Когтевые вакуумные насосы

Когтевые вакуумные насосы - справочная информация

Когтевые вакуумные насосы (claw vacuum pumps) позволяют получать неглубокий безмасляный вакуум с большой производительностью. Этот тип насосов может создавать остаточное давление до 20-200 мбар (2-20% атмосферного давления), а их производительность колеблется от 60 до 1000 м3/ч в зависимости от модели. 

При работе когтевых вакуумных насосов всасывающая и выхлопная линии не загрязняются механическими частицами, а также масляным выхлопом. Поэтому эти насосы можно применять там, где предъявляются особые требования к чистоте среды и самого оборудования. Конструкция когтевых насосов предусматривает высокую производительность, что позволяет быстро откачать газ даже из большой ёмкости. Широко используются в любых процессах, где вещества получаются методом крекинг-процесса.

Когтевые вакуумные насосы получили свое название благодаря заостренной форме рабочего органа - когтеобразного кулачка. Изобретение когтевого принципа сжатия воздуха связано с работой британской фирмы Northey Technologies в 1930-е годы. Однако широкое распространение когтевых вакуумных насосов началось только в начале 2000-х годов благодаря усилиям немецких фирм Busch и Elmo Rietschle. Они подняли уровень исполнения и надежности этих насосов на новый уровень. К тому же увеличение объемов производства положительно сказалось на снижении цены, хотя и по сей день когтевые вакуумные насосы остаются относительно дорогим оборудованием.

В 2010-е годы когтевые насосы начали производить итальянские фирмы DVP, Aglient, корейская фирма Wonchang, затем эстафету подхватил Китай (в нашем каталоге он представлен линейкой Zenova CRC).

Рис. 1 – Разнообразие форм когтевых вакуумных насосов

Когтевые вакуумные насосы хороши тем, что не требуют ремонта и периодической замены изнашиваемый деталей. Кулачки-когти во время вращения в рабочей камере не соприкасаются друг с другом или стенками насоса и соответственно не подлежат износу. Всё обслуживание сводится к замене масла в синхронизирующей коробке. В настоящее время рынок когтевых насосов находится в стадии бурного развития, они активно вытесняют некоторые другие типы вакуумных насосов, в частности безмасляные пластинчато-роторные вакуумные насосы.

Принцип действия и принципиальная схема устройства

2.1 Принцип работы

 

Когтевые насосы относятся к устройствам объемного типа. В рабочей камере насоса находятся два кулачка, которые называют «когтями» из-за соответствующей формулы профиля. Эта форма позволяет достичь минимальных зазоров, соблюдаемых при вращении каждого из кулачков, поэтому вращение происходит без какого-либо трения между основными рабочими частями насоса. Всасывание газа производится через специальный канал, затем газ попадает в так называемую зону концентрации потока, которая напоминает по форме воронку. Благодаря этому элементу даже разреженные газы ускоряются для повышения эффективности работы. Затем газ поступает в вакуумную камеру. Кулачки, вращаясь, сгребают порции этого газа из камеры, после чего он перемещается в зоны нагнетания между этими элементами.

 

 

Рис. 2 – Рабочий цикл когтевого вакуумного насоса

 

А – входное отверстие открыто, В – входное отверстие закрыто, С – выходное отверстие открыто, D – выходное отверстие закрыто (набирается новая порция среды) 

 

Когда давление достигает определенной степени – открывается выхлопное отверстие. Тип сжатия в этих насосах – так называемый «внутренний», потому что процесс происходит только между рабочими элементами без непосредственного участия корпуса. Это позволяет добиться очень высокого КПД, ведь количество переходов газа между различными полостями минимально. Вывод потока газа производится через нагнетательный патрубок. Перед тем, как выйти за пределы насоса, газ может проходить между корпусом насоса и многослойным кожухом, что существенно снижает температуру выхлопа.

 

Рис. 3. Вращение кулачков в рабочей камере когтевого насоса. Анимация Northey Technologies. 

 

 

2.2 Принципиальная схема устройства

 

Основой когтевого вакуумного насоса, как и любого другого аппарата объёмного типа – это корпус. Его толщина невелика, потому что нагрузка на стенки насоса минимальна. Этому способствует обратный клапан, который не допускает воздействия вакуума из откачиваемой емкости на элементы насоса. Если уровень вакуума максимален, то насос, в зависимости от модели, либо отключается, либо работает вхолостую, сигнализируя о том, что достигнуто определенное заданное значение. Входящий патрубок может прикрепляться к ёмкости любым способом, отвечающим техническим условиям эксплуатации насоса. Способ зависит от производителя, от самой ёмкости или трубопровода. При установке насоса стоит учитывать, что при откачке давление будет производиться также и на трубопровод, поэтому труба должна быть достаточно толстостенной, чтобы выдержать давление атмосферы.

 

 

Рис. 4 – Рабочая часть насоса – когти разной формы.

 

Через патрубок откачиваемая среда проходит канал, который обычно проточен в усиленной части корпуса. В момент открытия клапана он испытывает нагрузку от давления атмосферы. Из-за сжатия газа, особенно на начальном этапе откачки, корпус может сильно нагреваться, поэтому он может быть снабжен специальными ребрами, отводящими тепло. Из канала среда захватывается когтями, которые практически сразу же смыкаются, а затем пространство между ними начинается сокращаться, за счёт чего образуется зона повышенного давления относительно резервуара, из которого производится откачивание.

Далее вращательным движением когтей сжатый объём сопровождается в сторону отверстия выхлопного патрубка. Сам патрубок может сразу же выходить в трубопровод, либо может производиться дополнительное охлаждение в змеевике, который опоясывает корпус насоса в несколько оборотов. Такая мера особенно эффективна для откачиваемых агрессивных сред, которые существенно увеличивают своё деструктивное действие при дополнительном нагреве.

Конструктивной особенностью когтевых вакуумных насосов является то, что не все модели имеют обратный ход. Всё зависит от формы когтей.

Сравнение когтевых и безмасляных пластинчато-роторных вакуумных насосов

Сфера использования

• Используются в полиграфии, когда необходимо вакуумное закрепление краски и ликвидация мельчайших пузырьков на крупных цветных рисунках для их лучшего проникновения в бумагу. Эту же технологию используют при печати денежных купюр.
• В так называемых вакуумных печах, которые применяются для сушки крупных овощей целиком. Также эта технология используется при сушке древесины твердых пород.

 

Рис. 5 – Использование синхронизированных вакуумных когтевых насосов Busch Mink.

 

• В системах осушки пористых деталей от остатков растворителя. Деталь нагревают, а пары высасываются насосом, в результате получается полная очистка.
• Когтевые вакуумные насосы также используются для создания постоянного вакуума в системах, позволяющих удерживать таким способом различные детали на конвейерах и даже в станках, например, при лазерной резке или гравировке. Это позволяет удерживать немагнитные материалы.
• Благодаря стабильному и хорошо регулируемому вакууму, можно использовать эти насосы для создания вакуумного транспорта между помещениями цеха или же в автоматизированных системах складского хранения.
• Могут использовать для откачки летучих коррозионных газов для повышения срока эксплуатации различных резервуаров и трубопроводов.
• Выполненные во взрывозащищенном исполнении когтевые насосы могут использоваться для того, чтобы откачивать газы, воспламенение которых возможно только при накоплении определенной концентрации.
• Нагнетание вакуума при помощи когтевых насосов происходит равномерно, благодаря чему возможно производство наполненных смолами волокнистых и сотовых композитных материалов.
• Когтевые вакуумные насосы используются для удаления растворителей при высыхании краски или лака внутри ёмкостей и резервуаров. Для этих же целей они часто используются при покраске автомобилей в закрытых камерах.
• Могут использоваться в системах фильтрации, когда используется вакуумное продавливание жидкостей через фильтр. Этот метод хорош тем, что скорость фильтрации можно регулировать силой вакуума.

 

Рис. 6 – Применение когтевых вакуумных насосов при изготовлении полупроводников

 

• Некоторые процессы кристаллизации и полимеризации происходят только в условиях мощного вакуума, который можно создать когтевыми насосами.
• Эти устройства можно использовать для вакуумной перегонки нефти при постепенном нагреве. Сначала испаряются более легкие фракции, затем они откачиваются вакуумным насосом в охладитель.
• Вакуумная стерилизация в процессах создания пива и твердого сыра.
• На производствах всех видов спиртов и жирных кислот.
• При производстве биологического топлива. Выполняется своевременна откачка метана и закачка свежего воздуха для аэробного брожения.
• На производстве для вакуумного формования полых изделий, например, бочек или шарообразных предметов.
• В производстве пенопласта.
• Любые физические опыты, в которых требуется создание мощного вакуума, вплоть до состояний, близких к околоземной орбите.
• Может использоваться для изготовления жесткой вакуумной упаковки крупных предметов, а также выполнять эту работу по упаковке любых товаров на любой производственной линии.
• Используются для создания пенополимеров и пенобетона.
• Могут использоваться для создания вакуума в плавильных печах, что существенно снижает затраты энергии.
• Когтевые вакуумные насосы применяются для дегазации жидкостей.

Преимущества когтевых вакуумных насосов

Недостатки когтевых насосов