Виды вакуумных насосов, принцип работы и как выбрать нужный

Вакуумный насос делает то, что обычный компрессор делать не умеет: создаёт давление ниже атмосферного. Откачивает газ из закрытого объёма. Зачем это нужно — зависит от отрасли. В медицине — хирургический отсос и вакуумная иммобилизация. В пищевой — упаковка под вакуумом. В химии — вакуумная дистилляция. Везде — своя глубина разрежения и свои требования к насосу.

Вакуум — это газ при давлении ниже атмосферного (ниже 1 013 мбар). Измеряют остаточное давление: чем оно ниже, тем глубже вакуум.

Низкий вакуум — 1–1 000 мбар. Средний — 10⁻³–1 мбар. Высокий — 10⁻⁶–10⁻³ мбар. Для промышленных процессов чаще всего нужен низкий и начало среднего диапазона — 1–100 мбар. Глубокий вакуум (до 10⁻⁶ мбар) — удел научных и специализированных производств.

Самый распространённый тип для промышленного вакуума. Ротор вращается эксцентрично внутри цилиндрического статора. Пластины, выдвигаясь из пазов ротора, делят пространство между ротором и статором на ячейки переменного объёма. Газ всасывается, объём ячейки уменьшается, газ сжимается и выталкивается.

Масляные исполнения — масло уплотняет зазоры и смазывает пластины. Достижимое разрежение — до 10⁻³ мбар. Масло частично попадает в откачиваемый газ — для чистых процессов это недопустимо.

Безмасляные (сухие) — без масла в рабочей зоне. Чистый газ на выходе. Применяются в пищевой промышленности, медицине, фармацевтике. Достижимое разрежение ниже, чем у масляных, но для большинства задач достаточно.

Достоинства: простая конструкция, надёжность, широкий диапазон производительности. Недостатки: масляные — загрязнение потока, замена масла. Чувствительны к конденсату в откачиваемом газе.

Рабочее колесо с лопатками вращается в частично заполненном водой корпусе. Вода образует кольцо, между которым и ступицей колеса — ячейки переменного объёма. Газ всасывается, сжимается и выталкивается.

Главное преимущество — устойчивость к влажному газу. Там, где пластинчато-роторный насос выйдет из строя при попадании воды, водокольцевой продолжит работать. Применяется в химии, пищевой промышленности, фармацевтике. Подробнее о принципе работы — в статье «Вакуумная автоматическая жидкостная станция».

Два спиральных элемента — один неподвижный, другой совершает эксцентричное движение. Газ захватывается у периферии и перемещается к центру, где сжимается и выталкивается. Полностью сухой, без масла и воды, тихий.

Достижимое разрежение — до 0,5–1 мбар. Применяется в медицине, лабораториях, полупроводниковом производстве — там, где важна чистота откачиваемого газа и низкий уровень шума.

Для высокого и сверхвысокого вакуума (до 10⁻¹⁰ мбар). Работает по принципу молекулярного насоса: лопатки ротора на высоких оборотах передают молекулам газа импульс в направлении выхлопа. Применяется в научных установках, производстве полупроводников. Требует форвакуумного насоса в паре.

Требуемое разрежение. Главный параметр. Если нужно 50 мбар — пластинчато-роторный или водокольцевой. Если 1 мбар — масляный ротационный или спиральный. Глубже 10⁻³ мбар — турбомолекулярный плюс форвакуумный.

Состав откачиваемого газа. Влажный, с парами растворителей, агрессивный — водокольцевой или спиральный. Чистый сухой газ — любой тип.

Требования к чистоте. Масло в откачиваемом газе недопустимо — безмасляный тип обязателен.

Производительность. В л/мин или м³/ч при рабочем разрежении. Нужно покрывать суммарную утечку объёма и пиковые нагрузки.

Оборудование КубСпецТех для вакуумного применения — в разделе компрессорных и вакуумных станций. О схеме обвязки вакуумной системы — в статье «Схема вакуумной станции».

Масляный пластинчато-роторный насос требует регулярной замены масла — каждые 500–2 000 часов в зависимости от условий эксплуатации и типа масла. Используют только специальное вакуумное масло с низким давлением насыщенных паров. Обычное моторное — категорически нет: оно испаряется в вакуум и загрязняет откачиваемый объём.

Фильтр на входе — обязателен. Пыль и твёрдые частицы разрушают пластины за несколько часов работы. Замена фильтрующего элемента — ежемесячно или по перепаду давления.

Водокольцевой насос: следить за температурой рабочей жидкости. Перегрев ухудшает разрежение и ускоряет кавитацию.