Двухступенчатые пластинчато-роторные вакуумные насосы

Попробуем разобраться, какой двухступенчатый пластинчато-роторный вакуумный насос подойдет для решения вашей задачи.

• По умолчанию мы предлагаем рассмотреть к покупке вакуумные насосы из линейки AiVac AHV (Китай). Они лучшие среди всех представленных в этой категории насосов по соотношению цена/качество. Насосы AHV обеспечивают стабильный вакуум 0,01 мбар (1 Па) остаточного давления и подходят для большинства промышленных, лабораторных и исследовательских задач. Они довольно мобильные, с удобной ручкой для переноса. Всасывающий патрубок этих насосов оборудован фитингом с универсальным резьбовым присоединением на 6, 10 и 15 мм. В Россию поставляются 2 модели из этой линейки с максимальной производительностью 8,5 и 17 м³/час. Насосы линейки AHV выпускаются с 2018-го года и уже отлично себя зарекомендовали отличной надежностью и неприхотливостью. 

• Если нужен более глубокий вакуум или не хватает производительности серии AHV, то рассмотрите насосы AiVac ARV (Китай). Они могут использоваться в качестве форвакуумных для насосов глубокого вакуума. Они более дорогие, чем AHV, но и глубина вакуума у них еще больше – до 0,004 мбар (0,4 Па) остаточного давления. Насосы ARV обеспечивают производительность от 4 до 90 м³/час. Присоединение - специальные вакуумные фланцы KF. Насосы ARV выпускаются с 2020-го года и по ним еще не накоплена необходимая статистика по надежности.

• Value VRD (Китай) – самые дорогие из китайских двухступенчатых вакуумных насосов, представленных в нашем каталоге. Они являются полными аналогами серии ARV, но стоят существенно дороже. Зато насосы VRD выпускаются с 2015 года и по ним накоплена обширная положительная статистика по надежности. Насосы VRD обеспечивают вакуум до 0,005 мбар (0,5 Па) остаточного давления. 

• Если вам необходим насос европейского производства (не китайского), то рассмотрите к покупке насосы серии DVP RD, RC (Италия). Конструктивно они похожи на насосы AHV. Это линейка среднего ценового сегмента от итальянского производителя DVP. Она позволяет получать стабильный вакуум до 0,01 мбар (1 Па) остаточного давления. У насосов серии RD, RC удобная ручка для переноса, они рассчитаны на профессиональное или полупромышленное применение с умеренной интенсивностью. Присоединение - резьбовое. Обычное место службы этих насосов - откачивание газов из систем кондиционирования или в лабораториях.

• Busch Zebra RH – единственные в нашем каталоге форвакуумные насосы немецкого производства. Они позволяют достичь вакуума до 0,007 мбар (0,7 Па) остаточного давления. Их выбирают клиенты, которым необходимо немецкое оборудование.

• Самые дорогие форвакуумные насосы в нашем каталоге как ни странно - насосы DB, DC от итальянского производителя DVP. Эти насосы позволяют достичь вакуума до 0,005 мбар (0,5 Па) остаточного давления. Их выбирают, если необходим пониженный уровень шума при работе насоса (для всех моделей из этой линейки он не превышает 52 дБ).
  
  

Для примера посмотрите сравнительную таблицу цен на разные двухступенчатые пластинчато-роторные вакуумные насосы примерно с одинаковой производительностью:

Рублевые цены указаны только для ориентира; они меняются в зависимости от курса валюты.

Главное отличие двухступенчатых пластинчато-роторных насосов от одноступенчатых — две рабочих камеры, соединенные последовательно. Устройство рабочих камер принципиальных отличий не имеет: в каждой камере расположено рабочее колесо, центр которого не совпадает с центром рабочей камеры; когда рабочее колесо вращается, то под действием центробежной силы из него выскальзывают пластинки и прижимаются к стенкам рабочей камеры, образуя несколько замкнутых полостей; эти полости, двигаясь по кругу, циклично изменяют свой объем, благодаря чему и происходит перекачивание воздуха. Работа одной такой ступени схематично показана на видео ниже:

Герметичность соединения пластин с корпусом насоса обеспечивает вакуумное масло — точно такое же масло, которое используется и в одноступенчатых моделях. Капиллярные силы вакуумного масла удерживают масло между лопаткой и корпусом рабочей камеры, препятствуя обратному току воздуха. Однако, капиллярные силы не безграничны: каждая лопатка может создавать перепад давления лишь на один-два порядка. Увеличивать количество лопаток на одном рабочем колесе бесконечно тоже нельзя — насос будет перегреваться. Поэтому используют двухступенчатую технологию: первая ступень сжимает газ до единиц кПа (0,01-0,1 Бар), а уже вторая ступень выталкивает газ в атмосферу.

Работа двух ступеней пластинчато-роторного насоса схематично показана на анимации ниже:

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

Когда лопатка первой камеры проходит мимо входного патрубка, вакуумируемый газ затягивается в первую камеру, где происходит его первичное сжатие. Предварительно сжатый газ затягивается во вторую камеру, где его давление и повышается до атмосферного.

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

Для компактности оба рабочих колеса, обычно, крепятся на одном валу. Рабочий объем первой ступени больше, благодаря чему осуществляется плавность потока воздуха.

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

Подробнее о принципе работы пластинчатых насосов можно почитать в разделе «принцип действия пластинчато-роторных насосов».

Возможность стабильно поддерживать достаточно глубокий вакуум в течение долгого времени позволяет использовать двухступенчатые насосы и в лабораториях и в промышленности. Используются они и как самостоятельные насосы, и в качестве форвакуумных перед запуском насосов высокого вакуума — таких, как насосы Рутса и турбомолекулярные. 

Широкое применение двухступенчатые насосы находят в фармакологии, химии, микроэлектронике, вакуумной плавке, сушке вымораживанием и в исследовательских лабораториях. 

Для небольших производств и исследовательских центров можно порекомендовать полупромышленные насосы AirVac AHV. Это «универсальные лошадки» для тех случаев, когда нужно решать разные задачи одним аппаратом. Насосы AHV имеют удобную ручку для переноски и универсальное подключение к вакуумируемой линии. Их можно подключить к обычной розетке. При этом они поддерживают достаточно глубокий вакуум — до 0,01 мБар. Такие насосы подойдут предприятиям по мелкосерийному производству тонких пленок и напыляемых покрытий. 

Отдельно можно выделить AirVac AHV-6, который применяют в производстве неоновой рекламы. Для производства неоновых вывесок этот насос удобен тем, что не требует подключения к трехфазной сети, имеет несколько присоединений разного диаметра и очень быстро удаляет воздух из стеклянных трубок. 

Другое частое применение двухступенчатых насосов — аналитическое оборудование. Масс-спектрометры, интерферометры, детекторы частиц — все эти приборы требуют создания и поддержки глубокого вакуума. Для этих целей хорошо подходит Busch RH0003B — небольшой насос с малой производительностью и большим запасом надежности. Обладая расходом в 2.4 м³/ч, этот насос способен длительное время удерживать абсолютное давление на уровне 0,007 мБар. 

Предприятиям с большим потреблением вакуума (при наличии центральных вакуумных постов) стоит обратить внимание на линейку Value VRD — это хорошее сочетание цена/качество. В линейке есть как небольшие модели, рассчитанные на одну производственную линию, так и насосы, способные откачивать до тысячи литров воздуха ежеминутно, например, Value VRD-65.

А для тех случаев, когда насос будет работать рядом с людьми, компания DVP разработала линейку самых тихих насосов — серии DB и DC. Уровень их звукового давления в любом режиме работы менее 52 дБ — тише, чем голос кассира в популярном супермаркете.

По сравнению с одноступенчатыми моделями, двухступенчатые насосы позволяют достичь более глубокого вакуума - до 0,004 мБар (0,4 Па). В остальном, их плюсы по большей части соответствуют плюсам своих одноступенчатых собратьев:

• высокая скорость откачки газа;
• возможность работать длительное время в режиме поддержания вакуума;
• низкое остаточное давление;
• малый уровень шума;
• долговечность.

Несмотря на широкое применение в промышленности, у двухступенчатых пластинчато-роторных насосов есть ряд ограничений:

• Ограничение по давлению — этот тип насосного оборудования любит работать в режиме поддержания форвакуума. Длительная работа с близким к атмосферному давлением на входе приводит к перегреву. Как результат — увеличенный заброс масла в воздушную сеть: насос начинает «плеваться маслом». Если продолжать работать в таком режиме, насос может перегреться. 
• Ограничение по температуре — большинство насосов работают в диапазоне температур окружающей среды от нескольких градусов выше нуля, до сорока градусов тепла. При отрицательных температурах вакуумное масло становится слишком вязким, а при перегреве масло может воспламениться. Температура вспышки большинства современных масел превышает 200 °С, но при длительной работе без надлежащего охлаждения такая температура может быть достигнута в рабочей камере.
• Ограничение по химическому составу — при подборе насоса следует проверять не только стойкость материала корпуса насоса к перекачиваемой среде, но и стойкость используемого вакуумного масла.
• Пластинчато-роторными насосами нельзя перекачивать агрессивные газы или испарения, а также воздух с содержанием твердых частиц и пыли;
• Во время эксплуатации этих насосов есть риск попадания масляных паров в перекачиваемую среду;
• Необходимо регулярно следить, чтобы уровень масла не упал ниже нормы, иначе насос не сможет нормально функционировать.

Наиболее уязвимым местом в работе двухступенчатых пластинчато-роторных насосов является вакуумное масло. Оно выполняет сразу несколько ролей:

• герметизирует зазор между пластинами ротора и рабочей камерой;
• облегчает скольжение пластин ротора;
• защищает корпус рабочей камеры от быстрого истирания;
• предотвращает коррозию металла;
• охлаждает конструкцию.

Как и во всех объемных насосах, перекачиваемый газ сильно сжимается перед выходом — это единственный способ выдавить его в атмосферу. Если в газовой смеси содержатся пары воды, они могут выпасть в виде конденсата и смешаться с маслом. Образовавшаяся водно-масляная эмульсия уже не сможет обеспечить ни достаточную герметизацию, ни смазку, ни защиту от коррозии. Даже если воздух на вакуумной линии выглядит сухим, это еще не значит, что из него при сжатии не выпадет конденсат. Почему так происходит, и что с этим делать, можно прочитать в статье «О газобалласте простыми словами»

Для борьбы с образованием конденсата практически все маслосмазываемые насосы из нашего каталога поставляются с газобалластным клапаном. Использование газобалласта хотя и повышает минимальное остаточное давление в вакуумируемом сосуде, зато позволяет существенно продлить срок службы насоса, а также снизить периодичность замены масла.

Правильно настроенный газобалластный клапан подмешивает небольшую часть атмосферного воздуха к сжимаемому газу. Так как подмешиваемый газ повышает давление в рабочей камере, насосу уже не требуется так сильно сжимать находящийся в камере газ — он может выбросить его в атмосферу даже при небольшом сжатии. Как результат, конденсат не образуется. Но и производительность насоса падает.

Рис. 3: работа газобалластного клапана.

Если не требуется создание предельно глубокого вакуума, лучше держать газобалластный клапан постоянно открытым. В ином случае, необходимо открыть клапан при старте насоса, дать насосу прогреться и откачать существенную часть воздуха из системы. После чего газобалласт можно закрыть и понаблюдать за уровнем масла. Если во время работы уровень масла растет — значит происходит образование конденсата и необходимо открыть газобалласт еще на какое-то время. В норме уровень должен оставаться постоянным или медленно снижаться.

При обнаружении конденсата не обязательно сразу выливать образовавшуюся водно-масляную эмульсию. Хотя при длительном хранении она и способна вызвать коррозию материалов рабочей камеры, при своевременном обнаружении проблемы негативных последствий можно избежать. Сразу после того, как обнаружится рост объема масляной смеси, перекройте поступление воздуха во входной патрубок (для этого в системе должен быть предусмотрен входной кран). Работающий вхолостую, без поступления воздуха извне, насос создаст в рабочей камере достаточно низкое давление, при котором вода испарится из масляной смеси и будет выброшена в атмосферу. После этого можно вновь открыть входной кран и продолжить создание вакуума. 

Если насос используется для деаэрации жидкостей или для сушки сильно влажных веществ, нужно учитывать количество отводимого водяного пара. При большой площади испарения жидкости необходимо выбирать насос с заведомо большей производительностью. Или периодически прикрывать кран на входной линии.

Если использование газобалластного клапана по каким-либо причинам нежелательно, можно пойти двумя путями: предварительное осушение перекачиваемого газа и прогрев корпуса насоса. В первом случае снижение концентрации водяных паров напрямую уменьшает объем конденсата. А прогрев корпуса насоса влияет на такой показатель, как давление насыщенного пара — чем выше температура в камере сжатия, тем большее давление можно развить, не вызывая конденсацию.

Важный момент: прогревать стоит именно корпус насоса, а не перекачиваемый газ. Газовая смесь и без того нагревается при сжатии. Но конденсация может происходить вблизи холодных стенок насоса. При этом перегревать насос тоже нельзя: максимальная температура окружающей среды, при которой может эксплуатироваться насос — 40° C.

Если вы планируете впервые купить для своего предприятия пластинчато-роторный насос для форвакуума, прежде всего соберите необходимые исходные данные:

Какое предельное остаточное давление требуется в вашем производстве?

Какова скорость натекания воздуха в сеть и какой объем газа необходимо откачивать?     

Для каких газов будет использоваться насос: агрессивных или инертных, влажных или сухих, горячих или холодных?

Имеют ли значение, в вашем случае, уровень шума и размер патрубков?

Если вы ищете замену уже имеющемуся насосу, можно скопировать данные о максимальном остаточном давлении, расходе воздуха и размерах патрубков из паспорта на него. По этим данным легко подобрать необходимую модель, воспользовавшись фильтром в левой части нашего сайта.

Затрудняетесь с выбором? Опишите вашу задачу в электронном письме, и мы с удовольствием поможем вам подобрать необходимое оборудование.