Принцип работы вакуумных насосов: принцип работы, устройство, правила выбора

Содержание

устройство и принцип работы – типы ВВН, характеристики, сфера применения, производители насосов НВВ

Водокольцевые вакуумные насосы (ВВН) — производительные агрегаты, разработанные для транспортировки густых и вязких сред. Помимо жидкостей, они используются для откачки газов и паров из герметичных резервуаров, перемещения сыпучих материалов, консервации, опреснения, сушки, обслуживания всевозможных технологических процессов, решения других задач.

Содержание:

Общие сведения о ВВН: назначение, особенности.
Устройство водокольцевого вакуумного насоса.
Принцип действия ВВН.
Типы водокольцевых насосов.
Виды вакуумных насосов водокольцевого типа.
Основные характеристики ВВН.
Преимущества и недостатки водокольцевых насосов.
Сфера применения ВВН.
Популярные бренды водокольцевых насосов.

Общие сведения о ВВН: назначение, особенности

Водокольцевые вакуумные насосы (ВВН) — устройства объемного типа, предназначенные для перекачки насыщенных сред в условиях низкого давления или разряжения. Необходимый вакуум создается под действием центробежных сил, образующихся внутри кольцевых камер в процессе вращения ротора. После запуска электродвигателя насосы втягивают газообразный поток и выталкивают его в нужном направлении без каких-либо примесей или загрязнений.

Особенность ВВН в том, что экологичные агрегаты не предназначены для перекачки взрыво- или пожаробезопасных сред. В зависимости от конкретной модели их производительность 4,4–30000 м3/ч при вакууме 25–30 Торр (0,03–0,04 бар, 3,33–4 КПа, 340–407 кгс/м2). Величина максимального разряжения ограничивается давлением насыщенных паров рабочих сред. Помимо воды, возможно использование трансформаторного масла. В этом случае порог предельного вакуума увеличивается в 2 раза.

Устройство водокольцевого вакуумного насоса

Конструкция вакуумных насосов водокольцевого типа, в которых всасывание и отвод рабочей среды осуществляется вдоль оси, состоит из таких элементов:

Корпус. Цилиндрическая оболочка с двумя торцевыми крышками литого типа из нержавеющего сплава X5CrNi, чугуна, углеродистой стали или другого высокопрочного материала.
Рабочее колесо. Литой ротор (импеллер) с лопатками особой конфигурации из нержавеющей стали X5CrNi 18-10\1.4301 или другого высокопрочного сплава. Колесо смонтировано на валу насоса так, что центр его вращения не совпадает с осью корпуса.
Всасывающий канал. Входной патрубок, подключенный к входному окну на корпусе, обеспечивает отсасывание воздуха из приемного бака.
Нагнетающий канал. Патрубок, соединенный с верхней частью приемного бака, куда подается отработанная вода и воздух, выдавливаемый из трубопровода.
Электропривод. Вал электромотора, смонтированный на двух шарикоподшипниках, заходит внутрь корпуса насоса. С помощью предохранительной муфты он соединен с валом насоса, на котором зафиксирован ротор.

Клеммная коробка с блоком управления. Обеспечивает подключение питания, настройку и управление режимами работы ВВН, а также защиту насоса от перегрузок.
Уплотнители. Механические уплотнители вала из карбида кремния, графита или другого материала. Уплотнительные кольца обычно изготавливаются из бутадиен-нитрильного каучука.

Для работы вакуумных насосов водокольцевого типа обычно используются приемные баки из коррозионностойкого сплава. Герметичные емкости комплектуются выхлопными, впускными и сливными патрубками. Первые обеспечивают выпуск воздушной массы, вторые — подачу чистой воды, а третьи — слив жидкости.

Принцип действия ВВН

Работа вакуумных насосов водокольцевого типа осуществляется по следующему принципу. Под действием электропривода рабочее колесо (ротор) вращается внутри корпуса, где изначально есть небольшой объем воды или другой рабочей жидкости. При определенной угловой скорости центробежные силы формируют по контуру ротора жидкостное кольцо. Оно прижимается к стенкам корпуса.

Ближе к оси вращения между лопатками создаются несколько камер. Учитывая эксцентричное расположение вала (оси вращения), объемы этих камер как отличаются друг от друга, так и постоянно изменяются по мере вращения. Сначала они увеличиваются, а потом уменьшаются. Благодаря этому создаются отсеки с низким и высоким давлением. В торцевой крышке имеются специальные окна в области создания максимального (всасывающие) вакуума и минимального (нагнетающие) разряжения.

В верхней части водяное кольцо касается поверхностей ступицы ротора, а в нижней — полностью омывает лопатки. Благодаря этому происходит разделение областей с максимальным и минимальным вакуумом. Чтобы повысить величину разряжения, всасывающие окна делаются с большими размерами, чем нагнетающие отверстия. Плюс к этому, повышенное внимание уделяется качеству уплотнений. В противном случае — ухудшается производительность, снижается КПД.

Типы водокольцевых насосов

В зависимости от варианта конструкции можно купить водокольцевой вакуумный насос одно- или двухступенчатого типа.

Одноступенчатые

Компактные агрегаты, изготовленные по моноблочной схеме. В их конструкции может быть одна или две рабочие полости. В первом случае обеспечивается относительно низкая мощность в пределах 15 кВт. Один ротор также не способен достичь высокой скорости перекачки. Более производительными считаются насосы с двумя рабочими камерами в сочетании с парой импеллеров. Они комплектуются четырьмя патрубками, что дает возможность подавать воздух одновременно через два окна, обеспечивая самостоятельную работу отсеков.

Двухступенчатые

Производительные двухступенчатые ВВН агрегаты с двумя роторами и парой рабочих камер позволяют достичь более высокого разряжения (высокого вакуума) благодаря ступенчатому понижению давления. Их отличие от одноступенчатых моделей в том, что две камеры работают не одновременно, а поочередно, последовательно повышая вакуум. Такое решение дает возможность не только увеличить разряжение, но и значительно повысить скорость транспортировки среды.

Виды вакуумных насосов водокольцевого типа

С учетом конфигурации корпуса, ротора и расположения оси вращения вакуумные насосы водокольцевого типа поставляются двух видов: стандартные и двойного действия. В первом случае — это типовые агрегаты с цилиндрической компоновкой и эксцентричным расположением вала рабочего колеса относительно оси корпуса.

Отличие моделей второй группы в том, что они изготовлены с сечением овальной формы, а ось корпуса и вал электропривода совпадают. Благодаря овальному исполнению, при вращении ротора создается в 2 раза больше рабочих камер по сравнению с обычными моделями. В то же время производительность таких насосов увеличивается лишь в 1,4–1,5 раза. Это происходит из-за того, что часть рабочего объема постоянно вращается внутри «мертвого» пространства. Плюс к этому, увеличивается стоимость оборудования из-за сложной конструкции, а также повышается вероятность разрыва водяного кольца.

Основные характеристики ВВН

Наряду с типом и стоимостью, при выборе вакуумных насосов водокольцевого типа, нужно изучить следующие характеристики предлагаемых моделей:

Производительность (скорость перекачки среды), м³\ч: 1–62400.
Мощность электродвигателя, кВт: 2–100.
Частота вращения вала, об/мин: 750–1500.
Вес агрегата вместе с электродвигателем, кг: 25–2700.

Преимущества и недостатки водокольцевых насосов

Популярность вакуумных насосов водокольцевого типа обусловлена массой уникальных особенностей и достоинств. В их числе:

Долговечность, длительный ресурс, простота обслуживания и эксплуатации благодаря надежной конструкции при минимуме трущихся элементов.
Активный теплообмен исключает чрезмерное повышение температуры, что позволяет перекачивать среды с низким порогом термостойкости, включая быстроразлагающиеся и легко воспламеняющиеся вещества.
Низкий уровень шума независимо от мощности работы.
Высокая производительность в сочетании с широким диапазоном создаваемого вакуума.

Нет утечек и загрязнения транспортируемой среды.

Недостатки: вращение водяного кольца требует ощутимого расхода энергии, высокая цена, большие размеры. Плюс к этому, применение ВВН ограничено довольно низким порогом создаваемого вакуума. Стальные детали, взаимодействующие с водой, подвержены коррозии.

Сфера применения ВВН

Вакуумные насосы ВВН широко используются в металлургии, деревообрабатывающей, медицинской, фармацевтикой, химической и других отраслях. Мощные агрегаты заказывают предприятия по изготовлению оптики, стройматериалов, консервов. Экологичные установки востребованы для организации пневмотранспорта, проведения лабораторных и других исследований.

Мембранный вакуумный насос — устройство, принцип работы, производительность, типы, применение

В промышленности очень часто используется вакуум, как особо чистая среда, где нет посторонних примесей, которые могут нарушить технологический процесс. Для получения такой среды применяются специальные аппараты – мембранные вакуумные насосы, как одна из разновидностей. Он откачивают из замкнутой камеры воздух, выделяемый пар или газ, создавая глубокое отрицательное давление с заданными параметрами.

Содержание:

Что такое мембранный вакуумный насос
Конструкция насоса мембранного вакуумного
Особенности работы вакуумного мембранного насоса
Основные характеристики насосов диафрагменных
Известные бренды мембранных насосов

Что такое мембранный вакуумный насос

Что такое мембранный вакуумный насос

Под мембранным вакуумным насосом следует понимать агрегат, внутри которого имеется шток с мембраной. При совершении возвратно-поступательных движений происходит откачивание воздушной или газовой среды. Он широко применяется в промышленности для создания вакуума в сушильных или плавильных камерах. В первом случае происходит удаление парообразной взвеси, во втором – удаляется весь воздух, который может содержать пыль и множество посторонних включений в виде мелких частиц. Их наличие может сильно повредить качество продукции или эффективность выполнения какого-то технологического процесса.

Конструкция насоса мембранного вакуумного

Конструкция насоса мембранного вакуумного

По сложности устройство мембранного вакуумного насоса не занимает высоких позиций. Скорее, наоборот, его следует отнести к более простым в конструктивном исполнении агрегатам. В общем плане он состоит из следующих деталей:

Корпуса, который изготавливается методом литья из чугуна или подобного материала.
Внутри него имеется коленчатый вал.
На шейках вала располагается один или два шатуна с поршнями.
К поршням жестко прикреплен шток, на другом конце которого имеется мембрана из резины.
С обратной стороны мембраны находятся клапана: входной и выходной.

Корпус может быть литым из чугуна или алюминия. Шток, как правило, изготавливается из нержавеющей стали. Шатун с коленчатым валом – из конструкционной или иной углеродистой стали. В любом случае даже если в среде окажется пар, детали от этого не пострадают и сохранят свою работоспособность. Тем более, в маслозаполненных моделях происходит постоянное смазывание вращающихся и трущихся деталей, что только увеличивает продолжительность и срок службы.

Особенности работы вакуумного мембранного насоса

Как и устройство, принцип работы мембранного или диафрагменного насоса довольно прост. В качестве привода вала насоса используется электрический, как правило, асинхронный мотор. Он раскручивает коленчатый вал, тем самым, приводя в возвратно-поступательное движение шток.

Особенности работы вакуумного мембранного насоса

Когда коленчатый вал поворачивается коленом внутрь, шток находится в максимально приближенном состоянии, тем самым, выталкивая из корпуса воздух или пар. Когда колено развернуто на 180 градусов, мембрана оттягивается от клапанной крышки, тем самым, втягивая в корпус очередную порцию воздуха или газа.

Когда мембрана прижата к клапанной крышке, открывается выходной обратный клапан. В нем имеется возвратная пружина, которая возвращает его в прежнее состояние, когда происходит обратный ход. В противном случае открывается входной клапан, который движется внутрь в корпус. И закрывается в следующей фазе. Соответственно, имеется впускной и выпускной клапаны.

Основные характеристики насосов диафрагменных

Как и любое другое подобное оборудование, диафрагменные вакуумные насосы обладают определенными характеристиками. В первую очередь стоит отметить тот факт, что их можно использовать как для создания вакуума в замкнутой камере с любым содержанием влаги или различного рода загрязнений, так и для откачивания воздуха с его дальнейшим контролем на химический состав. В процессе работы в откачиваемый воздух не добавляются включения, которые могут нарушить его состав, тем самым, изменив показания.

Основные характеристики насосов диафрагменных

Вакуумные диафрагменные мембранные насосы обладают следующими характеристиками:

Тип мембраны – в качестве нее может использоваться специальная резина с повышенной упругостью или пружинная сталь. У модификаций с резиновой диафрагмой ход штока несколько больше, чем моделей со стальной мембраной.
Скорость откачки или производительность. Это величина, отражающая объем откачиваемого из замкнутого пространства воздуха.
Предельное остаточное давление. Мембранные модели способны вакуум до 3 и меньше мбар. Притом имеются модели с газобалластом, из-за чего показания вакуума несколько увеличиваются.
Тип питания или параметры питающего напряжения. В продаже имеются модификации на 380В, 220В и постоянное напряжение 24В.

Известные бренды мембранных насосов

Известные бренды мембранных насосов

Мембранные вакуумные насосы нашли широкое применение в различных отраслях деятельности человека, прежде всего благодаря особенностям его конструкции и принципа действия. Они активно используются в медицине для создания чистого вакуума и проведения лабораторных исследований, в атомной промышленности, в пищевой отрасли, в процессе проведения различных химических реакций и прочее. В виду разнообразия применения производители выпускают множество модификаций, отличающихся по разным параметрам. На рынке можно встретить диафрагмальные насосы таких марок, как:

Welch – немецкий производитель популярных аппаратов MPR 030 Z-EC.
KNF – немецкое производство в Фрайбурге. Предлагает мембранные насосы серии LABOООО «Вакуумтех» — представляет насосы серии НВМ, способные создавать остаточное давление в пределах от 0,3 до 50 мм.рт.ст. В том числе во взрывозащищенном исполнении.

Что такое роторно-лопастной вакуумный насос?

Что такое пластинчато-роторный вакуумный насос?

Ротационно-пластинчатый вакуумный насос в его простейшем определении представляет собой тип насосной технологии, которая позволяет сжимать воздух внутри насосной камеры для создания всасывания для удаления молекул воздуха из сосуда или области.

Ротационно-пластинчатый вакуумный насос работает по принципу объемного нагнетания. Конструкция состоит из ротора, который эксцентрично установлен внутри цилиндрического корпуса или статора. Лопасти, установленные внутри ротора, перемещаются внутрь и наружу за счет центробежной силы, следуя за внутренней поверхностью корпуса. Более подробное описание принципа работы пластинчато-роторного насоса с масляной смазкой и сухого хода можно увидеть далее в этой статье.

Каковы преимущества пластинчато-роторных вакуумных насосов?

Преимущества масла в пластинчато-роторном вакуумном насосе:

Масляное уплотнение — масло обеспечивает эффективное уплотнение, обеспечивающее предельный вакуум до <0,5 мбар (абс.)
Смазка предотвращает износ — Алюминиевые лопасти, ротор, подшипники корпуса и крышки корпуса смазываются маслом, что делает их практически неизнашиваемыми.
Пониженная рабочая температура — Нагрев снижается, поскольку масло снижает трение в камере сжатия
Защита от коррозии — масло защищает все компоненты от коррозии и реакции с газом
Очищающий эффект — Масло очищает камеру компрессора от загрязнений и предотвращает повреждения, продлевая срок службы и производительность насоса.

Другие преимущества всех конструкций пластинчато-роторных вакуумных насосов:

Высококачественный вакуум с одним компрессорным агрегатом
Ножи с длительным сроком службы
Оптимизированное разделение масла и воды (только масляная смазка)
Высокая устойчивость к водяному пару за счет газового балласта (только с масляной смазкой)
Низкий уровень шума
Низкая вибрация
Практически без пульсаций
Простота обслуживания
Подходит для широкого спектра промышленных применений
Полностью безмасляные (только роторные насосы с сухим ходом)

Из каких частей состоит роторно-лопастной вакуумный насос?

Каждый пластинчато-роторный вакуумный насос состоит из одних и тех же стандартных компонентов. В зависимости от дизайна, размера или модели могут быть различия в компонентах. Ниже приведены некоторые стандартные компоненты, которые вы можете найти в машинах с масляной смазкой и машинах с сухим ходом.

Обзор пластинчато-роторного вакуумного насоса с масляной смазкой:

Лопасти (также известные как «лопасти»)
Ротор
Цилиндрический корпус
Всасывающий фланец
Обратный клапан
Двигатель
Корпус маслоотделителя
Масляный картер
Масло
Фильтры
Поплавковый клапан

Обзор роторно-лопастного вакуумного насоса сухого хода:

Вращающиеся лопатки с масляной смазкой

Химические и фармацевтические процессы

Кристаллизация
Дегазация
Перегонка
Сушка
Испарение
Фракция
Пропитка
Суперохлаждение
Вакуумное покрытие (сублимация)
Вакуумная фильтрация

Экология

Аэрация
Сушка
Системы пылеудаления

Пищевая промышленность

Машины для розлива и розлива
Машины для резки

Промышленное применение

Системы сушки
Системы пылеудаления
Промышленные печи
Вакуумный прижим

Упаковочная промышленность

Централизованные вакуумные системы
Упаковочные машины

Пневмотранспорт

Деревообрабатывающая промышленность

Системы пылеудаления
Вакуумный прижим

Вращающиеся лопатки сухого хода

Экологическая техника

Аэрация

Промышленное применение

Подъем и удерживание
Подбери и положи

Упаковочная промышленность

Упаковочные машины

Полиграфия

Послепечатная обработка
Печатные машины

Деревообрабатывающая промышленность

Вакуумный прижим

Каков принцип работы пластинчато-роторного вакуумного насоса?

Ниже приводится обзор принципа работы пластинчато-роторного вакуумного насоса с масляной смазкой. Помните: Каждый пластинчато-роторный вакуумный насос с масляной смазкой состоит из одних и тех же стандартных компонентов. В зависимости от дизайна, размера или модели существуют и другие компоненты.

1. Увеличение давления за счет уменьшения объема является принципом работы роторно-лопастного насоса. Весь корпус цилиндра смачивается масляной пленкой, по которой лопасти работают практически без износа.

2. Смазка маслом производится исключительно за счет перепада давления в корпусе и корпусе маслоотделителя. Это достигается за счет нескольких маслопроводов между корпусами.

3. В цилиндрическом корпусе ротор расположен эксцентрично, так что его верхняя часть почти касается корпуса цилиндра. Лопасти прижимаются к стенке корпуса под действием центробежной силы и образуют три разные камеры, в которых захватывается воздух.

4. Когда первая камера открыта, воздух проходит через всасывающий фланец в камеру компрессора.

5. Пока ротор вращается, следующая лопасть закрывает эту камеру (и сразу же открывает следующую). В этот момент пространство между лопастями достигает максимального объема воздуха.

6. Газомасляная смесь сжимается за счет уменьшения объема и выдувается в корпус маслоотделителя.

7. Некоторые модели насосов оснащены выпускными клапанами, которые останавливают обратный поток нагнетаемого воздуха при достижении максимального давления или выключении насоса.

8. Масло механически отделено от газа сложной конструкцией корпуса маслоотделителя. Масло собирается в маслосборнике.

Этот процесс удаляет 95-98% масла, содержащегося в воздухе.

9. Затем оставшуюся смесь нефти и газа пропускают через фильтрующие элементы тонкой очистки, которые удаляют оставшиеся мелкие частицы масла. Эти частицы масла будут повторно введены через поплавковый клапан в масляный контур насоса.

10. Практически безмасляный газ можно выдувать либо через воздуховыпускное отверстие, либо через шланги или трубы.

Ниже представлен обзор принципа работы пластинчато-роторного вакуумного насоса сухого хода

Каждый пластинчато-роторный насос сухого хода состоит из одних и тех же стандартных компонентов. В зависимости от дизайна, размера или модели существуют и другие компоненты. В целом принцип работы роторно-лопастного насоса сухого хода очень похож на принцип работы насоса с масляной смазкой.

1. Подобно их аналогам с масляной смазкой, увеличение давления за счет уменьшения объема является принципом работы вращающихся лопастей без смазки.

2. В насосах с сухим ходом используются сухие графитовые лопасти, которые трутся о поверхность корпуса цилиндра. Это создает графитовый слой на поверхности, что позволяет лопастям скользить с минимальным износом.

3. Это создает на поверхности графитовый слой, который позволяет лопастям скользить с минимальным износом.

4. Как и в версии с масляной смазкой, воздух после сжатия также необходимо фильтровать, чтобы выдувать воздух, практически не содержащий частиц. Кроме того, воздух обычно проходит через воздухоохладитель для снижения температуры отработанного воздуха.

Принцип работы роторно-лопастного вакуумного насоса

Ротационно-лопастной вакуумный насос Atlas Copco с масляным уплотнением

Пластинчато-роторные вакуумные насосы представляют собой одноступенчатые, масляные, поршневые машины с воздушным охлаждением. Они широко используются в обычных промышленных приложениях из-за своей простой и компактной конструкции.

Принцип работы пластинчато-роторного вакуумного насоса

Давайте разберемся с принципом работы пластинчато-роторного вакуумного насоса подробнее:

Пластинчато-роторный вакуумный насос с масляным уплотнением в основном используется в вакуумной промышленности сегодня для производство давлений до 10-2 мбар. Механизм, смазываемый маслом, состоит из корпуса (статора) с цилиндрическим ротором. Ротор эксцентричен и плотно прилегает к статору в одном положении. Ротор содержит две/три лопасти, полностью противоположные пазы.

При вращении ротора концы лопастей постоянно соприкасаются со стенкой статора. За один оборот ротора цикл делится на фазы впуска, изоляции, сжатия и выхлопа. В процессе работы молекулы газа, поступающие на вход насоса, проходят в объем, образованный эксцентриковым креплением ротора в статоре. Затем объем газа полукруглой формы сжимается, заставляя выпускной клапан открываться и позволяя газу выходить.

Для обеспечения герметичности между компонентами постоянно поддерживается тонкая масляная пленка за счет всасывания масла из масляного резервуара внутрь насоса. Циркуляционное масло выбрасывается обратно в резервуар через выпускной клапан вместе с перекачиваемым газом. Предельное давление ограничивается обратными утечками между всасывающим и нагнетательным отсеками и выделением смазочного масла. Приведенное выше объяснение охватывает принцип работы лопастного вакуумного насоса с масляным уплотнением 9.0303 в деталях.

Газовый балласт:

При перекачивании газа, содержащего паровую нагрузку , например, водяного пара, может произойти конденсация пара. Если оно достигает давления насыщенного пара во время сжатия насоса, образовавшаяся жидкость может смешаться с насосным маслом, которое образует эмульсию. В таком состоянии может быстро произойти:

1) Ухудшение характеристик вакуума

2) Снижение смазывающих и уплотнительных свойств масла

3) Возможная коррозия компонентов насоса

Два возможных решения этой проблемы: 4 1) Регулярно меняйте масло (дорого и неудобно)

2) Улавливайте водяной пар до его поступления в насос с помощью конденсатора с водяным охлаждением, конденсатора с механическим охлаждением или ловушки с жидким азотом.

Однако большинство современных насосов оснащены устройством «газового балласта», которое позволяет пластинчато-роторному вакуумному насосу с масляной смазкой справляться с определенным количеством паров без загрязнения насосного масла. Это устройство обычно выглядит как регулирующий клапан, установленный снаружи на корпусе насоса.

Газобалластный механизм очень прост и состоит из трех основных элементов.

1) Регулирующий клапан для подачи газового балласта (воздуха или сухого азота)

2) Канал, ведущий от регулирующего клапана к насосному механизму (в двухступенчатом насосе – к низковакуумной ступени)

3) Простое невозвратное устройство, ограничивающее любой обратный поток из насосного пространства в в атмосферу через газовый балласт

Принцип работы газобалластного устройства пластинчато-роторного вакуумного насоса с масляной смазкой позволяет подавать атмосферный воздух в насос на этапе сжатия. Это увеличивает долю неконденсируемого газа в насосе, и таким образом пар отводится без конденсации.

Анимация принципа работы пластинчато-роторного вакуумного насоса Atlas Copco

Области применения Пластинчато-роторные вакуумные насосы с масляным уплотнением
Роторный насос серии GVS A компании Atlas Copco Лопастной вакуумный насос имеет низкую цену по сравнению с различными диапазонами от 16 м ³ /ч небольшой вакуумный насос до 630 м ³ /ч высокопроизводительный вакуумный насос, который обслуживает широкий спектр приложений.