Двухступенчатые пластинчато-роторные вакуумные насосы

Двухступенчатый пластинчато-роторный насос − это две рабочие камеры, соединённые последовательно на одном валу. Первая ступень сжимает газ до единиц кПа, вторая дожимает его до атмосферного давления и выбрасывает наружу. Каждая ступень даёт перепад давления примерно 1:10 000, и вместе они вытягивают вакуум до 0,004 мбар (0,4 Па), то есть куда одноступенчатый насос не дотягивается.

Все двухступенчатые насосы маслосмазываемые. Вакуумное масло здесь выполняет сразу три функции: уплотняет зазор между пластиной и стенкой камеры, смазывает и охлаждает. Сухой двухступенчатой пластинчато-роторной машины не бывает: без масляной плёнки капиллярное уплотнение не держится и глубокий вакуум не получается.

Когда хватит одноступенчатого насоса

Если задача − присоски, вакуумные столы, упаковка, вакуумный прижим на ЧПУ или сушка древесины, то есть всё, где рабочая точка лежит выше 1 мбар, двухступенчатый насос − переплата. Одноступенчатый даст тот же результат дешевле и переживёт более грязный воздух. Смотрите одноступенчатые пластинчато-роторные насосы.

Двухступенчатый нужен тогда, когда в техзадании стоит остаточное давление в единицах Паскалей и ниже, либо когда насос форвакуумный и обязан быстро вывести систему в диапазон, с которого стартует насос Рутса или турбомолекулярный.

Двухступенчатые насосы в каталоге отличаются не столько глубиной вакуума, сколько тем, сколько часов подряд они готовы работать и что у них есть на входе и выходе. Разберём по линейкам:

AiVac VPN − самые компактные и недорогие. Вакуум до 0,02 мбар, расход 3–15,3 м³/ч, питание от обычной розетки 220 В. Ни газобалластного, ни обратного клапана в конструкции нет, зато это самые лёгкие насосы категории. Их берут под разовые задачи и выездную работу: вакуумирование систем кондиционирования, откачка холодильных контуров, небольшие лабораторные стенды. Цены от 10 000 ₽. Здесь советуем AiVac ARI и VPN.

AiVac ARI − та же компактность, но глубже и надёжнее. Остаточное давление 0,01 мбар (7,5 микрон), расход 8 и 16 м³/ч, 220 В. В отличие от VPN, у ARI есть встроенный обратный клапан, который не пускает масло в вакуумируемую линию при остановке и защищает от взрывной разгерметизации. Двигатель здесь с увеличенным ресурсом. Линейка ARI пришла на смену AHV в 2024 году; наши испытания показали: стабильность и ресурс выросли, характеристики остались прежними.

AiVac ARV − самый глубокий вакуум в каталоге. Остаточное давление 0,004 мбар (0,4 Па), расход от 4 до 90 м³/ч, исполнения на 220 и 380 В, присоединение осуществляется через вакуумные фланцы KF. Это единственная линейка категории, которая закрывает расходы выше 17 м³/ч, поэтому под форвакуум для крупных объёмов альтернативы внутри каталога у неё нет. Двенадцать позиций ARV лежат на складе. Смотреть форвакуумные насосы AiVac ARV.

Value VRD − полный аналог ARV с более длинной историей. Вакуум до 0,004 мбар, расход 4–65 м³/ч. Линейка выпускается с 2015 года, статистика по ней накоплена большая и положительная. Стоит заметно дороже ARV при сопоставимых характеристиках − это осознанная переплата за опыт линейки. Ищите их здесь − Value VRD.

DVP DB и DC (Италия) − идеально, когда насос стоит рядом с людьми. Вакуум до 0,005 мбар, расход 2,4–17 м³/ч. Производителю был важен шум: уровень звукового давления не выше 52 дБ в любом режиме − это тише разговора в полный голос. В стандартной комплектации идут автоматическое газобалластное устройство, защита от выброса масла при внезапной остановке и виброизолирующие ножки. Отдельно стоит знать про DC.16D ATEX − единственное взрывозащищённое исполнение в категории.

Busch Zebra RH − немецкая сборка. Вакуум до 0,007 мбар, расход 2,4–80 м³/ч. Единственная линейка немецкого производства в категории; её берут, когда происхождение оборудования прописано в требованиях к закупке.

Сравнение линеек на одинаковой производительности:

Внутри двухступенчатого насоса две рабочие камеры, и устройство каждой такое же, как у одноступенчатого. В камере вращается ротор, установленный эксцентрично; центробежная сила выталкивает пластины из пазов и прижимает их к стенкам, между соседними пластинами запирается замкнутый объём воздуха. Объём этот по мере вращения меняется − так и происходит перекачивание.

Герметичность стыка пластины с корпусом обеспечивает вакуумное масло: капиллярные силы удерживают плёнку между лопаткой и стенкой и не дают воздуху течь обратно. Но капиллярные силы не безграничны − всего одна лопатка держит перепад в один-два порядка, не больше. Наращивать число лопаток на одном роторе тоже нельзя: насос начнёт перегреваться. Отсюда и двухступенчатая схема.

Анимация 1: движение воздуха в двухступенчатом пластинчато-роторном насосе.

Оба ротора обычно сидят на одном валу, так насос компактнее. Рабочий объём первой ступени больше, за счёт этого поток воздуха идёт плавно, без пульсаций.

Рис. 1: распределение давления в двухступенчатом вакуумном насосе. Красным цветом отмечено давление, близкое к атмосферному, синим цветом отмечен вакуум.

Рис. 2: внутреннее устройство двухступенчатого пластинчато-роторного насоса на примере Busch Zebra RH

Подробнее про сами пластины и капиллярное уплотнение − в разделе «Принцип действия пластинчато-роторных насосов».

Форвакуум для насосов Рутса и турбомолекулярных

Ни бустерный насос Рутса, ни турбомолекулярный не умеют стартовать с атмосферы, им нужен насос, который сначала выведет систему в область низкого давления. Двухступенчатый пластинчато-роторный насос − самый распространённый форвакуумный насос именно потому, что берёт эту работу на себя целиком: от атмосферы до 0,004 мбар без промежуточных ступеней. Под эту задачу смотрят линейку AiVac ARV, ради фланцев KF и расхода до 90 м³/ч.

Лаборатории и аналитическое оборудование

Масс-спектрометры, интерферометры, детекторы частиц требуют глубокого вакуума и, главное, стабильного его удержания часами. Расход нужен небольшой, а ресурс, наоборот, большой.

Лиофильная сушка и дегазация

Сушка вымораживанием, дегазация жидкостей, деаэрация компаундов и эпоксидных смол − задачи, где насос гонит через себя много водяного пара. Здесь критичны два момента: производительность надо брать с запасом относительно площади испарения, и обязательно нужен газобалласт (об этом ниже). Насос без газобалластного клапана на такой работе за несколько смен наберёт в картер водно-масляную эмульсию.

Обслуживание кондиционеров и холодильной техники

Вакуумирование контура перед заправкой хладагентом − самая массовая задача для компактных двухступенчатых насосов. Нужен вакуум глубже 0,05 мбар, чтобы выпарить остатки влаги, вес, который можно унести в одной руке, и питание 220 В. Под это сделана серия AiVac VPN, а если нужен обратный клапан − ARI.

Производство неоновой рекламы

Стеклянные трубки перед заполнением газом откачивают до глубокого вакуума, и делать это надо быстро. Насос удобен тем, что подключается к обычной розетке и имеет несколько присоединений разного диаметра.

Микроэлектроника, тонкие плёнки и вакуумная плавка

Напыление покрытий, производство тонких плёнок, вакуумная плавка, фармакология, химическое производство − везде, где вакуум является частью технологии, а не вспомогательной операцией. Для мелкосерийных участков подходят компактные ARI, для постоянной работы на линии − ARV или VRD.

Что двухступенчатый насос делает хорошо: даёт остаточное давление до 0,004 мбар, быстро откачивает объём, держит достигнутый вакуум сутками без остановок на охлаждение, работает тихо и долго.

Чего он не любит:

• Атмосферу на входе. Этот тип оборудования создан для поддержания форвакуума. Долгая работа с давлением, близким к атмосферному, ведёт к перегреву, а перегретый насос начинает «плеваться маслом» в воздушную линию. У компактных серий ограничение прямое: не более 10 минут с атмосферой на входе, не более 20 минут при 0,5–1 атм, без ограничений − ниже 5 мбар.
• Холод и жару. Рабочий диапазон большинства моделей − от нескольких градусов выше нуля до +40 °C, у DVP DB и DC нижняя граница ещё выше, +12 °C. На морозе вакуумное масло густеет, при перегреве приближается к температуре вспышки (у современных масел она выше 200 °C, но в рабочей камере без охлаждения это достижимо).
• Агрессивные газы, пыль и твёрдые частицы. Проверять надо стойкость не только корпуса, но и масла. Единственное исключение в нашем каталоге − DVP DC.16D ATEX во взрывозащищённом исполнении.
• Низкий уровень масла. За ним надо следить регулярно: без плёнки нет ни уплотнения, ни смазки, ни охлаждения.
• Пары масла в откачиваемой среде. Полностью исключить их нельзя. Если среда не терпит углеводородов, смотрите спиральные или винтовые сухие насосы.

Самое уязвимое место двухступенчатого насоса − масло. Оно уплотняет зазор между пластинами и камерой, облегчает скольжение пластин, защищает стенки от истирания и коррозии, охлаждает конструкцию. Испортить его проще всего водой.

Перед выбросом в атмосферу газ сильно сжимается, иначе его не вытолкнуть. Если в смеси есть пары воды, при сжатии они выпадают конденсатом и смешиваются с маслом. Получившаяся водно-масляная эмульсия не уплотняет, не смазывает и не защищает от коррозии. И даже сухой на вид воздух этого не гарантирует: конденсация зависит от степени сжатия, а не от того, как воздух выглядит на входе. Подробный разбор − в нашей статье «О газобалласте простыми словами».

Как работает газобалластный клапан

Газобалласт добавляет небольшую порцию атмосферного воздуха прямо в камеру сжатия. Давление в камере поднимается, насосу больше не нужно так сильно сжимать газ, чтобы выбросить его наружу,  и точка росы не достигается. Конденсат не образуется. Платой становится чуть более высокое предельное остаточное давление и небольшая потеря производительности.

Если предельно глубокий вакуум не нужен, держите клапан открытым постоянно. Если нужен, откройте его на старте, дайте насосу прогреться и откачать основной объём, потом закройте и следите за уровнем масла. Растёт уровень − идёт конденсация, откройте газобалласт снова. В норме уровень стоит на месте или медленно снижается.

Если конденсат уже появился

Выливать эмульсию сразу не обязательно! Как только заметили рост объёма масла, перекройте входной кран (он для этого и должен быть предусмотрен в линии!). Насос, работающий вхолостую без поступления воздуха, создаст в камере достаточно низкое давление, вода испарится из смеси и уйдёт в атмосферу. После этого кран можно открыть и продолжить работу.

При деаэрации жидкостей и сушке сильно влажных веществ считайте количество отводимого пара заранее: чем больше площадь испарения, тем больший запас по производительности нужен.

Если газобалласт использовать нельзя

Остаются два пути: осушать газ перед насосом и прогревать корпус. В первом случае вы просто убираете воду до того, как она попадёт в камеру. Во втором работаете с давлением насыщенного пара: чем горячее стенки камеры, тем большее сжатие можно дать без конденсации. Прогревать нужно именно корпус, а не газ: газ и без того нагревается при сжатии, а конденсат выпадает у холодных стенок. Перегревать при этом нельзя − предельная температура окружающей среды для эксплуатации остаётся +40 °C.

Перед покупкой соберите всего четыре цифры:

1. Предельное остаточное давление, которое требует ваш процесс.
2. Объём системы и скорость натекания − от них зависит нужная производительность.
3. Состав откачиваемой среды: сухая или влажная, инертная или агрессивная, горячая или холодная.
4. Ограничения площадки: допустимый уровень шума, напряжение сети (220 или 380 В), диаметр и тип присоединения.

Если вы подбираете замену уже стоящему насосу, все эти данные есть в его паспорте − перенесите их в фильтр слева, и каталог покажет подходящие модели.

Не сходится или сомневаетесь в цифрах, напишите нам на client@zenova.ru или позвоните. Опишите задачу своими словами, подберём модель и посчитаем стоимость с доставкой.

Чем двухступенчатый насос отличается от одноступенчатого?

Числом рабочих камер. У одноступенчатого она одна, предел около 0,08 мбар. У двухступенчатого камеры две, они соединены последовательно, и предел уходит до 0,004 мбар. При этом двухступенчатый дороже и требовательнее к чистоте среды.

Какой вакуум даёт двухступенчатый насос?

От 0,02 до 0,004 мбар в зависимости от линейки. Компактные AiVac VPN − 0,02 мбар, ARI − 0,01 мбар, промышленные ARV и Value VRD − 0,004 мбар.

Можно ли залить обычное машинное масло?

Нет. Вакуумное масло отличается низким давлением насыщенных паров: обычное начнёт испаряться прямо в камере и вакуум не выйдет на паспортное значение.

Насос набирает масло вместо того, чтобы расходовать. Что это?

Конденсат. В картер попадает вода, уровень растёт. Откройте газобалласт или перекройте входной кран и дайте насосу отработать вхолостую.

Можно ли держать насос включённым с открытым входом?

Ограниченно. С атмосферным давлением на входе − не более 10 минут, дальше идёт перегрев и заброс масла. Ниже 5 мбар − без ограничений по времени.

Какой насос ставить перед турбомолекулярным?

Форвакуумный с фланцевым присоединением KF и запасом по производительности относительно объёма камеры. В каталоге под это подходит линейка AiVac ARV, расход 4–90 м³/ч.