Тэг: насос

История исследования вакуума.

История постижения вакуума и «страха пустого пространства»

Ничто не является столь невообразимым, как небытие. Даже древнегреческие философы позволяли своим мыслям блуждать в пространстве между материей. Левкипп и его ученик Демокрит (оба жили на рубеже V и IV веков до н. э.) верят, что мир состоит из атомов, которые движутся в пустом пространстве. Они не могли доказать свою теорию, и она отверглась Аристотелем менее чем через 100 лет. Аристотель убежден, что природа ненавидит абсолютную пустоту и что вселенная заполнена вечной субстанцией, называемой эфиром. Его постулат позже становится известен под латинским термином «horror vacui» — страх перед пустым пространством — и остается распространенным до XVII века. В Средние века и эпоху Возрождения Аристотель считается неприкосновенным авторитетом. 

Первый искусственный вакуум. Пустота в пустоте. Первый вакуумный насос.

«Ужас вакуума» начинает опровергаться только тогда, когда его опровергают видимые доказательства. В 1643 году Эванджелиста Торричелли, ученик Галилео Галилея, создает первый искусственный вакуум, который он использует в своем изобретении ртутного барометра. Он заполняет стеклянную трубку (с одним запаянным концом) ртутью, а затем погружает ее в емкость с жидким металлом. На верхнем конце трубки образуется пустое пространство, размер которого меняется в зависимости от давления воздуха, что заставляет Торричелли предположить, что это должна быть пустота. Блез Паскаль пытается доказать эту гипотезу своим экспериментом «пустота в пустоте», в ходе которого он помещает барометр на вершину горы, на дно долины и на собор. Но самый впечатляющий вакуумный эксперимент проводит Отто фон Герике, изобретатель воздушного насоса или вакуумного насоса. В 1654 году он откачивает воздух из пары соединенных металлических полусфер и прикрепляет к каждому концу группу лошадей. Внешнее давление воздуха, действующее на полушария, настолько велико, что даже 30 животных не смогут их разъединить.

Поиск абсолютного ничто продолжается.

Философская и физическая загадка о том, что представляет собой «ничто», остается без ответа и сегодня. Даже космическое пространство не пусто и фактически заполнено разреженным водородным газом. Поиск абсолютного ничто продолжается. Вакуум используется в технических приложениях с начала 20-го века. По определению, вакуум создается в герметичном обьеме, когда давление внутри этого обьема ниже давления снаружи или составляет менее 300 мбар — самого низкого атмосферного давления на поверхности Земли. Использование вакуума в технике проложило путь для таких изобретений, как лампочка.

Одним из методов создания вакуума является использование компрессионного насоса для удаления молекул из герметичного обьема и, таким образом, снижения давления внутри. Прошло совсем немного времени, прежде чем химическая, медицинская, фармацевтическая и пищевая промышленность начали больше работать с вакуумом. Более строгие требования предъявляются к технологии всякий раз, когда вакуумные насосы должны контактировать с чувствительными образцами или агрессивными газами. В начале 1960-х годов инженер из Фрайбурга придумал идею использования мембранных вакуумных насосов, которые были бы полностью непроницаемыми и безмасляными. Но это уже другая история...


Вакуумные насосы, используемые для обработки растительного сырья. Мембранные насосы для обработки растений. Жидкостно-кольцевые насосы для обработки растений. Одноступенчатые пластинчато-роторные насосы. Сухие спиральные насосы. Многоступенчатые сухие

Вакуумные насосы, используемые для обработки растений ботанике.

Независимо от того, требуют ли ваши процессы обработки растений низкого давления (вакуума) или просто усиливаются им, ваша установка не будет полной без вакуумного насоса для создания вышеупомянутой среды низкого давления. Существует много различных типов вакуумных насосов, и все они имеют различные возможности, однако, в случае вакуумных насосов они, как правило, подразделяются на две функции:



  1. Скорость откачки (также называемая производительностью вакуумного насоса)
  2. Глубина вакуума


Существуют и другие факторы, связанные с вакуумными насосами, наиболее значимым из которых является то, какими возможностями обладает вакуумный насос для наилучшей обработки процесса с точки зрения устойчивой производительности и устойчивости к отказам в области технологии, в которой он применяется. Это касается каждой отрасли, в которой используются вакуумные насосы, и особенно это касается отрасли переработки растительного сырья, поскольку насосы используются для извлечения летучих органических соединений с целью получения очищенного конечного продукта.

Основная проблема использования вакуумных насосов при обработке растений заключается в том, что этанол, каннабиноиды, терпены и другие летучие органические соединения могут конденсироваться внутри вакуумных насосов в виде липкого побочного продукта и приводить к снижению производительности, повреждению и, в конечном итоге, к отказу вакуумного насоса.

Простейшее понимание того, как низкое давление усиливает процесс, можно получить из химического эксперимента начальной школы, в котором в стакане с водой было создано низкое давление, и вода закипала при более низкой температуре. Это простая демонстрация кривой паровой фазы, в которой каждое вещество будет переходить из твердого состояния в жидкое, а затем в газообразное при определенной температуре и давлении. Температура, при которой происходит фазовый переход, (обычно) понижается при снижении давления. На уровне моря вода находится в твердом состоянии ниже 0℃, в жидком состоянии между 1-99℃ и в газообразном состоянии при 100℃ (212℉), однако снижение давления перемещает точку кипения в более низкую точку на кривой.

Причина, по которой более низкое давление желательно в ботанической обработке, заключается в том, что ключевым компонентом процесса является удаление летучих органических соединений с помощью тепла, однако слишком большое количество тепла может повредить каннабиноиды и терпены. Это приводит к темным концентратам по сравнению с желаемым чистым продуктом медового цвета. Именно здесь использование низкого давления позволяет эффективно удалять растворители, сохраняя при этом необходимое тепло на минимуме.

На многих различных этапах процесса используются вакуумные насосы; как и в случае с температурой, то же самое происходит и с давлением — слишком низкое давление приводит к удалению некоторых веществ, которые желательно сохранить в конечном продукте. Поэтому на различных этапах производственного процесса требуются разные уровни низкого давления (вакуума) для получения желаемого конечного продукта. Ключевым моментом здесь является то, что конечный продукт будет отличаться в зависимости от того, к чему вы стремитесь. В конце концов, сочетание тепла и низкого давления удаляет (извлекает) определенные летучие органические соединения на этапах процесса для получения определенного желаемого конечного продукта — однако правильное сочетание обоих приводит к наиболее эффективному процессу, который производит наилучший конечный продукт.


Ниже приведен список некоторых процессов и оборудования, в которых вакуумные насосы используются либо для улучшения процесса, либо в случаях, когда требуется низкое давление для получения чистого продукта:


  • Восстановление растворителя
    • Ротационные испарители
    • Испарители с падающей пленкой
    • Декарбоксилирование 
  • Испарение протертой среды
  • Вакуумные печи
  • Системы сушки биомассы
  • Сублимационные сушилки


Также, для понимания давления, и в случае отрицательного давления, которое является предметом настоящего обсуждения, существует множество различных шкал измерения давления – в этом случае все измерения приведены в торрах, что является единицей измерения давления, разработанной Эванджелистой Торричелли, итальянским физиком, математиком и учеником Галилея; он наиболее известен как изобретатель барометра.  Шкала торра довольно проста, ниже показана часть шкалы, в которой находится диапазон, в котором работают вакуумные насосы.


  • +2 (10 +2 )
  • +1 (10 +1 )
  •  0 (10 +0 )
  •  -1 (10 -1 )
  •  -2 (10 -2 )
  •  -3 (10 -3 )
  •  -4 (10 -4 )
  •  И т. д…


На уровне моря атмосферное давление составляет 760 торр. По мере увеличения высоты давление уменьшается или понижается. Когда вы едете в горы, скажем, на 3 000 метров, атмосферное давление составляет 502,9 торр. Когда вы находитесь в самолете, летящем на высоте 9 000 метров, атмосферное давление снаружи самолета составляет 197,1 торр.

В точке, где вы уменьшаете ниже 1 торр, измерение меняется на миллиторр. Точка минус 1 торр составляет 999,99 миллиторр или 9,99X10 -1 . Шкала -1 опускается до 100 миллиторр, (1×10 -2 ). Точка минус 100 миллиторр давление составляет 99,9 торр или 9,99×10 -2 . Шкала -2 опускается до 10 миллиторр (1×10 -2 ). Точка минус 10 миллиторр составляет 9,99 торр или 9,99X10 -3 . Ниже 1 миллиторр вы попадаете на шкалу -4 . Эта шкала продолжает уменьшаться по мере уменьшения давления. Подумайте ( шкала -17 ) Давление на Луне составляет 2×10 -12 . Несмотря на то, что это низкое давление, это все еще не идеальный вакуум. Давление в глубоком космосе считается находящимся в диапазоне -17 . На протяжении многих лет нас спрашивали о насосе, который может создавать идеальный вакуум, однако это просто невозможно.

Типы вакуумных насосов для обработки растений и их достижимые диапазоны давления:


  • 7,6×10 +2 до 4,0×10 +2 (760 торр до 400 торр)
    • Диафрагменный
    • Жидкостно-кольцевой насос
  • От 2,0×10 +1 до 3,5×10 -2 (от 20 торр до 35 миллиторр)
    • Одноступенчатый роторно-лопастной
  • От 1,5×10-2 до 2,0×10-3 от 15 миллиторр до 2 миллиторр)
    • Сухой спиральный насос
    • Многоступенчатый сухой насос с воздушным охлаждением
    • Сухой винтовой насос
  • 8×10 -4
    • Двухступенчатый роторно-пластинчатый
  • 5×10 -6
    • Молекулярный
  • 1×10-9 до 1× 10-11
    • Диффузия
    • Турбомолекулярный

Различные вакуумные насосы могут использоваться в процессах обработки растений для создания различных уровней давления и требуемой скорости откачки. Список ниже, как правило, организован по достижимому давлению от самого высокого к самому низкому. 

Мембранные насосы для  обработки растений

Эти насосы стали широко использоваться, поскольку они могут успешно работать в течение длительного времени, когда используются насосы химической версии. Насосы химической версии используют тефлоновые диафрагмы, поскольку тефлон непроницаем для растворителей. Недостатком диафрагменных насосов является то, что они ограничены по отрицательному давлению (глубине вакуума) и скорости откачки (вытеснению). Для достижения минимально возможного давления эти насосы ступенчато включают до восьми ступеней, а для увеличения вытеснения они объединяются (последовательно), и перед ступенями диафрагмы добавляются усилители типа Рутса. Даже при этом из-за степени сжатия и рабочего давления, требуемых для усилителей Рутса, вытеснение ограничено примерно 6 куб. футами в минуту (кубическими футами в минуту)

Как и все вакуумные насосы, обсуждаемые в этой статье, мембранные насосы в конечном итоге выйдут из строя, когда материалы конденсируются в «головном пространстве», которое является пространством, которое всасывает и затем выбрасывает перекачиваемые газы. Поскольку мембранные насосы работают со стержнями (как поршень), когда насосная камера заполняется твердым веществом, обычно есть два возможных результата отказа:


  1. Тефлоновая диафрагма изнашивается, иногда до такой степени, что в ней образуется отверстие.
  2. Шток и/или подшипники штока изнашиваются, когда диаграмма сталкивается с твердым предметом, и ход штока уменьшается, что приводит к нагрузке на шток и/или подшипники штока. 


Принцип работы мембранного насоса во многом похож на принцип работы любого возвратно-поступательного поршневого аппарата, в котором шток производит «ход», а ход перемещает диафрагму внутрь и наружу. Если пространство, отведенное для передачи газов, занято твердой массой, шток и диафрагма давят на твердую массу, тем самым вызывая изгибающее движение штока. Это в конечном итоге приводит к износу штока и подшипников.


Жидкостно-кольцевые насосы для обработки растений

Эти насосы привлекательны для использования, поскольку они, как правило, меньше подвержены влиянию проглатывания и последующей конденсации летучих газов, однако они зависят от среды (жидкости), которая обычно является водой, поддерживаемой при определенной температуре. Если она становится слишком высокой, «кольцо» кавитирует (или разрушается). Типичный метод контроля температуры — с помощью подпиточной воды, что становится дорогостоящим и добавляет проблем с утилизацией, когда жидкость загрязняется растворителями и другими продуктами, полученными в процессе. Другой метод контроля температуры — с помощью охладителя или градирни, оба из которых имеют неблагоприятные желания, основанные на затратах на электроэнергию и использовании воды из-за испарения. Кроме того, если перекачиваемые соединения становятся слишком концентрированными внутри насоса (смешиваясь с водой или другой средой, которая используется для создания «кольца»), внутренние компоненты вакуумного насоса могут быть затронуты — чаще всего из-за коррозии. Эти насосы доступны в чугуне, латуни, нержавеющей стали или комбинации этих материалов.

Помимо кавитации из-за высокой температуры, кавитация в кольце может также возникнуть, если давление слишком низкое, в результате чего насос ограничен в предельном давлении, которого он может достичь, поскольку ему всегда требуется утечка газа во впускное отверстие.

Жидкостно-кольцевые насосы доступны в одно- и двухступенчатом исполнении.  Одноступенчатые версии способны развивать давление 100 торр.  Двухступенчатые версии способны развивать давление 25 торр.

Эти насосы также можно комбинировать с насосом Рутса для увеличения скорости откачки и снижения давления на входе. Их также можно эффективно комбинировать с несколькими насосами Рутса с уменьшенным рабочим объемом последовательно для создания давления в диапазоне 10-3 торр . Однако эти комбинированные системы могут стать очень большими и дорогими. 


 Одноступенчатые пластинчато-роторные насосы для ботанической обработки

Одноступенчатые роторно-пластинчатые насосы обычно применяются на первом этапе процесса испарения, поскольку этот процесс требует не слишком низкого давления. Ссылаясь на схему распространенных типов насосов + их диапазоны давления выше, вы заметите, что эти насосы имеют широкий диапазон давления – это связано с тем, что на самом деле существует два типа этих насосов, причем первый тип обычно используется в ботанической обработке:


  1. Средний вакуум (от 20 торр до 250 миллиторр)
  2. Высокий вакуум (35 миллиторр)


Один тип — это скорее высоковакуумный насос, способный создавать давление 35 миллиторр, и они напоминают двухступенчатые роторно-лопастные, обсуждаемые ниже, однако у них есть только один ротор/ступень. Другой тип одноступенчатого роторно-лопастного насоса, такой как тот, который используется в этом процессе, способен создавать давление только 250 миллиторр. 

В роторно-пластинчатых насосах имеется большой масляный резервуар, который подает значительное количество смазки на ротор и лопасти, в сочетании с внутренней системой сепарации масла для удаления паров масла из выхлопного потока. Высокое содержание и поток смазочной жидкости означают более длительный срок службы насоса, поскольку загрязнение масла занимает больше времени, а более высокий поток через насос не дает маслу затвердевать внутри ротора и цилиндра. Опять же, как и во всех насосах, используемых в ботанической обработке, в конечном итоге технологические соединения конденсируются внутри насоса (цикл сжатия), что в данном случае вызывает загрязнение масла, что приводит к необходимости частой замены масла. Без частой замены масла и другого надлежащего обслуживания в конечном итоге насос выйдет из строя из-за накопления загрязненного масла. Если это произойдет, очистка компонентов насоса по мере необходимости для выполнения эффективного и качественного восстановления может оказаться очень «грязной» и сложной работой. 



Сухие спиральные насосы для обработки растений

Насосы Dry Scroll стали очень популярными в ботанической перерабатывающей промышленности, поскольку им не требуется смазочное масло. Хотя они и стали популярными, на самом деле они не являются хорошим решением для применений в этой отрасли. Насосы Dry Scroll лучше всего подходят для очень чистых применений, в которых нет твердых частиц, конденсируемых паров или чего-либо еще в газовом потоке, который мог бы быть захвачен насосом. Это связано с конструкционной функцией насосов Dry Scroll, заключающейся в том, что они имеют пересекающиеся «спиральные» камеры, которые герметизированы в точке пересечения тефлоновым уплотнением (концевым уплотнением). Это тефлоновое уплотнение должно находиться в постоянном контакте с противоположной спиральной камерой. Именно эта точка (где происходит контакт) является точкой отказа для спиральных насосов. Типичное разочарование пользователей заключается в том, что они покупают насос, и он работает очень хорошо в течение определенного периода времени (в зависимости от применения), прежде чем в конечном итоге выходит из строя. Однако после того, как сухой спиральный насос выходит из строя, насос перестраивается, и затем либо не вытягивает эффективный вакуум, либо эффективный срок службы насоса короче, чем когда насос был новым. Проще говоря, при использовании для обработки растений производительность сухих спиральных насосов ухудшается быстрее, что приводит к более частой необходимости в перестройках.


Многоступенчатые сухие насосы с воздушным охлаждением для обработки растений

Другой тип сухого вакуумного насоса, который начал использоваться, — это многоступенчатый сухой насос с воздушным охлаждением. Как и сухие спиральные насосы, рассмотренные выше, эти насосы также считаются сухими из-за того, что им не требуется вода или другие средства, кроме переменного тока для работы. Цель обозначения этих насосов как насосов с воздушным охлаждением заключается в том, что существуют также версии этих насосов с водяным охлаждением. Многоступенчатые сухие насосы с воздушным охлаждением не являются полностью безмасляными, как спиральные насосы, рассмотренные выше, поскольку в их камерах передач и/или в камерах подшипников находится смазочная жидкость. В большинстве случаев в камерах передач есть масло, а в противоположной камере подшипника — смазанные подшипники. В любом случае смазочное масло не находится в потоке газа, поэтому летучие вещества, прокачиваемые через вакуумный насос, не вступают в прямой контакт со смазкой и, следовательно, не влияют на смазочную жидкость/не загрязняют ее. Следовательно, значительно снижается вероятность загрязнения продукта маслом вакуумного насоса.

Эти насосы дали некоторые эффективные результаты в некоторых приложениях, которые в некоторых случаях могут быть более привлекательными, чем роторные пластинчатые насосы. Однако они также в конечном итоге выйдут из строя, и когда это произойдет, процесс восстановления будет более специализированным, чем у пластинчатых насосов и спиральных насосов, и поэтому может быть значительно дороже. 

Наше первоначальное применение одного из этих насосов было в качестве замены роторно-пластинчатого насоса в вакуумных печах, которые использовались для переработки растительных компонентов в концентраты. В этом случае конечный пользователь не использовал холодные ловушки на роторно-пластинчатых насосах, и они, вероятно, не меняли масло так часто, как следовало бы. Результатом стали отказы насосов через 2-3 месяца. Они установили многоступенчатый воздушный охлаждаемый сухой насос, который мы предоставили, и первоначальный насос проработал более 8 месяцев без какого-либо обслуживания. 

Однако, как и все насосы, которые поглощают летучие соединения, эти соединения конденсируются на последних стадиях сжатия, что приводит к блокировке насоса. Внутренние зазоры многоступенчатых сухих насосов чрезвычайно узкие, и по мере накопления загрязнений внутри этих насосов насосы блокируются, не имея возможности вращаться. Это приводит к необходимости полной разборки и очистки насоса. 

Хорошей новостью является то, что внутренние компоненты, как правило, не повреждаются/не изнашиваются, и насосы возвращаются к исходным рабочим характеристикам без ухудшения производительности или срока службы. Последующие установки этих насосов в этом приложении были оснащены функцией газового балласта, а срок службы насосов обычно превышал 14 месяцев работы без технического обслуживания.

Мы видели, как многоступенчатые сухие насосы использовались в других областях применения (например, для испарения с помощью протирки стенок) с менее благоприятными результатами, при этом некоторые отказы происходили уже через 2 месяца и по схожим причинам, таким как накопление отложений на последних ступенях насоса, что приводило к блокировке насосов.


Двухступенчатые пластинчато-роторные насосы для обработки растений

Двухступенчатые пластинчато-роторные насосы являются одними из самых распространенных насосов, используемых в ботанической перерабатывающей промышленности. Они относительно недороги, надежны, способны достигать низкого давления и могут быть соединены с усилителями корней для увеличения скорости перекачки. Эти насосы доступны в очень широком диапазоне качества и ценовых категорий. Очень низкая цена часто указывает на качество, но с другой стороны, очень высокая цена не обязательно может коррелировать с лучшим/более качественным насосом. В конечном счете, вы должны быть уверены, что покупаете пластинчато-роторные насосы из надежного и знающего источника (такого как Highvac.)

Самый большой недостаток использования пластинчато-роторных насосов (сокращенно РНП) в этой отрасли заключается в том, что производительность насоса резко снижается при перекачке летучих веществ. Причина этого в том, что вакуумные насосы по сути являются компрессором, работающим в обратном направлении. Если вы когда-либо работали с простым воздушным компрессором, вы знаете, что в резервуаре компрессора (балластном резервуаре сжатого воздуха) скапливается вода, которую необходимо слить — когда компрессор работает, он конденсирует водяной пар в жидкость и откладывает ее в резервуаре компрессора. Вакуумный насос делает то же самое, однако в этом случае жидкостью является не вода — в большинстве случаев это этанол или терпены плюс некоторые следы масла из продукта. В случае вакуумного насоса эти жидкости направляются в масляный резервуар насоса, смешиваясь с маслом. Это превращает превосходное высококачественное / низкопарное вакуумное масло, которое вы покупаете, в отвратительную смесь жидкости с высоким паровым давлением (плохо смазывающую). Конечным результатом является насос, который не сможет достичь базового давления, которого вы пытаетесь добиться, а вакуумный насос вскоре выйдет из строя.

Однако, если вы начнете с качественного роторного лопастного насоса, добавите высококачественную холодную ловушку перед насосом в сочетании с использованием эффективного газобалластного клапана и частой заменой масла, эти насосы, как известно, работают в течение 1 года или более в вакуумных печах и испарительных системах. С другой стороны, как указано выше, ненадлежащий уход и защита этих насосов равнозначны быстрому выходу из строя. Поскольку это слишком распространенный опыт с конечными пользователями этих насосов, вы обнаружите, что большинство реселлеров/дистрибьюторов этих насосов обычно предлагают комплекты для восстановления в своих интернет-магазинах.

Конечные пользователи могут попытаться восстановить свои насосы на месте, и их относительно легко восстановить, если есть хотя бы некоторые базовые механические способности. При этом RVP могут быть немного сложными из-за мелких деталей внутри насосов, а неправильная сборка (отсутствующие или неправильно установленные детали) может привести к разочарованию, когда насос перезапускается, и производительность не соответствует ожидаемой/требуемой. Кроме того, неправильная установка уплотнения вала может привести к раздражающим утечкам масла после восстановления. Мы видели сообщения в социальных сетях о курсах обучения восстановлению, предлагаемых некоторыми OEM-производителями, и мы видели «промывку» насосов этанолом, когда насосы сливают загрязненную смазочную жидкость, заполняют этанолом, работают в течение короткого периода времени, затем этанол сливают, и процесс повторяется несколько раз. Новое масло заливается обратно в насос, насос работает в течение короткого периода времени, и масло снова сливается. Этот процесс повторяется несколько раз, пока насос не сможет достичь требуемого давления. Хотя этот процесс может работать, он не рекомендуется и занимает много времени. 


Сухие винтовые вакуумные насосы для обработки растений

Если вы действительно обращаете внимание на последовательность различных вакуумных насосов, обсуждаемых выше, вы можете заметить, что этот тип насоса не соответствует последовательности. Наша последовательность началась с насосов, которые создают наименьший вакуум (более высокое давление), и перешла к насосам, которые создают более глубокий вакуум (более низкое давление). Есть несколько причин для заказа вакуумных насосов Dry Screw после двухступенчатых пластинчато-роторных насосов — если вы обратитесь к данным выше, вы увидите, что пластинчато-роторные насосы в идеальных условиях будут создавать более низкое давление, чем насосы Dry Screw. Однако, как мы уже упоминали выше, в ботанической перерабатывающей промышленности условия для пластинчато-роторных насосов далеки от идеальных (подумайте: летучие вещества.)

Сухие винтовые насосы являются новинкой в ​​этой отрасли, только недавно появившись в качестве жизнеспособной альтернативы многим из насосов, описанных выше. Причина этого в том, что до недавнего времени сухие винтовые насосы были доступны только в версиях с водяным охлаждением и со скоростями перекачки, превышающими те, которые обычно используются в этой отрасли. Это привело к тому, что насосы были очень дорогими по сравнению с насосами, описанными выше, и, следовательно, не очень доступными в «розничной» продаже. Поскольку испарительное/экстракционное оборудование стало больше, начали использоваться некоторые очень большие (250 м3/ч) сухие винтовые насосы. Однако эти насосы очень дороги и слишком велики для типичной системы с протертыми стенками или вакуумной печи.

Основываясь на нашем обширном опыте работы с вакуумными насосами и на том, что делает их надежными (или не очень), мы с гордостью начали поставлять наши воздушные винтовые насосы с сухим охлаждением, специально разработанные для этой отрасли. Наш самый маленький воздушный винтовой насос с сухим охлаждением имеет производительность 25 м3/ч, а наша самая большая версия — 100 м3/ч. Мы также начали поставлять наши версии с водяным охлаждением, которые начинаются с 80 м3/ч и доходят до 800 м3/ч.

Вы можете задаться вопросом: «Что такого замечательного в сухих винтовых насосах по сравнению с сухими спиральными насосами или другими насосами, определенными и описанными выше?» Однако справедливый вопрос: пожалуйста, не путайте технологию вакуумных насосов Dry Screw с вакуумными насосами Dry Scroll — они находятся на расстоянии световых лет друг от друга, когда дело касается технологии. Насосы Dry Scroll по своей конструкции имеют внутренние компоненты, которые находятся в постоянном контакте с другими компонентами, и, следовательно, постоянно изнашиваемые компоненты. В отличие от этого, насосы Dry Screw не имеют внутренних компонентов, которые контактируют, кроме подшипников и уплотнений. Из всех насосов, описанных выше, насосы Dry Screw являются самыми простыми. 

Сухие винтовые насосы состоят из двух переплетающихся винтов, окруженных одним корпусом, причем винты подвешены на противоположных опорных «головных» пластинах. Шестерни сохраняют синхронизацию между винтами, когда они вращаются на высоких скоростях. Примечание: есть также некоторые винтовые насосы, которые отличаются от насосов, упомянутых выше, — в них есть «консольные» насосы, у которых винты нависают над одной из двух головных пластин. Производители этих насосов будут исключать определенные преимущества отсутствия подшипников на обоих концах винтовых роторов, однако вышеупомянутый принцип больше не является фактором в этих конструкциях насосов. Тем не менее, сухие винтовые насосы любого типа обладают уникальной способностью применять методологию очистки «на месте» внутренних компонентов. Регулярная очистка любого из насосов, упомянутых выше, продлит их срок службы, однако с любым другим насосом, упомянутым выше, это было бы либо невозможно, либо в лучшем случае затруднительно, как упоминалось в случае с двухступенчатыми роторно-пластинчатыми насосами. Мы любим говорить: «Чистый насос — это (счастливо) работающий насос».


Как уже упоминалось выше, все эти насосы в конечном итоге загрязняются изнутри и выходят из строя. Это связано с тем, что они по своей конструкции всасывают газы, а в случае с промышленностью по переработке ботанического сырья — летучие и конденсируемые газы. 

Сухие винтовые насосы ничем не отличаются, однако процесс очистки на месте прост и занимает мало времени и усилий или не занимает вообще. Процесс очистки так же прост, как всасывание некоторого количества растворителя (например, этанола) через входное отверстие насоса в конце каждого дня, эффективно очищая отложения, которые накопились на винтах и ​​корпусе в течение дневной обработки. Растворитель выходит через выпускное отверстие насоса, и из-за повышенной рабочей температуры насоса любой остаточный растворитель быстро испаряется, и насос возвращается к нормальной работе менее чем за 30 минут. 

Мы продемонстрировали этот процесс эффективно, установив начальный пробный насос на большой (150 литров) смесительный сосуд для декарбонизации. Насос работал без очистки и вышел из строя примерно через 1 неделю. На фотографиях винтовых роторов ниже показано накопление технологических смол на винтовых роторах. Когда насос был выключен после недели работы на сосуде для декарбонизации, он не запустился на следующее утро. 

 Насос был разобран, очищен и возвращен в эксплуатацию на декарбонизированном судне. Он проработал более 10 недель без каких-либо признаков неминуемой поломки, без замены масла и с постоянным и надежным вакуумным давлением. Он очищался ежедневно при выключении каждый вечер и перезапускался без проблем каждое утро в течение этого времени. Исходя из принципа, что «чистый насос — это (счастливо) работающий насос» с ежедневной очисткой, нет причин, по которым этот насос подвержен поломке в краткосрочной перспективе.

При всем при этом, эта конструкция насоса, как и многоступенчатые сухие насосы, упомянутые выше, имеет подшипники в головных пластинах на обоих концах роторов насоса, и масло должно проверяться и обслуживаться на регулярной основе. Типичными являются ежеквартальные замены масла.

Наша технология вакуумных винтовых насосов с воздушным охлаждением (сокращенно ACS) является жизнеспособной заменой для работы в различных областях, где в настоящее время используются альтернативные технологии насосов, описанные в этой статье. Еще одним уникальным преимуществом нашей технологии вакуумных насосов ACS является то, что уровень вакуума/давления можно эффективно контролировать с помощью скорости вращения с помощью частотно-регулируемого привода.  



Криогенный вакуумный насос. Крионасос.

Криогенный вакуумный насос - крионасос.


В этом типе вакуумных насосов используются экстремально низкие температуры для конденсации газов и их удаления из системы. Криогенный вакуумный насос может перекачивать миллионы кубических футов газа в минуту в диапазоне давления от 10-3 торр до значительно более низких значений 10-10 торр. Этот тип вакуумных насосов может работать на полную мощность во всём диапазоне перекачки. В большинстве крионасосов для охлаждения низкотемпературной поверхности используется гелий. Гелий может быть в газообразном состоянии при температуре около 15 К или в жидком состоянии при температуре 4,2 К. Криогенный вакуумный насос, скорость откачки которого зависит от конденсации газа, не сможет эффективно откачивать газы, такие как гелий и водород, которые имеют высокое давление паров при низкой температуре. Следовательно, для создания вакуума в крионасосе необходима дополнительная диффузионная или ионно-плазменная откачка. Большинство крионасосов используются при моделировании полетов на большой высоте или в космосе.

Сорбционный вакуумный насос

Сорбционный вакуумный насос


Как правило, размер этих насосов составляет около 1000 граммов сорбирующего материала, который удерживает молекулы газа на своей поверхности сорбционного вакуумного насоса. Они способны откачивать воздух до давления 10-2 торр или могут использоваться последовательно для откачки до давления 10-5 торр. В большинстве случаев сорбирующим материалом вакуумного насоса является молекулярное сито, то есть материал, обработанный таким образом, чтобы он был пористым, а размер пор был сопоставим с размером молекул, хотя можно использовать и активированный уголь. Сорбент помещается в цилиндрический контейнер, который подключается к вакуумной системе и может быть погружен в жидкий азот для переохлаждения, что способствует процессу сорбции. Газ высвобождается, когда сорбент возвращается к комнатной температуре. Этот сорбционный вакуумный насос используется в основном для систем предварительной очистки, в которых ионно-плазменные и титановые сублимационные вакуумные насосы обеспечивают отсутствие органических загрязнений.

Титановый вакуумный сублимационный насос

Титановый вакуумный сублимационный насос


Производительность титанового вакуумного сублимационного насоса достигает многих тысяч кубических футов в минуту при работе в диапазоне давлений от 10-3 до менее 10-11 торрМаксимальная производительность насоса, который перекачивает только химически активные газы, достигается при давлении ниже 10-5 торр. В насосах этого типа титан сублимируется на стенки насоса из источника с резистивным или электронно-лучевым нагревом. Активные газы перекачиваются путём химической реакции, но инертные газы не перекачиваются. Следовательно, его всегда нужно использовать в сочетании с диффузионным или ионно-плазменным вакуумным насосом. При давлении ниже 10-5 торр плёнка будет осаждаться быстрее, чем расходоваться, что позволяет осаждать её с перерывами, а не непрерывно. Сублимационные вакуумные насосы обычно используются в сочетании с ионно-плазменным акуумным насосом в тех случаях, когда требуется высокая скорость и отсутствие органических загрязнений, например, при испарении материалов на чистую поверхность.

Ионный вакуумный насос

Ионный вакуумный насос 


Производительность ионного вакуумного насоса достигает 14 000 кубических футов в минуту в диапазоне рабочего давления от 10-2 торр до менее чем 10-11 торр. Максимальная производительность ионного вакуумного насоса достигается в диапазоне давления от 10-6 до 10-8 торр, хотя характеристики при более низком давлении зависят от конструкции насоса. В этом насосе используется принцип распыления, при котором материал катода, например титан, испаряется или распыляется под воздействием бомбардировки высокоскоростными ионами. Активные газы откачиваются за счёт химической реакции с распылённым титаном, инертные газы — за счёт ионизации и оседания на катоде, а лёгкие газы — за счёт диффузии в катод.
Типичный ионный вакуумный насос состоит из двух плоских прямоугольных катодов с анодом из нержавеющей стали между ними, состоящим из большого количества открытых коробок. Этот узел, установленный внутри узкой коробки, прикреплённой к вакуумной системе, окружён постоянным магнитом. Анод работает при напряжении около семи киловольт (кВ), в то время как катоды находятся под потенциалом земли.
Ионные вакуумные насосы имеют долгий срок службы и могут обеспечивать сверхвысокий вакуум, свободный от органических загрязнений и вибраций. Они используются в основном для исследований чистых поверхностей и в тех областях, где любое органическое загрязнение может привести к неудовлетворительным результатам.

Роторный вакуумный насос с масляным уплотнением

Роторный вакуумный насос с масляным уплотнением

Производительность роторного насоса с масляным уплотнением составляет от 0.01 до 30 кубических метров в минуту при работе от атмосферного давления до 2 × 10-2 торр для одноступенчатых насосов и менее 5 × 10-3 торр для двухступенчатых насосов. Насосы вакуумные роторные с масляным уплотнением развивают максимальную скорость при давлении от атмосферного до примерно одного торра, после чего скорость снижается до нуля при максимальном давлении. Одним из устройств такого типа, пригодных для перекачивания как жидкостей, так и газов, является двухлопастной насос, в котором ротор эксцентричен по отношению к статору, образуя объём в форме полумесяца, который лопасти перемещают через выпускной клапан. Другой вариант, роторно-поршневой насос, похож на однолопастной насос, но одна лопасть является частью втулки, надетой на ротор. Лопасть полая и действует как впускной клапан, перекрывая насос от системы, когда ротор находится в верхнем центральном положении.

Максимально достижимое давление ограничено утечками между сторонами высокого и низкого давления насоса (в основном из-за переноса газов и паров, растворённых в смазочном масле, которые испаряются при низком давлении на входе) и разложением масла под воздействием горячих точек, образующихся в результате трения.


Типичные области применения роторного насоса с масляным уплотнением — упаковка пищевых продуктов, высокоскоростные центрифуги и ультрафиолетовые спектрометры. Он также широко используется в качестве предварительного или основного насоса, а также в обоих качествах для большинства других описанных насосов.

Мембранный (диафрагменный) насос.


Что такое диафрагменный насос?


Диафрагменный насос — это тип насоса объемного действия, который использует гибкую мембрану (диафрагму) в качестве основного насосного элемента для перемещения и нагнетания давления жидкости. Диафрагменные насосы используются для низкого давления, низкого расхода и могут использоваться для перекачивания многих типов газов, жидкостей и шламов.

Полезно знать: диафрагменный насос получил свое название от диафрагмы, которую он использует для перекачивания жидкости. Насосы часто называют по части насоса, которая обеспечивает перекачивающее действие, например, шестеренчатый насос, поршневой насос и т. д.; то же самое относится и к клапанам, которые обычно называются в честь элемента, который используется для открытия и закрытия клапана, например шаровой клапан, задвижка и т. д.



Каковы основные части мембранного насоса?


Мембранный насос состоит из относительно небольшого количества основных частей, а именно:

  • Обратные клапаны (всасывающие и нагнетательные)
  • Насосная камера
  • Диафрагма
  • Всасывающий коллектор
  • Разгрузочный коллектор



Детали мембранного насоса

Мембранные насосы обычно имеют пневматический привод, но также могут иметь электрический или механический привод. Для электрических насосов требуются электродвигатели, а для пневматических насосов — распределительный клапан воздуха . В этой статье основное внимание уделяется мембранным насосам с пневматическим приводом, поскольку они наиболее распространены.

Полезно знать: «обратные» клапаны также известны как  «опочные» и «запорные клапаны»,  но все термины означают одно и то же!


Как работает мембранный насос?

Для работы мембранных насосов требуется сжатый воздух, электрический ток или механическое движение. В следующем примере предполагается, что используется сжатый воздух, поскольку это наиболее распространенная среда, используемая для работы мембранного насоса. Можно использовать насос с одинарной или двойной диафрагмой, но насос с двойной диафрагмой встречается гораздо чаще из-за его более высокого КПД (в результате его движения двойного действия).


Работа мембранного насоса

Сжатый воздух (обычно давление 6–7  атм) подается к насосу с двойной диафрагмой через шланги или трубопровод. Пневматический поршень (распределитель воздуха) подает сжатый воздух в пространство за одной из диафрагм при одновременном выпуске воздуха из другой; это стало возможным благодаря тому, что обе диафрагмы установлены на общем валу, т.е. когда одна движется, другая тоже. Отработанный воздух обычно выпускается через глушитель, чтобы насос работал тише и чтобы исключить периодический выпуск струи воздуха под высоким давлением из насоса.

При выпуске воздуха  диафрагма сжимается и приобретает вогнутую форму. При подаче воздуха диафрагма расширяется и приобретает выпуклую форму. Когда диафрагма меняет форму, внутри нагнетательной камеры создается положительное давление (выпуклая форма) или отрицательное давление (вогнутая форма). Жидкость всасывается в насос или выбрасывается из него из-за разницы давлений, создаваемой внутри насосных камер. Обратные клапаны используются для обеспечения потока через насос только в одном направлении.


Конструкционные материалы мембранных насосов

Корпус насоса часто изготавливается из алюминия или какого-либо материала на основе полимера , например, ПТФЭ; алюминий делает насос легким, а полимерные материалы делают насос устойчивым к коррозии.

Диафрагмы могут быть изготовлены из резины, термопластичного эластомера (ТПЭ) или политетрафторэтилена (ПТФЭ) .


Преимущества и недостатки мембранного насоса

Мембранные насосы очень универсальны и поэтому используются во многих отраслях промышленности для различных целей. К ним относятся:

  • Хорошо подходят для работы в агрессивных средах или для перекачивания агрессивных жидкостей, поскольку их детали могут быть устойчивыми к коррозии.
  • Может быть изготовлен в искробезопасном исполнении, т.е. насос не является источником возгорания при размещении во взрывоопасной или огнеопасной среде.
  • Может работать даже при частичном или полном погружении (при условии, что выход воздуха находится над поверхностью жидкости).
  • Являются самовсасывающими (объемные насосы являются самовсасывающими, как и диафрагменные насосы).
  • Благодаря своим размерам эти насосы легкие и портативные.
  • Содержат мало деталей и не требуют особого обслуживания.

Полезно знать: термин «самовсасывающий» означает, что насос способен перекачивать воздух.



Обратный клапан

Обратные клапаны пропускают поток только в одном направлении. Когда диафрагма движется, давление, создаваемое внутри корпуса, либо поднимет шар с седла и обеспечит поток, либо прижмет шар к седлу и остановит поток. Влияние мембраны на каждый клапан зависит от ориентации обратного клапана (верхний обратный клапан работает в направлении, противоположном нижнему обратному клапану).



Всасывающий коллектор

Через это соединение жидкость поступ в аетнасос. Мембранные насосы являются насосами объемного вытеснения, таким образом, они могут перекачивать газ, жидкость или пар.



Разгрузочный коллектор

Через это соединение жидкость выводится из насоса.


Мембрана диафрагмы

Диафрагма приводится в действие пневматическим поршнем. Когда к одной стороне поршня прикладывается пневматическое давление, диафрагма принимает вогнутую форму. Когда к другой стороне поршня прикладывается пневматическое давление, диафрагма принимает выпуклую форму. Когда диафрагма меняет форму, между двумя обратными клапанами создается положительное  или отрицательное  давление; жидкость всасывается или выбрасывается из насоса за счет создаваемой разницы давлений. Мембраны диафрагмы обычно изготавливаются из толстого резинового материала.


Пневматические клапаны

Пневматические клапаны внутри корпуса мембраны распределяют воздух по обе стороны поршня. По мере того, как воздух распределяется по каждой стороне поршня, направление поршня меняется, а также меняется форма диафрагмы (выпуклая на вогнутую и т. д.).

Мембранный вакуумный насос.


Мембранный вакуумный насос служит ключевым решением для создания вакуума без масла и подходит для различных медицинских, лабораторных и промышленных процессов. Мембранные вакуумные насосы включают в себя обширный спектр, включающий стандартные насосы, специализированные химические насосы, лабораторные вакуумные системы и насосы для мониторинга окружающей среды. Каждый тип вакуумного насоса, разработанный для удовлетворения строгих требований этих отраслей, гарантирует эффективность, надежность и преимущества чистой, не требующей технического обслуживания и безмасляной работы. Изучите линейку существующих мембранных вакуумных насосов и испытайте инновации в вакуумных технологиях своими глазами: максимальный вакуум от 52,5 до 112,5 Торр и пиковая скорость потока до 1,5 кубических метров в минуту.


Что такое мембранный вакуумный насос?

Мембранный вакуумный насос — это инновационное решение, создающее вакуум без использования масла. Эта передовая технология работает за счет использования колебаний гибкой диафрагмы, которая, в свою очередь, создает колебания давления, в конечном итоге создавая вакуум. Когда диафрагма изгибается, она циклически изменяет объем внутри камеры насоса, вытесняя молекулы воздуха и создавая вакуумную среду. Современные производители специализируется на разработке мембранных насосов, известных своей эффективностью, надежностью и экологичностью.



Где необходимы мембранные вакуумные насосы? 

Мембранные вакуумные насосы нашли свою нишу в широком спектре отраслей промышленности, предлагая универсальные и надежные вакуумные решения. Они жизненно важны для: 


  • Медицинская:

    • Обработка стерильных жидкостей: мембранные вакуумные насосы поддерживают стерильную чистоту жидкости при выполнении таких важных медицинских процедур, как забор крови и наполнение мешков для внутривенных вливаний.
    • Производство медицинских приборов: эти насосы помогают производить надежное и безопасное медицинское оборудование.
  • Лабораторное оборудование:
    • Аналитические инструменты: Мембранные насосы поддерживают такие аналитические инструменты, как газовая хроматография и масс-спектрометрия, обеспечивая точный анализ проб.
    • Исследования и эксперименты. Исследователи полагаются на них при фильтрации, дегазации и точных экспериментальных установках.
  • Фармацевтическая:
    • Растительные экстракты: Мембранные насосы облегчают экстракцию растений, отделяя соединения для получения высококачественных лекарственных экстрактов.
    • Фармацевтическое производство: они вносят свой вклад в фармацевтическое производство, гарантируя чистоту и качество на всех этапах производства.
  • Промышленная:
    • Химические процессы: используются в химической промышленности для восстановления растворителей, повышения эффективности использования ресурсов.
    • Обрабатывающая промышленность: используется в пищевой, косметической и текстильной промышленности, обеспечивая надежные условия вакуума для эффективного производства.
  • Достижения в области биотехнологии: в биотехнологиях мембранные насосы поддерживают биореакторы, выращивая клетки для биофармацевтических препаратов и вакцин.
  • Экологический анализ: необходим для анализа окружающей среды, способствует точному измерению загрязняющих веществ.
  • Точность производства: они способствуют точности производственных процессов, таких как печать паяльной платы.
  • Автомобильная промышленность: используется для надувания подушек безопасности во время производства, демонстрируя эффективное создание вакуума.



Каковы преимущества мембранного вакуумного насоса? Какую пользу приносит работа без масла? 

Преимущества мембранных вакуумных насосов выходят за рамки традиционных вакуумных решений. Мембранные вакуумные насосы разработаны для работы без масла, что исключает риск загрязнения маслом в вакуумных процессах. Эта способность особенно важна в отраслях, где чистота продукта имеет первостепенное значение.

Мембранные вакуумные насосы работают полностью без масла, что обеспечивает ряд преимуществ:


  • Чистая работа (без масла). Мембранные насосы создают вакуумную среду, свободную от загрязнений, работая без масла, обеспечивая чистоту проб и исключая риск обратного потока масла.
  • Низкая стоимость эксплуатации: отсутствие масла значительно снижает требования к техническому обслуживанию, что приводит к экономии средств и увеличению времени безотказной работы.
  • Высокая надежность: точные инженерные решения гарантируют стабильную и надежную работу насосов, отвечающую высоким требованиям современных отраслей промышленности.
  • Сухой вакуум: Мембранные насосы создают сухой вакуум, способствуя чистоте рабочего места и окружающей среды за счет предотвращения выбросов масла и связанных с ними проблем.
  • Повышенная целостность образцов: перекачка незагрязненных газов обеспечивает получение более чистых образцов, что делает мембранные насосы подходящим выбором для процессов, требующих высокой целостности образцов.


Как работает мембранный вакуумный насос? 

Суть работы диафрагменного вакуумного насоса заключается в ритмичном движении его диафрагмы. Эта диафрагма, обычно состоящая из гибкого материала, действует как барьер между вакуумной камерой и внешней средой. Когда диафрагма сгибается, она создает изменения объема внутри камеры, что приводит к чередованию циклов сжатия и расширения. Во время сжатия воздух выбрасывается из камеры, создавая область более низкого давления. Эта разница давлений облегчает перемещение газов из области более высокого давления в область низкого давления, эффективно создавая вакуум. Опыт производителей в технологии проектирования мембранных насосов обеспечивает оптимальную конструкцию диафрагмы, обеспечивающую точное и эффективное создание вакуума.

 

Каков диапазон давления для мембранного вакуумного насоса? Могут ли мембранные вакуумные насосы достигать глубокого вакуума?  

Мембранные вакуумные насосы известны своей универсальностью в достижении широкого диапазона уровней вакуума, удовлетворяя требованиям различных технологий. Хотя они могут не достигать сверхвысоких уровней вакуума, достигаемых некоторыми специализированными насосами, мембранные насосы превосходны в диапазоне среднего и низкого вакуума, в диапазоне от 52,5 до 112,5 Торр:


  • Мембранные насосы стандартного режима работы: идеально подходят для общих лабораторных задач, таких как фильтрация растворителей и подготовка проб.
  • Химические мембранные насосы: предназначены для применения в чувствительных химических процессах.
  • Лабораторные вакуумные системы. Эти системы могут достигать немного более высоких уровней вакуума, часто от 15 до 52,5 Торр. Эта линейка поддерживает более сложные лабораторные технологии, такие как роторное испарение и сушка геля.  
  • Насосы для мониторинга окружающей среды: отлично подходят для сложных задач, таких как отбор проб газа и фильтрация.


Подходят ли мембранные вакуумные насосы для едких или агрессивных газов? 

Мембранные вакуумные насосы могут работать с различными газами, включая умеренно едкие, благодаря химически стойким материалам. Однако при работе с высокоедкими или агрессивными газами:


  • Выбирайте насосы с диафрагмами и уплотнениями из ПТФЭ для повышения химической стойкости.
  • Обеспечьте надлежащую вентиляцию и управление вытяжкой, чтобы предотвратить выбросы вредных газов.
  • Регулярно проверяйте и обслуживайте компоненты насоса, своевременно заменяя любые поврежденные детали.
  • Проконсультируйтесь с производителем для получения конкретных указаний по обращению с агрессивными газами и следуйте его рекомендациям.


Принимая эти меры предосторожности, диафрагменные вакуумные насосы могут эффективно справляться с агрессивными газами, сохраняя при этом производительность и безопасность.







Вакуумный насос.

Вакуумный насос.


Введение
В этой статье представлена отраслевая информация о вакуумных системах и вакуумных насосах.  Читайте дальше, чтобы узнать больше.


Обзор вакуумного насоса
Диапазоны вакуума
Виды вакуумных насосов и принципы их работы.
Разница между жидкой и сухой смазкой
И многое другое...




Глава 1: Что такое вакуумный насос?


Вакуумный насос — это оборудование, способное создавать вакуум частичного или низкого давления путем выталкивания молекул газа или воздуха из герметичной камеры. Вакуум — это относительное состояние, при котором давление в камере ниже, чем в окружающей атмосфере или соседних системах. Это отличается от абсолютного вакуума, где давление составляет 0 Па и нет молекул газа.

Одним из ключевых элементов вакуумного насоса является атмосферное давление, которое представляет собой вес воздуха, давящего на землю. Это давление создается за счет веса молекул воздуха, который уменьшается на больших высотах. Давление воздуха или атмосферное давление оказывает существенное влияние на работу машин, особенно вакуумных насосов. Давление всегда пытается выровняться, когда молекулы движутся от высоких областей к низким, чтобы заполнить пространство, и этот процесс основан на идее сталкивания молекул.

Целью всех вакуумных насосов является преобразование энергии в давление. Количество энергии, необходимой для работы насоса, меняется в зависимости от атмосферного давленияЧем выше атмосферное давлениетем эффективнее работает вакуумный насос. Поскольку атмосферное давление играет жизненно важную роль в эффективности работы вакуумного насоса, оно является важным фактором стоимости эксплуатации вакуумного насоса и будет меняться в зависимости от температурывлажности и высоты над уровнем моря.

Можно создать разную степень вакуума. Они могут варьироваться от низкого вакуума с диапазоном абсолютного давления от 1 до 0,03 бара до высокого вакуума с давлением в одну миллиардную долю Паскаля. Низкий и средний вакуум обычно встречается в промышленных системахтаких как вакуумные захватыпылесосы, лампы накаливания, малярные, пескоструйные, вакуумные печи и вентиляция с отрицательным давлением. Системы более высокого вакуума используются в лабораторных технологиях, таких как реакторы частиц и ускорители.


Существует две основные категории создания частичного вакуума. Один из них — путем переноса газа или подачи газа, а другой — путем улавливания. Вакуумные насосы газоперекачивающего типа работают путем механического удаления газов посредством положительного смещения или передачи импульса. Вакуумные насосы объемного типа имеют камеры, которые поочередно расширяются и сжимаются с помощью обратных клапанов для всасывания и выброса потока. Насосы для передачи импульса работают за счет ускорения газов, создавая за собой область низкого давления. С другой стороны, вакуумные насосы улавливания захватывают молекулы газа с помощью различных принципов, таких как конденсация, сублимация, адсорбция, ионизация и так далее.



Глава 2: Диапазоны вакуума

Диапазоны вакуума характеризуются измерением абсолютного давления системы. Что представляет собой количество оставшихся молекул в системе. Остальные молекулы газа обычно представляют собой азот, кислород и водяной пар со следами неона, гелия и водорода. По мере того как удаляется все больше и больше молекул, удалить дополнительные становится все труднее. Чем меньше молекул необходимо удалить, тем больший вакуум требуется для более интенсивной работы и использования большего количества энергии, поскольку меньшее количество молекул снижает показания давления.

Различные диапазоны вакуума требуют разных методов откачки. Диапазоны низкого и среднего вакуума могут быть достигнуты с помощью вакуумных насосов объемного типа. Они подходят для большинства промышленных систем. Достижение высоких и сверхвысоких диапазонов вакуума для специальных технологий, таких как методы анализа поверхности, микроскопия и нанолитография, достигается как с помощью насосов для передачи импульса, так и с помощью насосов для улавливания.

Диапазон вакуума.....................................................Абсолютное давление (Па)
Атмосферный.............................................................101 325
Низкий вакуум (грубая, грубая обработка).............от 1,01 х 105 до 3,33 х 103
Средний вакуум...........................................................от 3,33 x 103 до 1 x 10−1
Высокий вакуум..........................................................от 1 х 10−1 до 1x10−7
Сверхвысокий вакуум.................................................от 1 х 10−7 до 1 х 10−10




Глава 3: Типы вакуумных насосов и принципы их работы


Двумя основными классификациями принципов вакуумной откачки являются перенос газа и улавливание. Перенос газа далее делится на положительное вытеснение и передачу импульса. Чтобы лучше понять концепцию вакуумных насосов, лучше всего понять три типа потока: вязкий, переходный и молекулярный. Вязкий или непрерывный поток возникает при высоком давлении и среднем вакууме. В этом типе потока газ достаточно плотный, чтобы молекулы газа могли сталкиваться друг с другом. Средняя длина свободного пробега или среднее расстояние, пройденное молекулой газа, меньше размеров камеры. Когда достигается более высокий вакуум, молекулы газа имеют тенденцию сталкиваться со стенками камеры больше, чем с другими молекулами газа. Переходное течение возникает, когда вязкое течение начинает превращаться в молекулярное течение. Молекулярный поток характеризуется хаотическим движением газов, при котором длина их свободного пробега намного превышает размеры камеры.

Газы, текущие под вязким потоком, можно перекачивать механически объемными насосами. Однако молекулярный поток будет достигнут, когда газ не может быть откачан из-за разницы давлений. На этом этапе используется другая система откачки: передача импульса или захват. Большинство систем высокого вакуума имеют два насоса, соединенных в тандеме. Одних объемных насосов недостаточно при более высоком вакууме. Насосы для передачи импульса не будут работать, если система будет работать с вязким потоком. Насосы улавливания будут часто регенерироваться или истощаться, когда газ невозможно уловить, особенно при вязком потоке.



Вакуумные насосы обьемного действия


Вакуумные насосы объемного действия работают за счет расширения и сжатия герметичной камеры, в которой поток газа контролируется односторонними клапанами. Процесс создания вакуума начинается с расширения герметичной камеры, создающей вакуум. Этот вакуум втягивает газ в камеру через впускной клапан. При достижении максимального расширения впускной клапан закрывается, а выпускной открывается. Газ выбрасывается из камеры по мере ее сжатия. Цикл повторяется несколько раз в секунду, создавая пульсирующий поток.

Как и обычные насосы, объемные вакуумные насосы классифицируются в зависимости от движения и конструкции камеры. Есть две основные категории: возвратно-поступательные и вращательные.



Поршневые вакуумные насосы.

Эти типы вакуумных насосов имеют камеры, которые расширяются и сжимаются за счет возвратно-поступательных или повторяющихся движений вперед и назад. Диапазон движения движущегося поршня называется ходом. Поршневые вакуумные насосы имеют два односторонних клапана: один для впуска, другой для выпуска. Поочередное открытие и закрытие этих клапанов позволяет создавать вакуум и выбрасывать газ. Тремя основными типами поршневых вакуумных насосов являются поршневые, плунжерные и диафрагменные вакуумные насосы.
Поршневой вакуумный насос с возвратно-поступательным движением: этот тип насоса создает вакуум и сжатие за счет движения поршня, прижатого к цилиндру. Поршень соединен с коленчатым валом через шатун. Когда коленчатый вал вращается, поршень перемещается вперед и назад внутри цилиндра. Поршни обычно изготавливаются из чугуна, бронзы или стали.


Плунжерный вакуумный насос:

этот тип вакуумного насоса работает так же, как поршневой вакуумный насос. Поршень или плунжер этого вакуумного насоса представляет собой длинный прочный цилиндр, обычно изготовленный из керамики с твердым покрытием. Длинный профиль плунжера позволяет уплотнению высокого давления быть неподвижным относительно цилиндра, в отличие от поршневых насосов, в которых уплотнение прикреплено к поршню. Это позволяет использовать более сложные системы уплотнений. Плунжерные вакуумные насосы больше подходят для более сложных условий, чем поршневые вакуумные насосы.



Мембранный вакуумный насос.

В мембранных вакуумных насосах используется деформируемая металлическая или эластомерная мембрана, постоянно соединенная с камерой, образующая герметичное уплотнение. Поршневые вакуумные насосы имеют преимущество с точки зрения надежности и мощности, тогда как диафрагменные вакуумные насосы в основном подходят для удаления опасных или коррозионно-активных веществ.


Поршневые вакуумные насосы также можно классифицировать по количеству камер, главным образом для решения проблемы пульсирующего потока. Пульсирующий поток является нежелательной характеристикой поршневых насосов, в которых поток подается короткими импульсами. Добавление большего количества поршней и цилиндров создаст более постоянный поток. Это привело к разработке поршневых насосов с несколькими узлами поршень-цилиндр, известных как мультиплексные насосы.


По количеству достигаемых фаз цикла за ход поршневые насосы делятся на одно- и двустороннего действия. Насосы одностороннего действия создают только вакуум или сжатие за один ход. В этой конфигурации поршень или диафрагма соединены только с одной камерой, где только одна сторона контактирует с газом. Насос двойного действия, напротив, создает как вакуум, так и сжатие за один ход. Обычной конфигурацией является узел с двумя поршнями и цилиндрами или с двумя диафрагмами, который приводится в действие одним приводным стержнем. Другие конструкции могут иметь один поршень или диафрагму, обслуживающую две камеры. Насосы двойного действия используются чаще из-за большей эффективности, более высокой скорости потока и меньшей пульсации потока.



Роторные вакуумные насосы.

Как следует из названия, эти типы вакуумных насосов создают области низкого давления за счет вращения движущихся компонентов относительно корпуса насоса. Сопрягаемые поверхности между ротором и корпусом имеют очень малые зазоры и покрыты самосмазывающимися материалами или материалами с низким коэффициентом трения, такими как графит, ПТФЭ (политетрафторэтилен) или ПЭЭК (полиэфирэфиркетон). Небольшой зазор предотвращает утечку газа в сторону низкого давления. По сравнению с поршневыми насосами роторные вакуумные насосы имеют меньшую пульсирующую подачу, что делает поток более непрерывным. Однако они не подходят для работы с газами, загрязненными абразивными средами, поскольку это может привести к разрушению небольших зазоров между ротором и корпусом. Роторные вакуумные насосы классифицируются по конструкции ротора.


Пластинчато-роторный вакуумный насос.

Пластинчато-роторные вакуумные насосы являются наиболее распространенным типом вакуумных насосов объемного типа. Этот насос имеет лопасти, радиально вставленные в круглый ротор. Ротор установлен эксцентрично относительно корпуса статора. Этот эксцентриситет известен как ход насоса. Отдельные камеры, разделенные лопатками, постепенно уменьшаются по мере приближения к выпускному отверстию. Лопастям разрешено радиальное перемещение, которые прижимаются к корпусу главным образом за счет центробежной силы при вращении ротора. Пружина подает напряжение на лопасти или удерживает их на месте, когда ротор не движется.


Жидкостно-кольцевой вакуумный насос:

Жидкостно-кольцевые насосы работают аналогично пластинчато-роторным насосам, но имеют другую конструкцию лопастей. Как упоминалось ранее, пластинчато-роторные насосы имеют лопасти, которые могут свободно перемещаться в радиальном направлении. Однако лопатки жидкостно-кольцевого вакуумного насоса прикреплены к ротору. При вращении ротора газ втягивается в камеру за счет расширения полостей за счет эксцентриситета ротора. Центробежные силы прижимают жидкость к корпусу, образуя кольцо жидкости, отсюда и название.


Роторно-поршневой вакуумный насос:

Роторно-поршневой вакуумный насос имеет эксцентриковое колесо в качестве ротора, прикрепленное к золотниковому клапану. Роторно-поршневые клапаны можно рассматривать как двухтактные насосы двойного действия с двумя отдельными камерами сжатия. Когда колесо вращается во время такта впуска в первой камере, золотниковый клапан открывается, обеспечивая доступ газа. Напротив этой камеры находится другая, в которой происходит такт выпуска. Эта вторая камера имеет выпускной клапан, через который выбрасывается сжатый газ. Как и поворотная лопасть, камера сжатия создается путем сопряжения ротора, в данном случае эксцентрикового колеса, с корпусом насоса. Эта камера постепенно уменьшается в конце такта выпуска.


Винтовой вакуумный насос:

Роторно-винтовой насос — один из первых разработанных насосов объемного действия, известный как винт Архимеда. В своей простейшей форме этот насос состоит из одного винта внутри полого цилиндра. Современные конструкции включают двойные или тройные винты, сцепляющиеся друг с другом. Когда газ попадает в насос, он задерживается в полостях между резьбой винта и корпусом. Давление создается вращением винта, выбрасывающего газ на другую сторону. Он подходит для работы с одно- и многофазными газами и обладает более высокой устойчивостью к работе с газами с абразивными примесями.


Шестеренчатый вакуумный насос:

этот тип поршневого насоса имеет роторы в виде двух зацепляющихся шестерен, где одна шестерня приводит в движение другую. Шестеренчатые насосы могут быть как внешними, так и внутренними. Насос с внешней шестерней имеет две сопрягаемые внешние шестерни. Внешние шестеренные насосы работают за счет создания расширенной полости, когда зубья выходят из зацепления при вращении в сторону впускного отверстия. Газ втягивается в эту полость за счет создаваемого вакуума. Когда шестерни вращаются, газ задерживается между зубьями и корпусом насоса. Газ выбрасывается на другую сторону камеры. С другой стороны, насосы с внутренней шестерней имеют роторы, состоящие из ведомой внешней шестерни и внутренней шестерни. Перекачивание осуществляется так же, как и в насосах с внешней шестерней, где газ забирается из расширяющейся полости, когда зубья шестерни выходят из зацепления.



Лопастной вакуумный насос (Рутс):

Роторные лопастные воздуходувки используются для работы с воздухом и газом, и их иногда называют «Рутс» в честь братьев Рутс, которые изобрели их в 1859 году. Они перемещают газы так же, как шестеренные насосы. Вместо сопрягающихся зубьев шестерни кулачковые насосы имеют роторы с двумя или более сцепляющимися лопастями. Лопастные роторы приводятся в движение шестернями, так что роторы не соприкасаются, что позволяет поддерживать высокие скорости вращения при меньшем износе роторов. Кулачковые насосы обеспечивают постоянный контакт жидкостного уплотнения по поверхностям кулачков.



Спиральный вакуумный насос:

этот тип насоса состоит из двух спиралей, одна из которых действует как ротор, а другая — как статор. Ротор не вращается, а движется эксцентрично относительно другого. Спиральный насос работает, всасывая газ с периферии спиралей. Газ, захваченный между спиралями, транспортируется к центру, где объем постепенно уменьшается.




Насосы для передачи импульса


Насосы для передачи импульса работают, вызывая движение молекул газа посредством передачи кинетической энергии. Это происходит при молекулярном потоке, в отличие от вязкого или непрерывного потока, имеющего место в объемных насосах. Равномерное распределение скоростей молекул постоянно меняется в предпочтительном направлении под воздействием быстро движущихся поверхностей, сталкивающихся с ними. Эти поверхности ограничиваются не только поверхностями рабочего колеса, но и другими газами. Примером является диффузионный вакуумный насос, в котором высокоскоростные струи рабочей жидкости придают импульс газам, которые должны быть втянуты из впускного отверстия. Вакуумные насосы для передачи импульса подходят для создания высокого вакуума. Однако для создания молекулярного потока во всей системе должно существовать низкое давление. Выхлопные газы не могут быть напрямую выброшены в атмосферу или при давлениях, при которых может возникнуть обратный поток. Для решения этой проблемы в тандеме с вакуумным насосом устанавливается форвакуумный насос. Форвакуумный насос может представлять собой объемный насос, работающий при более низком уровне вакуума, который может сбрасывать газ непосредственно в атмосферу.



Турбомолекулярный вакуумный насос.

Турбомолекулярный вакуумный насос имеет несколько ступеней вращающихся и неподвижных лопаток турбины. Вращающиеся лопасти расположены под таким углом, что они передают достаточный импульс молекулам газа, перемещая их в осевом направлении к последующим ступеням, пока они не достигнут выхлопа. Статор также имеет наклонные лопасти и обеспечивает правильное направление газа. Поскольку масса газа очень мала, роторы должны вращаться с очень большой скоростью. Накопление тепла от трения и отклонение ротора ограничивают конструкцию турбомолекулярных насосов.


Диффузионный вакуумный насос

Как упоминалось ранее, диффузионный насос работает за счет использования рабочей жидкости, используемой для передачи импульса молекулам газа. Движущей жидкостью обычно является масло или пар. Общая конструкция масляного диффузионного насоса включает в себя нагреватель для нагрева масла, который выбрасывается в сопла в верхней части котла или испарительной камеры. Испаренное масло покидает сопла со сверхзвуковой скоростью, собирая беспорядочно текущие газы, отбираемые из камеры низкого давления. Имеются охлаждающие змеевики для конденсации испаренного масла, которое затем возвращается в котел. Собранные молекулы газа продолжают двигаться к выхлопу. Эжекторы пара или углеводородного газа работают аналогично. Но для этих типов не требуется котел, поскольку пар или рабочая жидкость уже испарены и имеют достаточную скорость.


Улавливающие вакуумные насосы


Вакуумные насосы улавливания используют множество физических и химических явлений для захвата молекул газа. Принцип работы у каждого типа разный. Общим почти для всех улавливающих насосов является их способность работать в режимах высокого вакуума без какого-либо загрязнения маслом. Улавливающие вакуумные насосы не полагаются на роторы или другие движущиеся части. Однако недостатком является то, что он не может работать непрерывно, поскольку его необходимо регенерировать, как только поверхность или материал, улавливающий газы, заполнятся. Более того, они не могут удалять более легкие газы, такие как водород, гелий и неон. Ниже приведены некоторые из распространенных вакуумных насосов для улавливания.


Криогенный вакуумный насос.

Этот тип вакуумного насоса работает путем охлаждения газа до точки его конденсации или замерзания. Он улавливает такие газы, как азот и кислород, при температуре ниже 20 К в режиме высокого вакуума. Для улавливания более легких газов, таких как гелий и водород, их необходимо охладить до 8–10 К. Типичная конструкция криогенного насоса представляет собой двухступенчатый охладитель. Первый этап предназначен для удаления водяного пара и масла путем охлаждения при температуре от 70 до 80 К. Второй этап предназначен для удаления газов, которые охлаждаются при температуре от 10 до 20 К. На этом этапе для улавливания влаги используется адсорбент, такой как активированный уголь. 


Сорбционный вакуумный насос.

В этом типе насоса используются адсорбенты, такие как активированный уголь, цеолит или другие типы молекулярных сит, для улавливания молекул газа. Обычно он работает в паре с криогенными насосами для конденсации газов или снижения давления паров газа.


Вакуумный насос ионного распыления:

Вакуумный насос ионного распыления, также известный как ионный геттерный насос или ионный насос, работает путем ионизации входящих газов анодом. Ионизированный газ затем связывается с катодом или геттером, обычно изготовленным из титана. Связывание может осуществляться химическими или физическими средствами в зависимости от типа присутствующего газа. Когда ионизированный газ воздействует на катод, некоторые атомы или электроны катода выбрасываются с поверхности, что называется распылением.


Титановый сублимационный вакуумный насос.

В вакуумном насосе этого типа электрический ток периодически подается через титановую нить. При этом титан нагревается и испаряется непосредственно внутри камеры. Газы, проходящие через камеру или присутствующие в ней, улавливаются испаренным титаном путем связывания во время транспортировки или при образовании пленки на стенках камеры. Как только титановая пленка израсходуется, оставшаяся титановая нить снова испаряется, образуя еще один слой.




Глава 4: Вакуумные насосы жидкой и сухой смазки


Помимо принципов откачки, вакуумные насосы можно классифицировать по типу системы смазки и уплотнения. Вакуумные насосы могут иметь жидкую или сухую смазку. Выбор между ними в основном влияет на другие факторы производительности, такие как износостойкость, скорость откачки, загрязнение газа и т. д.


Вакуумные насосы с жидкостной системой смазки.

В отличие от сухих вакуумных насосов, такие вакуумные насосы обычно дешевле. Основной используемой смазывающей жидкостью является вакуумное масло. В зависимости от применения используются разные виды масла. Масло к насосу подается через вспомогательную смазочную систему, выполняющую дополнительные функции, такие как отвод тепла и фильтрация загрязнений. Недостатком использования систем с жидкостной смазкой является контакт масла с газом. Маслоотделитель используется ниже по потоку для отделения масла от газа.



Сухие вакуумные насосы:

эти типы насосов не имеют системы смазки. Вместо этого в этих насосах используются сухие или твердые смазочные материалы, такие как графит, ПТФЭ и дисульфид молибдена. Эти материалы имеют низкий коэффициент трения и предотвращают соприкосновение сопрягаемых поверхностей с покрытием. Рубашки водяного охлаждения, расположенные вдоль корпуса насоса, используются для отвода тепла из системы. Основным преимуществом сухих систем является перекачка без загрязнений. Более того, они требуют меньшего обслуживания, чем вакуумные насосы с жидкостной смазкой.




Глава 5: Вакуумные эжекторы и вакуумные насосы Вентури


Принцип Вентури используется в вакуумных эжекторах и вакуумных насосах Вентури. В вакуумных эжекторах используется сопло Вентури для перемещения материалов на высоких скоростях. Вакуумные эжекторы и вакуумные насосы Вентури не имеют движущихся частей и работают по принципу Бернулли.


Вакуумный эжектор

Вакуумный эжектор, или вакуумный насос Вентури, работает с использованием эффекта Вентури, основанного на принципе Бернулли. Физическая концепция представляет собой закон сохранения энергии, примененный к жидкостям и утверждающий обратную зависимость кинетической энергии и давления. Когда скорость жидкости увеличивается, ее давление уменьшается, и наоборот. Вакуумные эжекторы используют в качестве источника энергии сжатый воздух, а не электричество.

Внутри вакуумного эжектора находится трубка Вентури, представляющая собой струйное сопло, которое выпускает воздух под высоким давлением через камеру и выходит через сопло приемника. Сопло Вентури сужается до меньшего отверстия, а затем постепенно расширяется, ускоряя поток воздуха и уменьшая давление. Быстро движущийся поток воздуха между двумя соплами имеет более низкое давление из-за увеличенной скорости. Наружный воздух всасывается в камеру и выходит через сопло ресивера вместе со сжатым воздухом.

Насосы Вентури размещаются внутри корпуса вакуумного эжектора с входом между соплами, который может подавать вакуум для различных технологий.



Преимущества вакуумного эжектора:

У него нет движущихся частей: внутри вакуумного эжектора нет возвратно-поступательных или вращающихся частей, в отличие от других вакуумных насосов. Он состоит только из статической трубки Вентури. Такая конструкция повышает надежность устройства и практически не требует обслуживания.
Вакуум можно включать и выключать по мере необходимости, экономя сжатый воздух, когда он не нужен.
Они компактны, легки и могут быть размещены рядом с местом применения.
Они не создают тепла и охлаждаются во время работы.
С глушителем на выхлопе они работают ниже 80 децибел.
Это, безусловно, самый дешевый тип вакуумного насоса.
С другой стороны, недостатком использования вакуумного эжектора является неизбежное смешивание рабочего газа и газа из вакуумной системы. Если целью является восстановление газа, взятого из вакуумированной камеры, необходимо использовать специальные методы разделения.

Вакуумные эжекторы обычно используются в технологиях для всасывания газов или жидкостей,  где смешивание движущего и вакуумного потоков не создает негативных проблем. Их обычно можно увидеть на электростанциях, нефтяных и нефтехимических заводах, а также на водоочистных сооружениях.


Вакуумный насос Вентури

Вакуумные насосы Вентури имеют входное и выходное отверстия с соплом между входным и выходным отверстиями. Сопло ограничивает поток жидкости, увеличивает скорость жидкости и снижает ее давление. Вакуум создается перепадом давления, который втягивает жидкость в сопло, а затем вытесняет ее с другой стороны.

В отличие от других вакуумных насосов, вакуумным насосам Вентури не нужен источник питания, но необходим доступ к сжатому воздуху. Они крошечные, легкие и могут работать непрерывно годами. Поскольку вакуумные насосы Вентури не требуют источника питания, они не выделяют тепло и не перегреваются. Вакуумные насосы Вентури можно настроить в соответствии с потребностями технологии, изменив диаметр сопла для максимизации потерь давления и создаваемого перепада давления для удовлетворения потребностей технологии.


Преимущества вакуумного насоса Вентури:

Создает сильную транспортирующую силу для перемещения материалов.
Снижает затраты на электроэнергию
Незагрязненный воздушный поток
Форсунка предотвращает засорение
Легкий и портативный
Доступны варианты из анодированного алюминия, нержавеющей стали и тефлона.
Долговечный и прочный
Не представляет никакой опасности
Вакуумные насосы Вентури используются там, где требуется точность и где потеря давления недопустима. Они способны перемещать влажные или сухие материалы и жидкости по трубопроводу. Как и в случае с вакуумными эжекторами, вакуумные насосы Вентури добавляются к обычным вакуумным насосам, помогая перемещать материалы на большие расстояния.



Заключение:


Вакуумный насос — это оборудование, способное создавать частичный вакуум или пространство низкого давления путем вытягивания молекул газа из герметичной камеры.
Вакуум — это относительное состояние, при котором давление в камере ниже, чем в окружающей атмосфере или соседних системах.
Диапазоны или режимы вакуума — это классификации качества вакуума, характеризующиеся измерением абсолютного давления в системе.
Двумя основными классификациями принципов вакуумной откачки являются перенос газа и улавливание. Перенос газа далее делится на вытеснение и передачу импульса.
Вакуумные насосы также можно классифицировать по типу системы смазки и уплотнения. Вакуумные насосы могут иметь жидкостную или сухую смазку.