Спиральные вакуумные насосы

Подбор Вакуумный насос


до 3750от 0.01
м3/ч








 Спиральные вакуумные насосы используются в промышленности для создания так называемого глубокого вакуума до 0.02 мбар при производительности до 35 м3/ч. Первым шагом к созданию вакуумных насосов можно считать измерение атмосферного давления итальянским физиком Торричелли в 1643 году,… Читать далее
  • Спиральные вакуумные насосы Busch Fossa
    От 15 до 35 м3/час Вакуум 0,02 мбар
    0,45 - 0,75 кВт Цены по запросу
  • Спиральные вакуумные насосы ILMVAC S
    От 9 до 14 м3/час Вакуум 0,07 мбар
    0,55 кВт Цены по запросу

Спиральные вакуумные насосы - справочная информация

Спиральные вакуумные насосы используются в промышленности для создания так называемого глубокого вакуума до 0.02 мбар при производительности до 35 м3/ч.
Первым шагом к созданию вакуумных насосов можно считать измерение атмосферного давления итальянским физиком Торричелли в 1643 году, который предположил, что есть и обратное явление, которое позже назвали вакуумом.
Далеким прообразом спиральных насосов считается спираль Архимеда, однако, она в сильно измененном виде является в нем основным рабочим органом. Впервые в классическом исполнении они появились в 1905 году. Патент на это изобретение был выдан французу Леону Крейо. Сейчас эти насосы широко применяются там, где необходимо безмаслянное создание вакуума. В насосе такого типа стоят две спирали Архимеда, но при этом они смещены друг к другу на 180 градусов. Благодаря такому решению возникают области разного объёма, что и позволяет нагнетать давление.
 
Спиральные вакуумные насосы
 
Рис. 1 – Разнообразие спиральных вакуумных насосов
 
Обычно эти насосы работают от электродвигателя, который передаёт крутящий момент на вал. Спирали совершают не радиальное, а орбитальное вращение, в результате чего порции газа, постепенно сужаясь, продвигаются к центру. Спиральные вакуумные насосы достаточно сложны в изготовлении из-за жестких требований к качеству изготовления, покрытиям и обработке спиралей. Также каждый такой насос является результатом сложного инженерного расчета, потому что малейшие нюансы в конструкции спирали кардинально меняют рабочие характеристики аппарат. Это не единственная схема, которая используется для создания мощного вакуума, также есть паромасляные и ртутно-поршневые насосы, но они очень сложны в обслуживании и эксплуатации.
 
 
Принципиальная схема устройства и принцип работы
 
1. Принцип работы.
Спирали в насосе расположены таким образом, что в некоторых точках они проходят друг от друга с минимальным зазором. В этом случае на однозаходных спиралях происходит образование двух множеств объёмов, имеющих форму серпа. Когда подвижная спираль вращается, они начинают уменьшаться, при этом сжатый в этих объёмах газ постепенно продвигается к центру спирали.
Всасывание, которое происходит при работе спирального вакуумного насоса, начинается с периферии спиральных дисков. В этой части происходит забор среды из патрубка. В насосе всегда находится небольшое количество предварительно сжатого газа. При отключении насоса рекомендуется прокручивать его в обратную сторону для того, чтобы этот газ не создавал напряжений при простое. Если насос используется часто, то эту процедуру проводить не нужно. Процесс сжатия заканчивается в центре спирали, когда серповидные объёмы сходятся, образуя там парные полости. Из этой полости газ уходит через специальное отверстие с обратным клапаном, которые расположены в торце неподвижной спирали.
Всасывание с последующим сжатием и нагнетанием в этом типе насосов происходит сразу в нескольких зонах, образуемых полостями. При этом полости всасывания и нагнетания полностью изолированы друг от друга промежуточными полостями. Благодаря этому газ никак не может попасть из области высокого давления в область низкого давления, и явление перетекания полностью отсутствует. Поэтому в конструкции спирального вакуумного насоса практически никогда не используются различные клапаны.
Спираль делает такое количество оборотов, в течение прохода которых будет полностью завершен рабочий цикл, а порция захватываемого и перекачиваемого в этом цикле газа равна объёму полостей между витками. Для описания процесса в моделировании часто используется эвольвента, циклоида либо обыкновенная спираль Архимеда, а также различные дуги, шаблонные кривые и их всевозможные сочетания.
 
2. Устройство спирального вакуумного насоса.
Эти устройства состоят из сравнительно небольшого количества деталей, поэтому они просты в эксплуатации и при ремонте не требуют больших затрат.
- Корпус агрегата. В нём установлена рабочая часть насоса. Обычно имеет значительную толщину стенки, так как в процессе откачки газовой среды он подвергается большому давлению атмосферы.
- Подвижная спираль. Каждая её точка совершает движение не по кругу, а по вытянутой орбите. При расчётах отсчёт ведётся не от соответствующих частей неподвижной спирали, а от центра неподвижной спирали. Эксцентриситет может составлять 0.5 см для крупных насосов и до 0.05 см для мелких лабораторных насосов.
- Неподвижная спираль. Она не меняет своего положения, не допускается даже малейшего люфта. Она жестко сопряжена с корпусом насоса, в ней же проходит и нагнетательный канал, который проходит через центр. В процессе откачки газовой среды происходит движение подвижной спирали относительно подвижной, и они практически касаются друг друга на малом зазоре от 0.05 до 0.01 миллиметра.
- Силовой противовес. Приводит в состояние равновесия подвижную спираль, головная часть которой намного тяжелее её оси.
 
Устройство спирального вакуумного насоса
 
Рис. 2 – Устройство спирального вакуумного насоса
 
- Противоповоротное приспособление. Полностью исключает возможность вращения подвижной спирали вокруг своей оси, поэтому заклинивание пары спиралей невозможно.
- Эксцентриковый вал. Передаёт движение от электродвигателя к подвижной спирали, благодаря чему её точки и движутся по орбитам.
- Сильфонное уплотнение. Герметизирует подвижную спираль с корпусом насоса. Масляные пары благодаря этому уплотнению не проникают в рабочую полость аппарата, а также в перекачиваемую среду. Именно поэтому спиральные вакуумные насосы относят к безмасляным насосам.
- Уплотнители. Существенно повышают КПД насоса и процесс откачки проходит намного быстрее. Препятствует перетеканию газовой среды из рабочей камеры. Устанавливается в специальном пазу, который проходит по торцу спиралей. Традиционно изготавливается из PTFE.
 
Спиральные вакуумные насосы графики
Рис. 3 – Зависимость давления в большей полости насоса в зависимости от положения подвижной орбитальной спирали. а – при начальном давлении 100000 Па, б – при давлении 10 Па.
 
На некоторых моделях могут быть установлены так называемые газобалластные устройства, которые позволяют откачивать газ строго до определенного уровня вакуума. Также некоторые модели рассчитаны на автоматическое поддержание определенного вакуума в замкнутом объёме.
 
Используемые материалы
 
Полутомпак. Это один из сортов латуни, который отличается высокой пластичностью и коррозионной стойкостью. Используется для создания сильфонных уплотнений, а также в качестве покрытия рабочей поверхности корпуса насоса в виде напыления.
Фторопласт. Фторсодержащие полимеры различной структуры. Могут использовать в системах со слабой нагрузкой в качестве подшипников. Хорошо выдерживают контакт с парами кислот и брызгами растворов сильных щелочей.
PFTE. Политетрафторэтилен, по классификации ГОСТ относится к фторопластам, но выделяется из общего ряда благодаря уникальным свойствам. Используется для создания уплотнений вакуумных насосов.
Наноструктурированные материалы рабочих поверхностей. Просто сделаем упоминание об этом, потому что большинство производителей не раскрывают качественный состав применяемых материалов. В основном, они используются в виде напыления, незначительно повышая КПД спиральных вакуумных насосов.
Силумин. Сплав алюминия с кремнием. В отличие от дюралюминия имеет большую массу, а также демонстрирует лучшую устойчивость к трению и давлению. Обычно в спиральных вакуумных насосах для изготовления корпусов используется силумин, содержащий от 15 до 20% кремния в своём составе.
Чугун. Сплав железа с углеродом. В основном для корпусов вакуумных насосов используется так называемый ковкий чугун.
NBR. Нитрильный каучук. Может использоваться в качестве уплотнений, контактирующих со смазывающими материалами насоса, т.к. он проявляет чрезвычайную устойчивость ко всем производным нефти.
 
Область применения
 
- Научные исследования в форвакуумных камерах, приближенные к условиям высоты до 50 км над поверхностью Земли. Эти условия приближены к мезосфере, в результате чего фотохимические процессы протекают очень активно, при большом количестве свободных радикалов. Это позволяет вызывать скорейшие процессы отвердения в фоточувствительных полимерах для создания прочнейших соединениях. Создание форвакуума позволяет изучать процессы свечения разреженных газов в магнитном поле, аналогичные полярному сиянию.
Спиральный вакуумный насос с воздушно-жидкостным охлаждением
Рис. 4 – спиральный вакуумный насос с воздушно-жидкостным охлаждением
 
- Имитаторы космического пространства. На Земле можно при помощи этих насосов и правильном охлаждении создавать условия, близкие к орбитальным, для испытания моделей спутников, ракет, космических скафандров.
- В любых лабораторных вакуумных установках, а также системах вакуумного формования сферических объектов из полимеров. Вакуум, создаваемый этими насосами до такой степени мощный, что он может использоваться для испытания герметичных оболочек на вакуумный разрыв.
- Эти насосы используются в медицине для очистки некоторых веществ в условиях практически полного отсутствия газов, а также в фармацевтической промышленности, например, как одна из ступеней очистки антибиотиков от остатков жизнедеятельности микроорганизмов, продуцирующих действующее вещество. Также вакуумные насосы широко применяются в системах искусственного дыхания и аппаратах искусственной вентиляции легких.
- Могут использоваться для создания волнообразного вакуума при испытаниях моделей летательных аппаратов с несущей плоскостью, а также для проведения испытаний метеорологических зондов и воздушных шаров.
- Используются для биологических исследований, позволяющих отследить воздействие вакуума на различные формы жизни. При этом очень важна особенность данного типа насосов плавно регулировать вакуум, начиная от значений, близких к нормальным атмосферным, заканчивая условиям, близким к граничным условиям существования живых организмов.
- Вакуумные спиральные насосы широко используются в производстве полупроводников и электроники, потому что некоторые радиодетали подлежат сборке только в условии практически полного отсутствия каких-либо газов из-за способности их содержимого быстро окисляться или вступать во взаимодействие с различными газами. Применяются эти насосы там, где сборка в атмосфере инертного газа невозможна.
- Могут использоваться на производственных линиях для качественной вакуумной упаковки. Здесь преимуществом этих насосов является то, что для них неважен размер упаковываемого предмета, его форма и жесткость материала.
- Широко используются в пищевой промышленности, для набивки материалов в пластиковый рукав. Например, колбасных изделий, майонезов, кетчупов и т.д.
- В химической промышленности служат для улавливания растворителей, а также для того, чтобы создать непрерывный поток при больших объемах перегонки различных веществ с последующим расщеплением на фракции, например, при получении эфиров.
- Вакуумные насосы могут использовать в системах принудительной калибровки. Например, гранулы пластика подогревают, а затем при помощи вакуума протягивают через решета, придающие им одинаковую форму, что очень важно при создании изделий методов прессовки гранул.
- Только при помощи спиральных вакуумных насосов можно создать вакуум между линзами точных объективов электронных микроскопов, чтобы молекулы воздуха не попадали в область исследования.
- Любая другая сфера, где требуется получить вакуум без масла. Например, в вакуумных камерах для лазерной резки.
 
Преимущества
 
- Полное отсутствие масляных паров вакуумной системе, а, следовательно, и в перекачиваемой среде. Благодаря этому спиральные вакуумные насосы используются для того, чтобы создавать в вакууме химически чистые вещества.
- Этот тип насосов не генерирует частиц, которые обычно образуются в результате износа частей механизмов. Соответственно это даёт высокий коэффициент стабильности.
- Очень низкий уровень пульсации и практически полное отсутствие шумов. Вибрация этих насосов находится также на очень низком уровне, поэтому они могут использовать в помещениях, в которых работают люди.
- У этих насосов одни из самых сбалансированных рабочих механизмов, поэтому необходимо малейшее усилие для запуска и начала работы. Они практически не выделяют избыточного тепла в процессе работы.
- Благодаря простоте конструкции и применяемым материалам эти насосы имеют очень малый вес, и могут легко переноситься с места на место вручную. Под них не нужно сооружать тяжелую станину или раму.
- Конструкция этих насосов очень компактна, поэтому для некоторых задач они могут изготавливаться буквально в настольном варианте.
 
Замена уплотнения на орбитальной спирали вакуумного насоса
 
Рис. 5 – Процесс замены уплотнения на орбитальной спирали
 
- Это одни из немногих насосов с полноценным воздушным охлаждением, что позволяет использовать их в таких сферах, где другие конструкции насосов не справятся.
- Высокая надежность и длительное время наработки на отказ делают эти насосы лучшим вариантом для автоматического поддержания вакуума.
- Спиральные вакуумные насосы – это настоящий полигон инноваций, в которых каждый производитель пытается добиться лучших характеристик. Поэтому на разнообразных моделях часто устанавливаются различные системы – удаления влаги и твердых частиц, система герметизации подшипников и полости насоса, высокотехнологичные уплотнения для вала и т.д. Всё это существенно увеличивает ресурс.
- Высочайший КПД, вплоть до 95%.
- Возможна откачка от уровня атмосферного давления.
- Низкое потребление энергии.
- Практически все модели оснащены счётчиком часов наработки, позволяющим вовремя осуществлять профилактику рабочих частей.
 
Недостатки
 
- Обычно спиральные вакуумные насосы собраны герметично, поэтому их ремонт в обычных условиях сильно затруднен из-за большого количества специальных ключей и прочих приспособлений, которые необходимы для правильной сборки и разборки без риска поломки. Обычно компрессоры отправляют на ревизию к производителю или же в специализированные мастерские.
 
Спиральный вакуумный насос с трехзаходной спиралью
 
Рис. 6 – Спиральный вакуумный насос с трехзаходной спиралью
 
- Большинство насосов имеют реверсивный режим, но в спиральных вакуумных насосах он невозможен, поэтому они работают только в одну сторону.
- Постепенное увеличение мощности откачки в системах с несколькими спиральными вакуумными насосами очень проблематично, потому что их трудно синхронизировать между собой.
- Так как спиральные винтовые насосы могут вращаться только в одну сторону, на трехфазных моделях недопустимо ошибочное подключение фаз потому, что если он начнёт вращаться в другую сторону, то рабочие части будут безвозвратно испорчены.