Когтевые вакуумные насосы

Как работает когтевой насос

Когтевой насос – объёмная машина: он захватывает порцию газа, сжимает её в замкнутой полости и выталкивает. В рабочей камере на двух параллельных валах вращаются навстречу друг другу два ротора с кулачками-когтями. Вращение синхронизирует пара шестерён в редукторе, поэтому роторы не касаются ни друг друга, ни стенок камеры: между ними остаются зазоры в доли миллиметра.

Клапанов в камере нет, их роль выполняют сами роторы. Проходя мимо окон в торцевой стенке камеры, когти по очереди открывают и перекрывают входное и выходное окно:

Рис. 2. Рабочий цикл когтевого вакуумного насоса

 А – входное окно открыто, в камеру поступает газ; В – входное окно закрыто, порция газа заперта между когтями; С – порция сжата, выходное окно открывается и газ выталкивается; D – выходное окно закрыто.

Газ сжимается ещё до того, как откроется выходное окно. Это называется внутренним сжатием, и в этом главное отличие от насоса Рутса: у Рутса газ переносится без сжатия и сжимается ударно, обратным потоком из выхлопа. Внутреннее сжатие позволяет когтевому насосу работать против атмосферы в одну ступень и тратить на это меньше энергии.

Рис. 3. Вращение кулачков в рабочей камере когтевого насоса

 Из чего состоит когтевой насос

• Рабочая камера с двумя роторами. Сердце насоса. Профиль когтей у разных производителей разный, но принцип один.

• Шестерённый редуктор. Синхронизирует роторы. Это единственное место в насосе, где есть масло; от рабочей камеры оно отделено уплотнениями валов.

• Электродвигатель. Трёхфазный асинхронный, на 1500 или 3000 об/мин в зависимости от модели.

• Обратный клапан на входе. Когда насос останавливается, клапан перекрывает вход: воздух не натекает обратно в систему, а роторы не раскручиваются в обратную сторону.

• Входной фильтр или сетка. Защищает зазоры от твёрдых частиц.

• Глушитель на выходе и шумоизолирующий кожух. Кожух стоит не на всех моделях; у Busch Mink между кожухом и корпусом проходит охлаждающий воздух.

• Вентилятор охлаждения. Корпус нагревается от сжатия газа.

Рис. 4 Роторы когтевых насосов разной формы.

Главный конкурент когтевого насоса – безмасляный пластинчато-роторный. Оба дают сухой вакуум порядка 100–200 мбар, и их диапазоны расхода частично пересекаются.

До 50 м³/ч когтевых насосов практически не делают – здесь работают сухие пластинчато-роторные и мембранные. Малый пластинчатый насос дёшевый, и замена лопаток окупается легко.

50–150 м³/ч – зона прямой конкуренции. Пластинчатый насос дешевле при покупке, когтевой – в эксплуатации. Выбор решает режим: при работе в одну смену экономия на лопатках накапливается медленно, при круглосуточной – быстро.

От 150 м³/ч преимущество у когтевых насосов. Цены крупных пластинчатых и когтевых моделей сближаются, а комплект лопаток для большого насоса стоит дорого и меняется так же часто.

Упаковка и централизованные вакуумные системы

Одна когтевая станция обслуживает десятки упаковочных машин или всю линию. Насосы на 300–950 м³/ч — Busch Mink MV 1202 A, Elmo Rietschle C-VLR 400–1000, Zenova CRC 0650 — заменяют набор отдельных насосов на каждом посту и выносятся из цеха в отдельное помещение.

Деревообработка и станки с ЧПУ

Вакуумные столы фрезерных станков держат листы фанеры, МДФ, пластика и композитов. Материал неметаллический, магнитом его не закрепить, а через раскроенный лист идёт большой подсос — отсюда потребность в расходе, а не в глубине вакуума. Чаще всего берут модели на 250–500 м³/ч с вакуумом 100–200 мбар.

Пневмотранспорт

Вакуумные конвейеры перемещают гранулы, порошки, зерно и сыпучие пищевые продукты по трубам. Когтевой насос не загрязняет продукт маслом и выдерживает непрерывную работу. Перед насосом обязательно ставят циклон или фильтр: пыль в зазорах роторов — главная угроза.

Полиграфия и обработка бумаги

Вакуумная подача листов, присоски на самонакладах, удержание листа на столе. Нужен стабильный вакуум без масляного тумана, который оседает на бумаге.

Пластмассы и композиты

Вакуумная формовка, пропитка композитных материалов смолой под вакуумом, дегазация расплава в экструдерах. Для экструдеров перед насосом нужен конденсатоотводчик: пары мономеров и летучих не должны попадать в камеру.

Сушка, фильтрация, медицинский вакуум

Вакуумная сушка изделий и материалов, вакуумные фильтры, централизованный медицинский вакуум в больницах. Для откачки паров растворителей и горючих газов нужны модели во взрывозащищённом исполнении.

• Сухой и чистый выхлоп. В рабочей камере нет ни масла, ни трущихся деталей, поэтому насос не загрязняет ни откачиваемую систему, ни воздух в цехе.

• Нечего менять в проточной части. Роторы не касаются друг друга и корпуса и не изнашиваются. Остаётся масло в редукторе, входной фильтр и подшипники по регламенту производителя.

• Непрерывная работа. Насосы рассчитаны на круглосуточный режим без остановок на обслуживание.

• Регулирование частотником. Расход можно подстроить под потребление системы и не гонять насос на полной мощности. Частотные преобразователи ищите также на нашем сайте.

• Взрывозащищённые исполнения. Для откачки горючих газов и паров растворителей есть модели с сертификатом ATEX.

• Масштабирование. Несколько насосов объединяют в станцию и включают по мере роста потребления.

• Цена покупки. Да, когтевой насос дороже сухого пластинчато-роторного того же расхода, но окупается при непрерывной работе и больших расходах.

• Вакуум не глубже 20 мбар. Для более глубокого вакуума нужны двухступенчатые пластинчато-роторные или винтовые насосы.

• Чувствительность к пыли и жидкости. Твёрдые и липкие частицы, капли и пробки жидкости могут повредить роторы. На входе обязательны фильтр, а при влажной среде – сепаратор. Для влажного газа и пара лучше подходят водокольцевые насосы.

• Ограничения по температуре. Газ на входе не горячее +40 °C, окружающий воздух – от 0–5 до +40 °C в зависимости от производителя. При перегреве роторы расширяются и могут заклинить.

• Нагрев и шум. Корпус разогревается до +70 °C, шум – 70–85 дБ. Насос ставят в отдельном помещении или под кожухом.

• Ремонт точно только в сервисе. Зазоры в доли миллиметра не выставить обычному работнику цеха: насос с повреждёнными роторами или подшипниками везут в сервисный центр.

Нужно ли когтевому насосу масло? В рабочей камере масла нет. Оно есть только в редукторе синхронизирующих шестерён, и его меняют по регламенту производителя. В откачиваемый газ масло не попадает.

Какой вакуум реально даёт когтевой насос? В карточке указано предельное остаточное давление – 20–200 мбар в зависимости от модели. На этом давлении расход падает почти до нуля, поэтому рабочая точка должна быть с запасом: если нужно 200 мбар, берите насос с пределом около 100 мбар.

Когтевой или безмасляный пластинчато-роторный – что взять? До 50 м³/ч – пластинчатый, когтевых в этом диапазоне почти нет. От 150 м³/ч и при круглосуточной работе – когтевой: он дороже, но в нём не нужно менять лопатки. Между этими значениями решает режим работы и бюджет.

Можно ли откачивать влажный воздух или пыль? Только с защитой: пыль задерживают входным фильтром или циклоном, конденсат – сепаратором. Пробки жидкости для когтевого насоса недопустимы. Для газа с большим количеством пара лучше подходит водокольцевой насос.

Чем когтевой вакуумный насос отличается от когтевого компрессора? Принцип один, отличается назначение: вакуумный насос откачивает, компрессор нагнетает. Когтевые компрессоры также есть на нашем сайте.

Первое правило: чем больше типоразмер, тем мельче вакуум. У Busch Mink MM модели на 62–160 м³/ч доходят до 60 мбар, а на 400–500 м³/ч – только до 200 мбар. Если нужен и большой расход, и вакуум глубже 100 мбар, смотрите на CRC 0650 или ставьте несколько насосов параллельно.

Zenova CRC – 5 моделей на 100–650 м³/ч, остаточное давление 50–180 мбар, двигатели 3–11 кВт на 2980 об/мин. Единственная линейка в категории, которая есть на складе, и единственная с гарантией 18 месяцев. CRC 0100 и CRC 0180 дают 50 мбар – это глубже, чем у Busch Mink MM того же расхода.

Busch Mink MM – 10 моделей на 62–500 м³/ч, 60–200 мбар, 1,3–9,2 кВт. Малые модели компактнее CRC и подойдут там, где 100 м³/ч избыточно. По запросу поставляются во взрывозащищённом исполнении ATEX.

Busch Mink MI – 2 модели на 50 и 120 м³/ч с остаточным давлением 20 мбар. Это самый глубокий вакуум в категории: берите их, когда 50–60 мбар не хватает, а масляный насос ставить нельзя.

Busch Mink MV 1202 A – 950 м³/ч при 200 мбар и 18,5 кВт. Для центральных вакуумных станций, где иначе пришлось бы ставить два-три насоса.

Elmo Rietschle Zephyr C – 9 моделей C-VLR на 60–950 м³/ч, 150–200 мбар, 1,5–18,5 кВт. Самый широкий ряд типоразмеров, но вакуум у всех моделей мельче, чем у CRC и Busch.