокруг которых имеется уплотнительное кольцо в виде прокладки (в которое соответственно поступает неочищенный газ и потом выходит очищенный). Внутри него находится ротор с лопатками.

Перед началом работы насос наполняют рабочей жидкостью (в нашем случае водой). Ротор расположен немного в стороне от центра и во время его вращения между водой, которая под действием центробежной силы прижимается к стенкам цилиндра, и ротором образуется полость разреженного вакуума, напоминающая по виду серп. Это и есть рабочая полость устройства.

Так как лопатки ротора расположены неравномерно, то они делят рабочую полость на части неравного объема. Из-за разницы давлений газ проходит в центр устройства, очищается с помощью водно-кольцевого механизма и заполняет ячейки между лопатками ротора.

При последующем движении эти ячейки соединяются с выходным отверстием, куда выходит уже очищенный газ. Так как ротор вращается непрерывно, то и процесс очистки тоже является непрерывным, что позволяет проводить очистку без потерь времени и энергетических ресурсов.

Вакуумные водокольцевые насосы (ВВН) сегодня широко применяются во многих сферах хозяйствования. Они имеют ряд преимуществ, таких как:

надежность;
экономичность;
простота конструкции;
простота в обращении;
долговечность;
ремонт без особых затрат.

Схема принципа действия водокольцевого насоса

К несомненным плюсам применения водно-кольцевых насосов можно отнести простоту конструкции, отсутствие высокоточных деталей. В ВВН единственной движущейся частью является ротор с лопастями, все детали данного водокольцевого насоса не соприкасаются друг с другом, соответственно нет износа деталей и нет необходимости проводить ремонт.

Еще один интересный момент в том, что водно-воздушные водокольцевые насосы смазываются рабочей жидкостью и по этой причине их ремонт становится крайней редкостью. Также в ВВН отсутствуют клапаны (часто нуждающиеся в замене), шестеренки (которые постоянно требуют смазки и замены за счет стирания).

А так как водокольцевой насос имеет рабочей жидкостью воду (один из немногих недорогих, общедоступных и восполняемых ресурсов), то единственной частью водокольцевого насоса нуждающейся в смазке являются подшипники ротора.

Если водокольцевой насос работает с газами, в которых много примесей различных твердых частиц (пыли, песка и др.), то уплотнительное кольцо и прокладки могут потребовать замены, так как будут повреждаться данными твердыми частичками.

Важно убедится в том, что уплотнительное кольцо и все сальники в насосе находятся в нормальном состоянии, потому как их выход из строя приводит к серьезным проблемам и угрозе поломки всего механизма.

Все вышеперечисленное в совокупности делает водокольцевой вакуумный насос устройством простым и неприхотливым в эксплуатации, надежным, экономичным, невысокой стоимости.

2 Основные характеристики

Водокольцевой вакуумный насос ВВН 1-3

Теперь рассмотрим основные свойства и параметры, которые демонстрируют водно-воздушные водокольцевые насосы во время работы.

Водокольцевые вакуумные насосы имеют следующие основные характеристики:

скорость откачки варьируется от 1,1 м 3 /мин до 12 и более м 3 /мин;
мощность двигателя от 4 кВт до 40 и более кВт;
габариты меняются соответственно;
вес разнится от 25 кг. до 2000 кг. и более.

На сегодняшний день водокольцевые вакуумные насосы на рынке представлены как отечественного так и зарубежного производства.

Стоит отметить, что из-за простоты конструкции отечественные ВВН составляют достойную конкуренцию зарубежным аналогам. Они долговечны и могут быть использованы в любой хозяйственной сфере. Наиболее популярными моделями отечественного производства являются: ВВН1-1,5, ВВН2, ВВН1-6, ВВН1-12, ВВН1-25, ВВНЗ.