Мембранные и поршневые вакуумные насосы

Чаще всего безмасляные мембранные и поршневые насосы используются в лабораторном, медицинском, автосервисном, полиграфическом и упаковочном оборудовании, а также в пищевой, электронной и нефтехимической промышленности.

В медицине мембранные насосы могут использоваться для электроотсосов и вакуумных осушителей, так как они не боятся влажного воздуха и попадания жидкости. В автосервисах небольшие поршневые насосы применяются для создания вакуума в системах кондиционирования. В полиграфии — для вакуумных захватов, прижима и раздува листов. И мембранные и поршневые насосы могут применяться для небольших упаковочных линий, если требуется маленькая производительность по воздуху: например, упаковка конфет и ювелирных изделий. 

Поршневой насос — это один из самых распространенных типов объемных насосов для воздуха. Он состоит из поршня, цилиндра, двух клапанов и двигателя. Его устройство показано на анимации ниже:  

Анимация 1: устройство поршневого вакуумного насоса

Как правило, поршневые насосы оснащены двигателем на 220 вольт переменного тока. Хотя, по запросу, производители могут их оснастить и двигателями постоянного тока на 12 или 24 вольта. 

Основное достоинство поршневого насоса — простота конструкции. Даже не смотря на относительно большое количество движущихся частей, каждая часть насоса может быть изготовлена на простом и легко автоматизируемом оборудовании. Второе достоинство таких насосов — относительное безразличие к давлению на входе. В отличие от пластинчато-роторных насосов, поршневой насос может работать как с атмосферным давлением на входе, так и с любой глубиной вакуума. Основная сложность при производстве безмасляных поршневых насосов — это уплотнение между цилиндром и поршнем. Именно от качества этого уплотнения в первую очередь зависит глубина достигаемого вакуума. Также поршневой насос, обычно, быстрее развивает необходимый вакуум, чем мембранные модели, и поддерживает более стабильное давление в системе (быстрее откачивая возникающие натекания воздуха).

Из конструкции поршневого насоса вытекают и ограничения, накладываемые на его эксплуатацию:

Перекачиваемый газ не должен взаимодействовать с материалами насоса. Так как поршень и цилиндры чаще всего изготавливают из металла, то перекачивать агрессивные газы таким насосом запрещено. Так же запрещено перекачивать и газы, содержащие более 22 ‰ кислорода. 

Так как создать идеальное динамическое уплотнение невозможно, небольшая часть откачиваемого газа будет неизбежно просачиваться через уплотнение поршня в атмосферу. Поэтому таким насосом нельзя перекачивать ядовитые, токсичные и радиоактивные газы. 

Уплотнение цилиндра постепенно изнашивается в процессе эксплуатации насоса. В результате, глубина создаваемого вакуума со временем падает. И в этой ситуации приходится выбирать: чаще менять уплотнения, или мириться с падением глубины вакуума. 

Нельзя перекачивать поршневым насосом и газы, содержащие пыль и другие твердые частицы. Даже небольшое содержание пыли существенно ускорит выход уплотнения из строя. 

Поршневыми насосами нельзя перекачивать взрывоопасные газы, так как перед выпуском в атмосферу газ сильно разогревается в результате сжатия. 

Перекачка влажного воздуха может ускорить износ уплотнений поршня. 

Попадание жидкости в поршневой насос крайне нежелательно — это может привести к повреждению клапанов. 

Еще одно условное преимущество — низкий уровень звукового давления: как правило, поршневые насосы несколько тише мембранных, и значительно тише пластинчато-роторных моделей. 

PVP-40V – это самый компактный насос в модельном ряду с одной рабочей камерой. Его производительность составляет 2,8 м3/ч, а глубина вакуума достигает 100 мбар.

PVP-140V, 200V – двухкамерные насосы с параллельным подключением (одноступенчатые). Насосы имеют увеличенную производительность, но меньшую глубину вакуума (по сравнению с насосами H). Производительность 7,1 - 9,9 м3/ч, глубина вакуума до 70 мБар.

PVP-90H, 140H, 200H – двухкамерные насосы с последовательным подключением (двухступенчатые). Модели со знаком H достигают более глубокого вакуума (до 15 мБар), но имеют меньшую производительность.

Так же поршневые насосы могут поставляться в виде откачных постов — это насос со всем необходимым установленным оборудованием: вакууметр, обратный и отсечной клапан и сепаратор конденсата. Такие посты будут полезны, если вы покупаете вакуумный насос с нуля, и не хотите самостоятельно монтировать дополнительное оборудование. 

Основной элемент мембранного насоса — эластичная мембрана, периодически прогибаемая поршнем. Мембрану в действии можно увидеть на анимации ниже: 

Анимация 2: принцип работы мембранного вакуумного насоса

Механический привод мембранного насоса похож на аналогичный привод поршневого насоса: на вал электрического двигателя установлен кривошипно-шатунный механизм, поршневая часть которого и толкает эластичную мембрану. Как и у поршневых насосов, мембранные вакуумные насосы могут быть как однокамерными, так и двухкамерными. Камеры также могут соединяться параллельно для увеличения производительности, или последовательно — для увеличения глубины достигаемого вакуума.

Основным преимуществом мембранного насоса перед поршневым является герметичность. Таким насосом, как правило, допускается перекачивать токсичные и ядовитые газы — пока мембрана не повреждена, они не попадут в атмосферу. Кроме того, мембранные насосы более толерантны к наличию в перекачиваемом воздухе пыли, влаги и твердых включений. Даже при случайном попадании жидкости в рабочую камеру, большинство мембранных насосов продолжат работать в том же режиме. Стоит лишь учитывать, что насосы с корпусом из стали при длительном контакте с водой могут покрыться коррозией. Но это не мешает использовать мембранные насосы для перекачивания насыщенных паров жидкостей. 

К недостаткам вакуумного мембранного насоса можно отнести чуть более высокий уровень вибрации и шума, а также необходимость чаще заменять расходники, в сравнении с поршневыми насосами. Условно, к недостаткам насосов с гибкими диафрагмами можно отнести внезапность разрыва мембраны. Если у поршневого насоса эффективность откачки воздуха будет снижаться постепенно с течением времени, то мембранный насос будет сохранять одну и ту же эффективность вплоть до разрыва мембраны. Так что, если вы собираетесь перекачивать опасные газы, то заменяйте мембраны заранее — до того, как они выйдут из строя.

Мембранные вакуумные насосы наиболее часто применяются в следующих областях:

Монтаж и ремонт холодильного оборудования — для удаления воздуха и отработанного хладагента из радиаторов;

Молекулярная дистилляция — мембранные вакуумные насосы позволяют достаточно быстро очистить необходимый реактив;

Медицинский дренаж и вакуумные отсосы — мембранные вакуумные насосы не боятся попадания жидкости, и потому не требуют дорогих фильтров-отделителей перед ними.

Можно использовать диафрагменные вакуумные насосы и в работе печатных машин, и в вакуумных печах, и для массажеров, присосок и манипуляторов.

Отдельная область применения мембранных вакуумников — перекачка дорогих и редких газов. В отличие от насосов с динамическими уплотнениями, ни одна молекула перекачиваемого газа не просочится за пределы мембранного вакуумного насоса.

Первая модель — одноступенчатая DP-60V. Она обеспечивает стандартную производительность и глубину вакуума: 65 л/мин (3,9 м³/час) с остаточным давлением до 80 мБар (8% от атмосферного давления).

Вторая модель двухступенчатая DP-60H. Она обеспечивает более глубокий вакуум до 30 мБар (3% от атмосферного давления), но при этом имеет сниженную производительность до 40 л/мин (2,4 м³/час).

При выборе любого вакуумного насоса следует ответить себе на пять вопросов:

Какую глубину вакуума необходимо достичь?

Какой объем воздуха и насколько быстро необходимо будет откачать?

Каков химический состав перекачиваемого газа? Будет ли он разрушать материалы насоса?

Есть ли в перекачиваемом газе механические примеси: тверные частицы, пыль или конденсат?

Какова температура перекачиваемого газа?

Если к насосу не предъявляется каких-то специальных требований, то сначала лучше рассмотреть к покупке поршневые насосы: они в среднем дешевле и долговечнее. И лишь если поршневой насос для вашей задачи не подходит, стоит обратить внимание на насосы с мембраной. В то же время, если вы планируете купить единственный универсальный вакуумный насос для небольшого предприятия, и пока не очень хорошо представляете, какие задачи этот насос будет решать в будущем, то мембранный аппарат может оказаться более удачной покупкой, так как спектр его возможностей гораздо шире.