Мембранные и поршневые вакуумные насосы

У поршневых и мембранных насосов есть общие свойства:

• Чистый воздух на выходе. Ни масла, ни графита в откачиваемом газе не появляется.
• Компактность. Самая тяжёлая модель категории весит меньше офисного принтера, самая лёгкая − помещается на ладонь.
• Простота обслуживания. Постоянный контроль оператора не нужен: достаточно раз в несколько тысяч рабочих часов заменить мембрану или уплотнение поршня.
• Лёгкость установки. Насос подключают к вакуумной линии, подают питание, и всё. Настройки не требуется, для монтажа не нужен специальный инструмент.
• Умеренный шум. И мембранные, и поршневые насосы этого размера тише пластинчато-роторных той же производительности.

А вот чем они отличаются:

Логика выбора простая. Если особых требований нет, сначала смотрите поршневые: они банально дешевле. К мембранным переходите, когда поршневой по условиям не подходит — влажный газ, пыль, дорогое или ядовитое рабочее тело.

Сравнение серий на близких моделях

Отдельно стоит посмотреть на столбец мощности. На кубометр производительности RP-550V тратит 0,047 кВт, PVP-140V − 0,063 кВт, а мембранный DMA-60V − 0,024 кВт, то есть вдвое меньше поршневых. Если насос работает в помещении круглосуточно, разница в счёте за электричество частично отыгрывает разницу в цене.

Чаще всего эти насосы стоят в лабораторном, медицинском, автосервисном, полиграфическом и упаковочном оборудовании, а также на участках пищевых, электронных и нефтехимических производств.

Лаборатории

Вакуумный насос для лаборатории − самая массовая задача категории: фильтрование под вакуумом, дегазация растворов, роторные испарители, молекулярная дистилляция. Если в откачиваемом газе есть пары растворителя, берите мембранный DMA: он переживает конденсат, который убьёт уплотнение поршня.

Медицина

В электроотсосах и вакуумных осушителях используют мембранные насосы − они не боятся влажного воздуха и случайного попадания жидкости, поэтому не требуют дорогих фильтров-отделителей перед входом.

Полиграфия и упаковка

Вакуумные захваты, прижим и раздув листов в печатных машинах, небольшие упаковочные линии − упаковка конфет, ювелирных изделий, мелкой электроники. Здесь воздух сухой и чистый, и выгоднее ставить поршневой насос: при равной производительности он дешевле мембранного примерно втрое.

Холодильный сервис

Вакуумный насос для вакуумирования кондиционеров и холодильных контуров должен вытягивать из системы воздух вместе с влагой. Мембранные модели переносят это без последствий, поршневые хуже: влага ускоряет износ уплотнения цилиндра.

Присоски, манипуляторы, вакуумные печи

Захваты и присоски на сборочных линиях, вакуумные столики, небольшие сушильные и печные камеры, массажное и косметологическое оборудование. Требование здесь одно − компактность и работа от бытовой розетки.

Если коротко: выбор между мембранным и поршневым насосом часто дело вкуса, но как только в откачиваемом воздухе появляются пары влаги или пыль − берите мембранный.

Поршневой насос − один из самых распространённых типов объёмных насосов для воздуха. Он состоит из поршня, цилиндра, двух клапанов и двигателя. Устройство показано на анимации ниже.

Анимация 1: устройство поршневого вакуумного насоса

Как правило, поршневые насосы оснащены двигателем на 220 В переменного тока. По запросу производитель может поставить их с двигателем постоянного тока на 12 или 24 В, а старшие модели Zenova RP-2000 и RP-3000 есть в исполнении на 380 В.

Главное достоинство поршневого насоса − простота конструкции. Движущихся частей много, но каждая деталь изготавливается на простом и легко автоматизируемом оборудовании, отсюда и низкая цена.

Второе достоинство − безразличие к давлению на входе. В отличие от пластинчато-роторного, поршневой насос одинаково работает и от атмосферы, и на любой глубине вакуума. Он же быстрее выходит на рабочую точку и стабильнее держит давление в системе, оперативно откачивая натекания.

Основная сложность при производстве безмасляного поршневого насоса − уплотнение между цилиндром и поршнем. От его качества в первую очередь и зависит достижимая глубина вакуума.

Чего поршневым насосом делать нельзя

• Перекачивать агрессивные газы. Поршень и цилиндр чаще всего металлические, газ взаимодействует с ними напрямую.
• Перекачивать газ с содержанием кислорода выше 22 %. Риск воспламенения при сжатии.
• Перекачивать ядовитые, токсичные и радиоактивные газы. Идеального динамического уплотнения не существует, небольшая часть газа неизбежно просачивается через уплотнение поршня в атмосферу.
• Перекачивать газ с пылью и твёрдыми частицами. Даже небольшая запылённость резко ускоряет износ уплотнения.
• Перекачивать взрывоопасные газы. Перед выпуском в атмосферу газ сильно разогревается при сжатии.
• Допускать попадание жидкости внутрь. Это повреждает клапаны. Влажный воздух насос переносит, но уплотнение при этом изнашивается быстрее.

И ещё одна особенность, о которой стоит знать заранее: уплотнение цилиндра изнашивается постепенно, и вместе с ним постепенно падает глубина вакуума. Приходится выбирать − чаще менять уплотнение или мириться с ухудшением. Зато отказ никогда не бывает внезапным, в отличие от разрыва мембраны

Основной элемент мембранного насоса − эластичная мембрана, которую периодически прогибает поршень. Механический привод почти такой же, как у поршневого: на валу электродвигателя стоит кривошипно-шатунный механизм, и его поршневая часть толкает мембрану. Разница в том, что откачиваемый газ контактирует только с мембраной и клапанами, а до механики не доходит.

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.

Как и поршневые, мембранные насосы бывают однокамерными и двухкамерными. Камеры соединяют параллельно, чтобы поднять производительность, или последовательно − чтобы углубить вакуум. В каталоге это видно по букве в названии: DMA-60V − одноступенчатый, DMA-60H − двухступенчатый.

Главное преимущество мембранного насоса перед поршневым − герметичность. Пока мембрана цела, откачиваемый газ не выходит наружу, поэтому таким насосом, как правило, допускается перекачивать токсичные и ядовитые газы. По той же причине мембранники берут для работы с дорогими и редкими газами: ни одна молекула не уйдёт через уплотнение, потому что уплотнения, которое скользит, здесь просто нет.

Второе преимущество − терпимость к влаге и пыли. Даже при случайном попадании жидкости в рабочую камеру большинство мембранных насосов продолжают работать в том же режиме. Учитывайте , что модели со стальным корпусом при долгом контакте с водой могут корродировать. На способность откачивать насыщенные пары это не влияет, но на срок службы корпуса − да.

К недостаткам относятся более высокая цена за кубометр производительности, меньший расход − 3,9 м³/ч против 15,6 у поршневых − и необходимость чаще менять расходник.

Отметим и постепенность поломки. Поршневой насос сдаёт не сразу: вакуум месяц за месяцем становится хуже, и это заметно по приборам. Мембранный держит одну и ту же эффективность вплоть до момента разрыва мембраны. Поэтому, если вы откачиваете опасные газы, меняйте мембраны по регламенту, не дожидаясь отказа.

Какой вакуум реально даёт безмасляный поршневой насос?

Двухступенчатые модели выходят на 27–30 мбар, одноступенчатые − на 60–160 мбар. Это низкий вакуум. Если нужны единицы миллибар и глубже, смотрите пластинчато-роторные или спиральные насосы: физика сухого поршневого уплотнения глубже не позволяет.

В откачиваемом воздухе есть влага. Какой насос брать?

Мембранный DMA. Поршневой влагу переносит, но уплотнение цилиндра от неё изнашивается быстрее, и глубина вакуума начнёт падать раньше срока.

Можно ли откачивать этим насосом агрессивные газы?

Нет.

Почему модели с буквой H дают глубже вакуум, но меньше расход?

У них две рабочие камеры включены последовательно: вторая ступень дожимает то, что откачала первая. Глубина растёт, объём падает. В моделях с буквой V те же камеры работают параллельно − и всё наоборот.

Как часто менять уплотнения и мембраны?

Ориентировочный ресурс − 8–10 тысяч рабочих часов у уплотнений поршня и около 9 тысяч у мембран. Мембрану лучше менять по регламенту, не дожидаясь разрыва.