Когтевые вакуумные насосы

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.

 

 

 

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.

 

 

 

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.

 

 

 

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.

Основным конкурентом для когтевых насосов являются популярные безмасляные пластинчато-роторные насосы. Они обеспечивают похожую глубину вакуума в 100-200 мбар и частично пересекающийся диапазон производительности. 

 

Пластинчато-роторные насосы дешевле, но их графитовые лопатки со временем изнашиваются и в выхлопной линии появляется графитовая пыль, которую приходится фильтровать. Износ графитовых лопаток требует их регулярной замены с периодичностью от 3 до 20 тысяч часов (чаще всего 6-7 тысяч часов). Еще один недостаток - вакуумные насосы этого типа не допускают плавное регулирование производительности при помощи частотного преобразователя.

 

Когтевой насос дороже, но зато не загрязняет выхлопную линию механическими частицами и не имеет изнашивающихся запчастей, а все техобслуживание сводится к периодической замене масла в шестеренной коробке. К тому же когтевые насосы более энергоэффективны (при равной производительности требуют меньшей мощности двигателя по сравнению с безмасляными пластинчато-роторными насосами) и допускают частотное регулирование производительности. 

 

Таким образом потребителю приходится выбирать между более дешевым, но менее удобным в эксплуатации безмасляным пластинчато-роторным насосом и более дорогим, но беспроблемным в использовании когтевым вакуумным насосом. 

 

 

 

- Вакуумные насосы с производительностью от 4 до 40 м3/час. Здесь безраздельно царствуют безмасляные пластинчато-роторные насосы. Маленькие модели дешевы, а это перевешивает хлопоты с периодической заменой лопаток.

Когтевых же вакуумных насосов с такой производительностью просто не бывает. 

 

- Вакуумные насосы с производительностью от 60 до 150 м3/час. Это зона наиболее острой конкуренции между когтевыми и пластинчато-роторными насосами. Последние традиционно дешевле, но чем больше типоразмер, тем цена пластинчато-роторного насоса все больше приближается к цене когтевого. Если тенденция на уменьшение цен когтевых насосов сохранится, то в будущем перевес будет на их стороне.

 

- Вакуумные насосы с производительностью от 160 до 1000 м3/час. Здесь уже преимуществом обладают когтевые насосы. По цене большие безмасляные пластинчато-роторные насосы догоняют когтевые, при этом все недостатки пластинчато-роторных насосов никуда не деваются. Немецкая фирма Becker осталась последней, кто пытается выпускать большие безмасляные пластинчато-роторные вакуумные насосы с расходом от 175 до 500 м3/час, но их время уже на исходе.