Вакуумные насосы.

Некоторые химические процессы протекают в разреженной среде (вакууме), а не под атмосферным или избыточным давлением. Для создания вакуума используются вакуум-насосы, работа которых основывается на одном из двух принципов получения вакуума.

В основу процесса получения вакуума может быть положен один из принципов:

• удаление газа из откачиваемого сосуда за пределы вакуумной системы;
• связывание газа в пределах вакуумной системы.

Принцип удаления газа из откачиваемого сосуда реализуется в насосах, которые перемещают газ. Перемещение газа может осуществляться периодически, отдельными порциями и непрерывно. Для того чтобы удалить порцию газа нужно изолировать в рабочей камере некий объем газа и переместить его от входного патрубка к выходному. В процессе данного перемещения порция газа сжимается до более высокого уровня давления, чем давление в выходном отверстии насоса. Затем, порция изолированного газа выталкивается из насоса.

Вакуумные насосы, откачивающие газ отдельными порциями в процессе периодического изменения объема и положений рабочей камеры, являются объемными вакуумными насосами. Данный тип насосов может быть только механическим, т.к. их откачивающее действие основано на перемещении газа в результате механического движения рабочих элементов насоса.

Непрерывное удаление нейтральных молекул газа осуществляет тело, которое постоянно увлекает за собой и перемещает газ. Телом может выступать непрерывно двигающаяся твердая поверхность или струя (жидкости, пара, газа). Молекулы при соударении с движущимся телом, а также в результате внутреннего трения, приобретают преимущественное направление движения. Механические насосы, удаляющие газ данным образом получили название молекулярных (т.к. они оказывают воздействие на отдельные молекулы).

Вакуумные насосы, которые реализуют принцип связывания газа в пределах вакуумной системы, называются сорбционными. В таких системах газ может связываться посредством геттера (вещества, которое применяется для хемосорбции газов в вакуумных системах). Газ может также сорбироваться и конденсироваться на охлаждаемых поверхностях.

Для создания низкого вакуума (от 101 300 Па до 133,3 Па) используются следующие типы устройств, создающих вакуум:

• компрессоры;
• воздуходувки;
• модификации данных аппаратов.

Посредством всасывающего патрубка данные аппараты присоединяются к откачиваемому резервуару или трубопроводу.

Для создания среднего вакуума (от 133,3 Па до 0,1333 Па) используются:

• винтовые вакуумные насосы;
• ротационно-щелевые вакуумные насосы;
• молекулярные турбонасосы.

Различают также, высокий вакуум (от 0,1 Па до 10-5 Па), и сверхвысокий вакуум (от 10-5 Па).

Для откачки газа из емкостей больших размеров применяются:

• вакуумные турбонасосы;
• вакуумные винтовые насосы;
• вакуумные поршневые насосы;
• большие роторно-щелевые вакуумные насосы.

Соответствие вакуумного насоса условиям, в которых ему придется работать, оценивается по следующим параметрам:

• Скорость действия и откачки. Параметр определяется путем измерения объема газа, двигающегося через отверстие в выпускном патрубке (при заданном уровне давления). Параметр меняется в случае изменения давления. Целесообразность эксплуатации насоса в тех или иных условиях обусловлена тем, насколько скорость откачки зависит от уровня давления.
• Предельный показатель давления (максимальный показатель выпускного давления, дальнейшее увеличение которого приводит к росту уровня давления на входе). Отдельные виды насосов не выбрасывают в атмосферу газ, который они откачивают, поэтому для их бесперебойного функционирования необходим форвакуум, создаваемый другими насосами.

Принцип функционирования насосов зависит от характера течения газа, т.е. степени его разрежения.

При первоначальной откачке газа, поток движется с высокой скоростью и имеет завихрения (газ течет в турбулентном режиме). Падение давления нейтрализует завихрения, в результате чего газ начинает течь инерционно (т.к. определяется инерцией газовой среды). Если в дальнейшем происходит снижение скорости течения газа, режим становится вязкостным.

В случаях, когда течение газового потока может быть охарактеризовано как вязкостное, внутренние слои потока активно перемещаются, в отличие от слоев, находящихся около стенок насоса (они практически не двигаются). Так, в центре газового потока частицы двигаются максимально быстро. Тип движения потока определяется степенью вязкости газа. При низких показателях давлении молекулы свободно двигаются и практически не взаимодействуют. По мере того, как пропадает внутреннее трение, поток начинает двигаться молекулярно.

Данная насосная установка может представлять собой один из трех видов: высоковакуумный насос, бустерный и форвакуумный агрегат (в соответствии с диапазоном давлений, в котором насос работает с максимальной производительностью). Такие насосы широко используются в металлургии. По принципу действия, они составляют две группы:

• насосные установки, оснащенные вращающимся ротором (вытесняют газ механически, т.е. подвижными частями);
• пароструйные насосные установки (струя пара рабочей жидкости всасывает молекулы газа, что может являться следствием диффузии или вязкостного захвата).

Для исключения газовых утечек сквозь зазоры трущихся частей вакуумных насосных установок, используется вакуумное масло. Данное вещество уплотняет зазоры и служит смазкой. Таким образом, механические насосы, в которых масло используется в качестве уплотнителя и смазки, являются масляными. В насосах, где масло не используется, называются сухими.

Вакуумные насосы элиминируют газы, пары и воздух из объемов рабочей камеры насоса, которые обладают такими свойствами как замкнутость и герметичность. По мере того, как газы, пары и воздух постепенно удаляются, объем полостей изменяется вследствие чего, молекулы откачиваемого вещества перераспределяются в нужном направлении. Особенности принципа действия вакуумных насосов, зависят от типа агрегата.

Основная часть вакуумных насосных установок функционирует по принципу вытеснения, также как и объемные насосы (кроме паромасляных и пароэжекторных аппаратов). Величина полученного вакуума напрямую зависит от качества герметичности рабочего пространства, которое создается рабочими органами насоса: пластинами, золотниками, колесами совместно с жидкостью. Работа вакуумного насоса должна обеспечить два основных условия: снизить уровень давления в замкнутом пространстве до величины Pвmin посредством забора газовой среды из замкнутого пространства (объёма) и осуществить данное действие за определённый промежуток времени. В случаях, когда насос обеспечивает объем забора газовой среды, но не достигает понижения давления до необходимого уровня, используется форвакуумный насос, который дополнительно понижает давление газовой среды.

Каждая отдельная группа вакуумных насосных установок имеет свои преимущества вследствие конструктивных особенностей, принципа действия, типа рабочей жидкости и прочих факторов. Так, водокольцевые насосы являются высокопрочными, работают при высоких температурах и тяжелых условиях, способны откачивать загрязненные пары. Пластинчато-роторные обладают повышенной стойкостью к пару воды, компактны, надежны, демонстрируют высокую скорость откачки и низкое энергопотребление. Насосы Рутса демонстрируют высокую производительность, быстроходность, равномерность откачки, отсутствие масла в сжимаемом газе. Мембранные и спиральные насосные установки, можно применять для работы с агрессивными средами при условии нанесения специального покрытия на все детали (в случае с мембранным насосом, плюс изготовление мембраны из каучука). К преимуществам винтовых насосов относится отсутствие маслопотребления и конденсаторов, а также энергоэкономичность.

Вакуумные насосы применяются для удаления воздуха, пара/смесей пара и газа, а также неагрессивных газов, не содержащих механические загрязнения и влагу, из герметичных рабочих емкостей стационарных установок, которые размещаются в помещении. Данный тип установок, также широко используется для достижения предварительного разрежения в составе высоковакуумных установок.

Вакуумные насосы активно используются в самых разных областях промышленности, процессах и технических приложениях:

• Защита окружающей среды (различные очистные сооружения, фильтрация и тп.);
• Полиграфическое производство (сканирование, копирования, подготовка изображений, офсетные печатные машины);
• Пищевая промышленность (переработка птицы/молока/фруктов, вакуумная упаковка, очистка овощей и рыбы и тп.);
• Медицинское обслуживание (стоматология, дыхательные аппараты и тп.);
• Химпроизводство (перегонка веществ, сушка препаратов, сжатие газов и тп.);
• Производство керамических изделий (кирпич, черепица, фарфор);
• Производство стекла и стеклянных изделий;
• Деревообрабатывающая промышленность (заготовка и производство деревянных изделий).

Вакуумные насосы делятся на следующие основные типы:

Водокольцевые (или жидкостно-кольцевые) агрегаты. Рабочая жидкость чаще вода, но в соответствии с особенностями техпроцесса может также применяться масло, некоторые кислоты, щелочи и тосол; ротор, оснащенный лопатками, отбрасывает жидкость, которая принимает форму кольца относительно стенок статора.

Пластинчато-роторные насосы (оснащенные масляным уплотнением). Насосы такого типа имеют корпус цилиндрической формы, внутри которого ротор совершает вращательные движения. Ротор оснащен пазами, где пластины, в свою очередь, совершают возвратно-поступательные движения. По мере того, как ротор вращается, пластины прилегают к стенкам камеры и уплотняются масляной пленкой, разделяя объем на секторы. При повороте ротора объем секторов увеличивается и в тот момент, когда они присоединяются к всасывающему патрубку, происходит всасывание газа. Затем, объем секторов сокращается, они разъединяются с всасывающим патрубком и газ сжимается. При определенном движении, сектора прилегают к нагнетательному патрубку, вследствие чего их объем сокращается и газ поступает в данный патрубок.

Для того, чтобы трущиеся детали смазывались, в полость подается масло.

Пластинчато-роторные безмасляные насосы. Работают также как и аналоги, оснащенные масляным уплотнением, но без использования смазок.

Насосы двухроторные. Такие насосы оснащены корпусом (где два идентичных ротора совершают вращательные движения), а также двумя торцевыми крышками, подшипниками, сальниками и синхронизирующей передачей. Газ удаляется и сжимается в результате заполнения рабочей камеры, которая перемещается без сжатия из всасывающей в нагнетательную полость. Рабочая камера сообщается с нагнетанием, в результате чего уровень давления в ней растет за счет газа, который перетекает из нагнетательного окна.

Мембранные насосы. В данных насосных установках происходит безмасляное удаление газа в результате изменения формы мембраны (она прогибается). В маленьких насосах данного типа (микронасосах) привод мембраны запускается посредством штока от кривошапно-шатунного механизма, а в больших аналогах – гидравлическим способом от поршневого насоса.

Спиральные насосы. Данные насосные установки имеют газобалластные устройства для перекачивания паров до определенного уровня давления всасывания. При образовании конденсата, вопрос решается посредством вертикального монтажа насосной установки.

Винтовые насосы. Такие насосы функционируют без смазки. Число оборотов привода регулируется благодаря частотному преобразователю, что делает его энергоэкономичным. Винтовые насосы работают без пульсации.

Турбомолекулярные насосы. Функционирование данного типа насосов основывается на том, что ротор сообщает молекулам откачиваемого вещества дополнительную скорость по направлению их движения. Ротор представляет собой систему дисков и нуждается в точной балансировке. Вал может располагаться вертикально или горизонтально. Опорные устройства (подшипники и обоймы), для длительной и надежной работы, должны быть точными и быстроходными.

Описание

Нормализация загрязнения окружающей среды обеспечивает снижение энергопотребления

• Предельный вакуум
  • Оптимизированный зазор и непрерывное сжатие обеспечивают уровень вакуума в 0.0075 торр при помощи одного насоса
• Коррозионная устойчивость
  • Материал покрытия обеспечивает отличную устойчивость к коррозии
  • Доступны специализированные покрытия или обшивка
  • Повышенная коррозионная устойчивость достигается при помощи газобалластного устройства
• Охлаждающая способность
  • Гидродинамический спиральный дизайн кожуха обеспечивает превосходную эффективность теплообмена
  • Поддерживает оптимальную внутреннюю температуру насоса






• Энергосбережение
  • 30% экономия энергии достигается конструкцией винта регулируемого шага
  • Охлаждающий газ дополнительно не требуется

Характеристики

• Надежная герметичная конструкция
  • Тройная уплотнительная система, оснащенная манжетным уплотнением + продувкой газом+ торцевым уплотнением
  • Высококачественное торцевое уплотнение, специально сконструированное для сухого вакуумного насоса
  • Оптимальная операция продувки газом, повышающая герметичность

• Превосходные показатели разгрузки
  • Быстроразгрузочная конструкция
  • Высококлассные технологические свойства жидкости
  • Снижение пульсации при выбросе газа
  • Установка форсунки газобалластного устройства
  • Предотвращение конденсации коррозионных паров
  • Снижение взрывоопасности среды

• Рубашка охлаждения редукторного масла
  • Поддерживает низкую температуру масла
  • Предотвращение утечки масла обеспечивается низкой температурой и низким давлением
  • Обеспечивает долгий срок эксплуатации

Преимущества

• Не загрязняет технологический поток
• Более глубокий вакуум и более гибкая обработка
• Отсутствие эффлюента, загрязнений, отсутствие затрат на удаление отходов
• Сниженная стоимость обслуживания
• Срочная рекуперация растворителя в эксгаустере
• Низкая совокупная стоимость владения – низкие затраты на электроэнергию
• Отсутствие изменений вакуума в результате смены времени года или изменения

Шум

• 60Гц: менее 82 дБ, макс. 85 дБ
• 50Гц: менее 79 дБ, макс. 82 дБ

Винтовой вакуумный насос в разрезе

Сравнение вакуумных насосов

Процесс применения вакуумных насосов

Примечание:
Процесс применения: "широко" - широко применяется, "да" - применяется
Потребление энергии: "хор" - хорошо, "плохо" - плохо, "оч плохо" - очень плохо

Технические характеристики винтового вакуумного насоса

Размеры

Размеры свободного конца вала

Единица измерения – мм

Единица измерения – мм

Установка разделителя на выпускной стороне

Единица измерения – мм

Рабочие кривые

Производительность Насоса

Потребляемая мощность

Материальное исполнение

1 Впуск
2 Выпуск
3 Шнек
4 Корпус
5 Уплотнения
6 Подшипники
7 Распределительные шестерни
8 Вал
9 Рубашка охлаждения

Материал статора и ротора

1 - Корпус, 2 - Передняя крышка: Ковкий чугун(FCD 400)
Внутренние части: Тефлоновое покрытие
Снаружи: Покраска
3 - Винты: Ковкий чугун (FCD 400)
Снаружи: Тефлоновое покрытие
Покрытия:
Покрытие PTFE: толщина 15 мк
Покрытие PFA: толщина 40 мк
NIFA (никелированное + тефлоновое покрытие)
4 - Задняя крышка: Ковкий чугун (FCD 400)+Внешняя покраска
5 - Передняя крышка: Ковкий чугун (FCD 400)+Внешняя покраска
6 - Оборотный клапан: Корпус из нержавеющей стали + тефлоновое седло

Материал уплотнений и подшипников

Уплотнение

• HV (Впуск): Однокромочное уплотнение + Однокромочное уплотнение + Однокромочное уплотнение
• LV (Выпуск): Манжетное уплотнение и механическое уплотнение + газовое уплотнение
• Конец привода: Масляное уплотнение

Подшипники

• HV(Впуск): Роликовый подшипник
• LV(Выпуск): Сдвоенный радиально-упорный шариковый подшипник
• Приводной конец: Одинарный шариковый подшипник

Материал уплотнителя

• Манжетный уплотнитель: ПТФЭ и графит (или полиамид) в смеси с нержавеющей сталью
• Механический уплотнитель:
  • Ротор: Сильфоны из нержавеющей стали #5 с углеродистой поверхностью
  • Статор: Нержавеющая сталь с карбидовольфрамированным покрытием
  • O-образное уплотнительное кольцо: Витон или калрез
• Масляное уплотнение: Витон

Смазка

• Защитные уплотнители, подшипники и шестерни
• Редуктор: Масло «Shell Turbo T68»
• Задний подшипник: Смазка «Mobile 1»

Фотографии вакуумных насосов

Плунжерный вакуумный насос это тип механического вакуумного насоса, который способен сжимать газы до атмосферного давления. Такой аппарат обладает устройством аналогичным поршневому компрессору двойного действия. Основное отличие состоит в том, что плунжерный вакуумный насос отличается более высокой степенью сжатия.

Слева-начальная стадия, 2 позиции в центре - промежуточная стадия, справа - конечная стадия

Плунжер включает в себя цилиндрическую часть, которая охватывает эксцентрик и полую прямоугольную часть, которая свободно перемещается в пазу шарнира. Когда поворачивается плоская часть плунжера, шарнир также свободно поворачивается в гнезде корпуса насоса. Данный плунжер оснащен каналом, по которому газ поступает в насосную камеру из откачиваемой полости. Попадание встречного потока газа во входную часть насоса ограничивается предварительным закрытием входа при движении золотника. Существует также возможность сокращения вредного пространства. Герметичность контакта ротора с цилиндром в насосах обеспечивается тем, что в клине между ротором и цилиндром образуется толстый слой масла.

Механические вакуумные насосы осуществляют откачивание объема, начиная с уровня атмосферного давления. По причине того, что откачиваемый газ выбрасывается в атмосферу, относительно механических вакуумных насосов не используют такие характеристики как наибольшее рабочее давление, а также наибольшее давление запуска и выпуска. Ключевыми характеристиками механических вакуумных насосов с масляным уплотнением являются:

• предельное остаточное давление;
• быстрота действия.

Механические вакуумные насосы

Механический вакуумный насос это агрегат, удаляющий газ, который используется для получения/поддержания давления ниже атмосферного в емкостях, откуда откачивается рабочая жидкость на определенных интервалах при определенном составе и величине газового потока.

Работа такой насосной установки основана на том, что газ перемещается в результате механического движения рабочих деталей насоса, тем самым совершает откачивающее действие. Объем, который заполнен газом, отсекается от входа и двигается на выход. Газ систематически продвигается на выход насосной установки в результате импульса движения, который передается молекулам газа.

В соответствии с особенностями конструкции и способом действия данного вида насоса выделяют семь видов насосов (винтовые/диафрагменные/поршневые/пластинчато-роторные/ золотниковые/рутса/спиральные). В соответствии с видом рабочей жидкости, механические насосы могут быть молекулярными (функционируют за счет течения молекул вещества) и объемными (функционируют за счет ламинарного течения вещества). Механические вакуумные насосы дифференцируются в соответствии с уровнем концентрации вакуума (высокого, низкого, среднего). Кроме того, данный вид насосов подразделяют на те, что могут функционировать без смазочного материала и со смазочным материалом.

Данный тип насосных установок используется в самых разных отраслях промышленности: химия, металлургия, электроника, пищевая промышленность, медицина, космонавтика. Механические вакуумные насосы также применяются в составе самых разных промышленных установок, а также в техпроцессах (на пример переплавка металлов, нанесение тонких пленок, моделирование космических условий т.п.).

В связи с ростом потребности в насосных установках, механические вакуумные насосы непрерывно совершенствуются и развиваются, разрабатываются насосные установки с улучшенными показателями.

Скорость действия таких насосов не зависит от вида откачиваемого газа. Остаточное давление зависит от конструкции насосной установки и свойств рабочей жидкости. Рабочей жидкостью, как правило, является масло, которое обладает перечнем необходимых характеристик:

• низкая кислотность;
• вязкость;
• хорошие смазывающие свойства;
• низкое давление насыщенных паров в интервале рабочих температур насоса;
• малое поглощение газов и паров;
• стабильность вязкости при изменении температуры;
• высокая прочность тонкой (0,05–0,10 мм) масляной пленки, способной выдержать в зазоре перепад давлений, равный атмосферному давлению.

Стабильность характеристик механических вакуумных насосов зависит от размера зазоров между поверхностями, количества данных зазоров, а также качества масла, смазывающего трущиеся поверхности.

Плунжерный вакуумный насос может оснащаться перепускным устройством для повышения коэффициента полезного действия. Перепускные устройства могут отличаться конструктивно. Их функция заключается в выравнивании давления по обе стороны поршня в конце хода поршня.

При отсутствии данных каналов остаток сжатого газа из вредного пространства расширяется по мере того, как поршень двигается слева направо. При этом, остаток сжатого газа имеет уровень давления p₂. Кривая ea₁ до давления всасывания p₁ и p₁ и λ₀=V₁/V. В вакуумном насосе при крайнем левом положении поршня остаток газа передвигается в правую полость цилиндра, где давление равно p₁. Давление во вредном пространстве падает от p₂ до p_в, а остаток газа расширяется по кривой fa. Всасывание начинается в самом начале хода поршня (λ₀=(V'₁/V)>λ₀). Аналогичный процесс протекает при ходе поршня в обратном направлении (справа налево). В результате объемный коэффициент полезного действия повышается с 0.8 до 0.9 λ₀.

Наличие вредного пространства является причиной по которой поршневой вакуумный насос не способен создать абсолютный вакуум и имеет теоретический предел данной величины, что соответствует определенному остаточному давлению p_пр. Величина p_пр при отсутствии перепуска больше, чем при его наличии.

Если вакуумный насос работает непрерывно, то объем отсасываемого газа равный объему выбрасываемых в атмосферу технологических газов и объемы, которые подсасываются извне сквозь неплотные участки, не меняются во времени. Показатель мощности на валу вакуумного насоса также не подвержен изменениям. Следует отметить, что данный параметр в разы выше для машин оснащенных перепуском, т.к. теряется работа расширения перепускаемого количества сжатого газа.

Ротационные компрессоры используются как для сжатия газов, так и для их разрежения, т.е. в качестве вакуумных ротационных насосов. Форвакуумные насосы имеют некоторые конструктивные отличия и применяются для работы с диффузионными и молекулярными насосами.

Ротационные пластинчатые насосы имеют цилиндрический корпус, который оснащен впускным и выпускным патрубком, а также ротор, который располагается эксцентрично. В пазах ротора расположены пластины. Данный тип вакуумных насосов может быть оснащен двумя, четырьмя и более платинами.

Т.к. ротор имеет небольшой диаметр, воздействия центробежной силы не хватает, чтобы плотно прижать пластины к внутренней поверхности корпуса. По этой причине, пластины дополнительно поджимаются при помощи пружин. Данный тип насосных установок генерирует остаточное давление от 7 до 13 Па, при двухступенчатой работе до 1,3 Па, а при трехступенчатой работе 0,13 Па.

Конструкция ротационных пластинчатых насосов с малой быстротой действия (до 1 л,с), функционируют в масляной ванне, которая обеспечивает герметизацию соединений насосной установки и снижает потери при трении. Конструкция ротационных пластинчатых насосов с высокой быстротой откачки (до 10³ л/с) соответствует схеме б Изображения 4. В данных насосах нет масляной ванны. Для сокращения потерь при трении применяются беговые кольца, которые приводятся во вращение пластинами. Через отверстия в беговых кольцах проходит откачиваемый газ. Некоторые конструкции, которые оснащены пластинами из антифрикционных материалов, обходятся без беговых колец.

К основным недостаткам пластинчатых вакуумных насосов относится падение объемного коэффициента полезного действия при малом износе пластин. В результате даже небольшого износа данных элементов насоса, происходит утечка газа сквозь щели с нагнетательной стороны на всасывающую сторону. Высокая степень сжатия способствует существенному повышению температуры газа. По мере падения остаточного давления происходит снижение объемного КПД.

Большое количество пластин в роторе способствует тому, что машина становится менее чувствительной к износу пластин, а также сокращению показателя объемного коэффициента полезного действия. При этом, конструктивно, насос становится более сложным и увеличивается объем вредного пространства. Для уменьшения воздействия вредного пространства вакуумные насосы данного типа оснащают перепускными устройствами. Показатель мощности на валу определяется по формуле η_мех=0,8-0,9.

Активно используются для создания вакуума водокольцевые вакуумные насосы (компрессоры с жидкостным кольцом). Данные аппараты способны создавать разрежения до 98%. К недостаткам можно отнести невысокий коэффициент полезного действия (от 0,40 до 0,45).

Данные машины оснащены рабочим колесом, которое расположено эксцентрично. На рабочем колесе расположены лопатки. Внутри корпуса находится жидкость, которая в процессе вращения испытывает действие центробежной силы и прижимается к стенкам корпуса, образуя колесо. Между лопатками насоса и жидкостным кольцом возникают ячейки разного размера. Сначала размер ячеек растет и в насос сквозь всасывающее отверстие поступает газ. На следующем этапе объем ячеек сокращается и сжатый газ выводится из насоса. Показатель предельного давления данных машин составляет (2-3)*10³ Па. Данный типа насосов работает от атмосферно давления и в режиме компрессора обеспечивают давление до 2*10⁵ Па. Показатель быстроты действия составляет от 25 до 500 л/с. Ключевым недостатком данных насосов является большой удельный расход мощности (около 200 Вт/(л/с)). Данный показатель обусловлен необходимостью перемещать жидкость в насосе.

Компания ООО «Интех ГмбХ» готова разработать и поставить по Вашему индивидуальному техническому заданию пластинчато-роторные вакуумные насосы.

Техническое предложение на насос

Описание

Электродвигатель

К прочим типам вакуумных насосов относятся вихревые и струйные вакуум насосы.

Вихревые вакуумные насосы способны создавать разрежение до 90-95%. Коэффициент полезного действия данных машин невысокий и составляет от 30 до 50%. К достоинствам данных машин относится универсальность. Такие насосы могут использоваться для нагнетания жидкости под напором до 60 м.

Струйный вакуум-насос может работать с газами, парами, и жидкостями, поэтому различают следующие типы аппаратов:

• газоструйные;
• пароструйные;
• водоструйные.

Рабочий процесс в газоструйных и пароструйных насосах аналогичен процессу в инжекторе. Водоструйные насосы способны сжимать отсасываемый газ и парогазовые смеси изотермически, т.к. их массовый расход уступает расходу эжектирующей жидкости.

Существует ряд химических процессов, которые протекают в условиях глубокого вакуума (при остаточных давлениях, которые достигают 1,3 кПа и ниже). Для создания глубокого вакуума применяется последовательное сочетание способов:

• откачка вакуумными насосами;
• адсорбция газов;
• вымораживание газов.

Основные параметры, по которым оценивают насосы для создания глубокого вакуума:

• начальное давление (p_н) – уровень давления, при котором насос начинает нормально функционировать;
• максимальное выпускное давление (p_в);
• предельное остаточное давление (p₀) и быстрота действия (V_н).

Некоторые типы насосов требуют предварительного разрежения всей вакуумной системы перед началом работы (пароструйные), поэтому необходимо включать последовательно два насоса, один из которых должен быть насосом предварительного разрежения.

Максимальным выпускным давлением называется такое давление p_в, при превышении уровня которого насос прекращает работу.

Для обеспечения остаточного давления до уровня 13,6 мкПа используют диффузионные (пароструйные) насосы, которые работают вместе с насосами предварительного разрежения. Работа такого насоса основана на использовании откачивающего действия струи пара рабочей жидкости.

Ионные насосы также могут обеспечивать остаточное давление на уровне 13,6 мПа. Принцип действия такого аппарата базируется на создании электрического поля между двумя кольцевыми электродами, которыми снабжена стеклянная трубка. На конце трубки расположен катод, а со стороны вакуумированного аппарата – анод. После того, как насос предварительного разрежения включается, между электродами трубки вследствие ударной ионизации электронами, возникают положительные ионы. Электроны ускоряются электрическим полем в направлении к аноду. Положительные ионы двигаются к катоду, чтобы отдать свой заряд. После чего они превращаются в нейтральные молекулы, которые двигаются за катодом к насосу предварительного разрежения, который выводит их из системы. Таким образом, в трубке поддерживается более низкое давление, чем вакуумируемом аппарате.

Оптимальный выбор вакуумного насоса определяется потребностями производителя и техническими характеристиками установки. К основным техническим характеристикам вакуумного насоса принято относить следующие параметры:

• начальное давление;
• предельный вакуум;
• наибольшее выпускное давление;
• скорость откачки;
• максимальную производительность.

Начальным давлением называют уровень давления, при котором вакуумный насос может начать нормальную работу. Существует параметр наибольшего давления запуска вакуумной насосной установки: это предельный уровень давления на входном сечении, при котором насос начинает работу. Наибольшее давление во входном сечении, при котором вакуумный насос сохраняет номинальную быстроту действия, называется наибольшим рабочим давлением.

Предельный вакуум это минимальное давление, которое может быть создано данным типом насоса. Предельное остаточное давление, наибольшее давление запуска, наибольшее рабочее давление и наибольшее выпускное давление измеряются в единицах давления газа Па и прочих производных.

Максимальное выпускное давление это предельное давление на стороне выпускного патрубка. Превышение данного уровня приводит к росту давления на стороне впускного патрубка. Некоторые насосы не удаляют откачиваемый газ в атмосферу и для их функционирования нужно создавать форвакуум со стороны выпуска.

Скорость откачки определяется объемом газа, который проходит сквозь сечение выпускного патрубка данной вакуумной установки при уровне давления p. Если давление меняется, то в системе изменяется и скорость откачки насосов. Зависимость скорости откачки от давления определяет целесообразность применения насоса в заданном диапазоне давления.

Максимальная производительность вакуумного насоса характеризует расход газа на входном сечении насоса при данном уровне давления и измеряется в м³×Па/с. Рассчитать производительность насоса можно умножив быстроту откачки на показатель давления, при котором быстрота откачки измерена, т.е. Q=p·Sн.

Все вакуумные насосные установки можно разделить на две основные группы по принципу того, какой вакуум они создают:

• высоковакуумные;
• низковакуумные.

По принципу действия вакуумные насосы делятся на три типа:

• механические;
• сорбционные;
• ионные.

В группе механических насосов выделяют объёмные и молекулярные установки. Данное подразделение основано на передаче количества движения молекулам газа от движущихся поверхностей. Объёмные насосы откачивают газ за счёт периодического изменения объёма рабочей камеры. Этот тип вакуумных насосов появился раньше остальных и активно применяется в таких конструкциях как: поршневые, жидкостно-кольцевые и ротационные.

Насосы, которые передают движение молекулам газа, различают: водоструйные, эжекторные, диффузионные и молекулярные. Характеристики таких насосных установок можно рассчитать на основании закономерностей внутреннего трения в газах.

Сорбционные явления в вакууме применяются для откачки газов из вакуумных систем. Работа испарительных насосов основана на принципе хемосорбции. Физическая адсорбция и конденсация используются для откачки газов криосорбционными насосами: адсорбционными и конденсационными.

Простейшая схема вакуумной системы состоит из следующих элементов:

1. откачиваемого объекта;
2. насоса;
3. соединяющего трубопровода.

Течение газа из откачиваемого объекта в насос происходит благодаря разности давлений (p1 - p2), причём p1 > p2.

Быстроту откачки насоса Si в произвольном сечении соединительного трубопровода определяют как объём газа, проходящий сквозь данное сечение за единицу времени:

S_i= dV_i/dt

Быстротой откачки объекта или эффективной быстротой откачки насоса называется объём газа, поступающий за единицу времени из откачиваемого объекта в трубопровод сквозь сечение I при уровне давления p1:

S_Eff= dV₁/dt

Быстрота действия насоса это объём газа, удаляемый насосом за единицу времени сквозь входной патрубок (сечение ближе к насосу) при уровне давления p2:

S_H= dV₂/dt

Отношение эффективной быстроты откачки насоса к быстроте действия называется коэффициентом использования насоса:

K_И= S_Eff/S_H

Вакуумное оборудование понижает атмосферное давление, а не увеличивает его в отличие от компрессоров. Схема работы механических вакуумных насосов аналогична схеме работы воздушных компрессоров. Различие заключается в том, что вакуумный насос удаляет взятый из замкнутого объема воздух и выбрасывает наружу.

Вакуумные насосы и компрессоры отличаются тем, что у вакуумного насоса давление воздуха на всасывающей линии всегда ниже уровня атмосферного, а при высоких уровнях создаваемого вакуума почти равно нулю. Кроме того, отличие между компрессорами и вакуумными насосами заключается в разнице между создаваемым и атмосферным давлением у вакуумного насоса (при абсолютном вакууме не более 760 мм ртутного столба). Компрессоры могут создавать давление не более десятка или сотни атмосфер. По мере роста уровня вакуума насос данного типа принимает порцию воздуха на каждый такт впуска. Компрессоры имеют постоянное давление и производительность аппарата за все время работы.

Ключевые принципы замены вакуумных насосов вытекают из принципа действия вакуумного оборудования.

• заменяющий насос или система насосных установок должны соответствовать заменяемому оборудованию по параметрам производительности при одинаковых условиях на всасывании;
• заменяющий насос или система насосных установок должны обеспечивать необходимую величину вакуума.

В определенных случаях учитывают также уровень стойкости материалов вакуумных насосных установок к агрессивным и токсичным средам.

Водокольцевые вакуумные насосы это гидравлические машины, в которых в качестве поршня используется рабочая жидкость, чаще всего вода, поэтому второе название этого типа насосов водокольцевые или ВВН.

Главные достоинства водокольцевых насосов:

• Безотказность в работе;
• Равномерность отсасывания и подачи;
• Изотермическое сжатие газожидкостных смесей без загрязнения их маслом;
• Автономность работы в течение длительного времени;
• Простота конструкции и обслуживания;
• Высокая надежность, обуславливаемая отсутствием шестеренок и клапанов;
• Незначительный в связи с отсутствием трущихся деталей износ в процессе эксплуатации;
• Взаимозаменяемость всех деталей;
• Невысокая стоимость.

Основными деталями конструкции водокольцевых насосов являются частично заполняемый рабочей жидкостью корпус, имеющий форму цилиндра, эксцентрично расположенное в нем, рабочее колесо в виде ротора и две торцевые крышки. К валу ротора крепятся радиальные лопатки, захватывающие воду и отбрасывающие ее к стенкам, в результате чего образуется постоянно вращающееся жидкостное кольцо.

Сальники, уплотняющие роторный вал смазываются жидкостью, находящейся в корпусе, которая уплотняет и все предусмотренные конструкцией зазоры между корпусом и ротором, в связи с чем, в водокольцевых насосах не предусматриваются специальные системы смазки и маслонасосы. Лишь для роторных подшипников требуется консистентная смазка.

Рабочая полость водокольцевого насоса представляет собой разделяемое лопатками на неравномерные ячейки меняющегося объема пространство в форме серпа, возникающее между жидкостным кольцом и втулкой ротора. Всасывание газа осуществляется, когда объем ячейки увеличивается, а, когда он уменьшается, происходит сжатие, сопровождающееся интенсивным теплообменом между газом и водой, и нагнетание. Выделяемое сжимаемым газом тепло передается рабочей жидкости, которую в связи с нагревом постоянно следует заменять, чтобы температура сжатого газа на выходе незначительно отличалась от той, которая была на входе. Вода подается в рабочую полость через всасывающий патрубок или через вал ротора сквозь его вакуумное уплотнение, а отводится одновременно с газом в нагнетательные окна. Вода, постоянно продвигаясь, выносит из насоса попавшие в него при всасывании газа частицы песка, пыли и прочих влажных примесей, не допуская возможности их отложения внутри корпуса, поэтому газу, выходящему из воднокольцевых насосов повторная фильтрация уже не требуется, он уже очищен.

Производительность насосов увеличивается при высоком содержании в газах водяного пара, который конденсируется в корпусе, соприкасаясь с находящейся в нем рабочей жидкостью.

Если при многолетней эксплуатации торцевые поверхности ротора могут начать изнашиваться, особенно при соприкосновении с сильно загрязненными отсасываемыми газами, то между торцевыми крышками и корпусом для восстановления предусмотренных конструкцией технологических зазоров подбираются прокладки.

Для некоторых технологических процессов это единственно приемлемый тип насосов, способных создавать вакуум с давлением 10-20кПа.

В качестве компрессоров водокольцевые насосы обеспечивают сжатие газовых смесей от 0,6 до 0,8 МПа, в качестве вакуумных насосов создают разреженные давления от 3 до 5 кПа, в качестве химических реакторов обеспечивают массобмен между рабочей жидкостью и сжимаемыми газами. Благодаря всем своим качествам, водокольцевые насосы сегодня эксплуатируются в самых различных отраслях, но главная область их применения - химическая промышленность.

В таблице представлены области применения водокольцевых вакуумных насосов.

Вариант №1 Водокольцевой вакуумный насос производительностью 12 м³/мин

График рабочих характеристик вакуумного вокольцевого насоса

Чертёж вакуумного вокольцевого насоса в разрезе

Габаритный чертёж вакуумного вокольцевого насосного агрегата

Материальное исполнение вакуумного вокольцевого насоса

Корпус – нержавеющая сталь
Втулка – нержавеющая сталь
Рабочее – колесо нержавеющая сталь
Вал – нержавеющая сталь
Уплотнение – сальниковая набивка

Вариант №2 Водокольцевой вакуумный насос производительностью 25 м³/мин

График рабочих характеристик вакуумного вокольцевого насоса

Чертёж вакуумного вокольцевого насоса в разрезе

Габаритный чертёж вакуумного вокольцевого насосного агрегата

Материальное исполнение вакуумного вокольцевого насоса

Корпус — нержавеющая сталь
Втулка — нержавеющая сталь
Рабочее колесо — нержавеющая сталь
Вал — нержавеющая сталь
Уплотнение — сальниковая набивка

Примечание

Вышеуказанные графики рабочих характеристик насосов рассчитаны при условиях:
Температура сухого воздуха 20˚С
Температура уплотняющей воды 15˚С
Барометрическое давление 760 мм.рт.ст.
Погрешность 10%

Характеристики места установки

Характеристики перекачиваемой среды

Технические характеристики насоса

Материальное исполнение

Технические характеристики электродвигателя

Уплотнение

Характеристики теплоносителя для обогрева

Присоединения насосного агрегата

Комплектация объёма поставки

1) Насос;
2) Электродвигатель в комплекте с:
а) Противоконденсатным нагревателем;
б) Термисторная защита обмотки (3 термистора типа PTC);
в) Два взрывозащищенных кабельных ввода.
3) Фильтр на всасывании.
4) Муфта
5) Опорная плита;
6) Автоматическая масленка Lube-Site (для сальникового уплотнения);
7) Заземление.
8) Запасные части, включающие в себя быстроизнашивающиеся части и запасные части на 2 года эксплуатации (согласно приложенному ниже списку запасных частей).

Испытания

а) Гидростатические испытания по стандарту EN 12162.
б) Приемочные испытания по стандарту EN ISO 9906.

Дополнения

1) Насосный агрегат годен к работе во взрывоопасных зонах, соответствуя требованиям Директивы ЕС ATEX 94/9/EC, выполняет требования стандарта EN 809+A1:2009 и будет иметь маркировку СЕ.
2) Насосный агрегат поставляется с рубашкой обогрева для поддерживающей колоны и линии нагнетания.
3) Насосный агрегат рассчитан для установки на улице при температуре окружающей среды от -60 до +40 °С.

Производительность: 98 м³/ч
Создаваемый вакуум: 80 мбар
Рабочая жидкость: вода
Температура рабочей жидкости: 15 град.
Давление нагнетания рабочей жидкости: 1013 мбар

Материальное исполнение по DIN:
Корпус: 1.4408
Шайба: 1.4408
Рабочее колесо: 1.4517
Камера (средняя): 1.4581
Вал: 1.0503
Защитная втулка вала: 1.4571
Уплотнение вала: одинарное торцовое без охлаждения согласно DIN 24960

Производительность: 110 м³/ч
Создаваемый вакуум: 210 мбар
Рабочая жидкость: вода
Температура рабочей жидкости: 15 град.
Давление нагнетания рабочей жидкости: 1013 мбар

Материальное исполнение по DIN:
Корпус: 1.4408
Шайба: 1.4408
Рабочее колесо: 1.4517
Камера (средняя): 1.4581
Вал: 1.0503
Защитная втулка вала: 1.4571
Уплотнение вала: одинарное торцовое без охладждения согласно DIN 24960

Производительность: 20 м³/ч
Создаваемый вакуум: 573 мбар
Рабочая жидкость: вода
Температура рабочей жидкости: 15 град.
Давление нагнетания рабочей жидкости: 1013 мбар

Материальное исполнение по DIN:
Корпус: 1.4408
Шайба: 1.4408
Рабочее колесо: 1.4517
Камера (средняя): 1.4581
Вал: 1.0503
Защитная втулка вала: 1.4571
Уплотнение вала: одинарное торцовое без охладждения согласно DIN 24960

Производительность: 530 м³/ч
Создаваемый вакуум: 413 мбар
Рабочая жидкость: вода
Температура рабочей жидкости: 15 град.
Давление нагнетания рабочей жидкости: 1013 мбар

Материальное исполнение по DIN:
Корпус: 1.4408
Шайба: 1.4408
Рабочее колесо: 1.4517
Камера (средняя): 1.4581
Вал: 1.0503
Защитная втулка вала: 1.4571
Уплотнение вала: одинарное торцовое без охладждения согласно DIN 24960

Производительность: 11100 м³/ч
Создаваемый вакуум: 546 мбар
Рабочая жидкость: вода
Температура рабочей жидкости: 15 град.
Давление нагнетания рабочей жидкости: 1013 мбар

Материальное исполнение по DIN:
Корпус: 1.4408
Шайба: 1.4408
Рабочее колесо: 1.4517
Камера (средняя): 1.4581
Вал: 1.0503
Защитная втулка вала: 1.4571
Уплотнение вала: одинарное торцовое без охладждения согласно DIN 24960

Производительность: 47,5 м³/ч
Создаваемый вакуум: 546 мбар
Рабочая жидкость: вода
Температура рабочей жидкости: 15 град.
Давление нагнетания рабочей жидкости: 1013 мбар

Материальное исполнение по DIN:
Корпус: 1.4408
Шайба: 1.4408
Рабочее колесо: 1.4517
Камера (средняя): 1.4581
Вал: 1.0503
Защитная втулка вала: 1.4571
Уплотнение вала: одинарное торцовое без охладждения согласно DIN 24960

Технические данные

Характеристика среды

Материальное исполнение

Привод

Техническое описание:

Водокольцевой вакуумный насосный агрегат состоит из следующих позиций. Спецификация:

Водокольцевой вакуумный насос состоит из чугуна с сальниковой набивкой, вход - 12В ANSI#150 FF / нагнетание - 10В ANSI #150 FF, скорость работы: 277 об/мин.

1. Всасывающий манифольд (коллектор) вакуумного насоса с конструкцией из углеродистой стали. (18В Х12В) – 2 шт
2. Нагнетательный манифольд вакуумного насоса с конструкцией из углеродистой стали (14ВХ10В) – 2 шт
3. Основной электродвигатель для вакуумного насоса, 200 кВт, 980 об/мин, 380V, Зф , 50 Гц, IP55 , S.F (эксплуатационный коэффициент) 1.0, TEFC - закрытого тип с вентиляторным охлаждением, изоляция F и повышение температуры В, HICO или HHI – 2 шт
4. Комплект клиновых ремней и шкива ременной передачи для насоса и двигателя – 2 шт
5. Кожух на клиновый ремень из углеродистой стали для насоса и двигателя – 2 шт
6. Комплект узла отверстий и уплотнительный трубопровод с конструкцией из углеродистой стали. Включает необходимый фланец ANSI #150 RF и фитинги – 2 шт
7. Общая рама-основание для вакуумного насоса с конструкцией из углеродистой стали – 2 шт
8. Анкерные болты и гайки – 2 шт

В объем поставки включен ЗИП:

• Запасная сальниковая набивка 100% – 1 комплект
• Запасной ротор и вал в сборе – 1 комплект
• Запасные конусы 100% – 1 комплект
• Запасной подшипник 100% – 1 комплект

Характеристики насоса

Присоединительные размеры

Материалы

Торцевое уплотнение

Опора подшипника с опорной плитой

Общее описание:

Установка представляет собой комплектный электронасосный агрегат в сборе. Основным рабочим органом является двухступенчатый роторно-поршневой вакуумный насос с водяным охлаждением. Установка предназначена для создания вакуума (0,002 мБар (абс.)) в ёмкости объемом 400 м³

Конструктивные особенности:

• Увеличенный срок службы подшипников за счет их герметизации;
• Увеличенная прочность клапанов (шпильки, пружины и износные пластины повышенной прочности);
• Внутренние каналы уплотнительной жидкости.
• Металлический защитный кожух ремня.
• Большое смотровое стекло для визуального контроля уровня масла;
• Тройное резервное уплотнение вала из фторкаучука (Viton);
• Увеличенная прочность конструкции каркаса уменьшает шум при работе;
• Устранены отказы, связанные со смазкой труднодоступных элементов, за счет упрощения конструкции.

Основные характеристики:

Комплектация:

• Насос;
• Электродвигатель;
• Ременная передача с защитным кожухом ремня;
• Газобалластная система;
• Соленоидный клапан маслосистемы с проводкой;
• Сварное колено на всасе;
• Масляный туманоуловитель с коленом.

Опционально:

• ЧРП;
• Электрощит управления.

Массо-габаритные характеристики:

Подключение: ВСАС – фланец ANSI – 2 1/2”, НАГНЕТАНИЕ – фланец ANSI – 2”;

Габариты (Длина Х Ширина Х Высота) – 560 мм Х 522 мм Х 930 мм;

Ориентировочный вес нетто – 340 кг.

Характеристическая кривая

Макс, производительность: 27 м³/ч
Производительность по всасыванию: 0,45 м³/мин
Расход воды 0,2м³/ч
Предельные вакуум: -0,098 МПа
Двигатель: 1,1 кВт/380В/3ф/50Гц/IP55
Материал: корпус, крышка насоса, раб. колесо и плоский распределитель: нерж. сталь 316
Вал: Х20Сr13
Вакуум может достигать макс. 0.098 МПа
Давление на всасывании: 0.04 МПа
Вход и выход - винтового типа, ответный фланец не требуется.
Запасные части: подшипник, мех. уплотнение

Расчетные значения

Техническое описание

• Вакуумный насос; Материал деталей, контактирующих с рабочей средой: SS316 (аналог 08Х17Н13М2), 15,500 м³/ч, 355 кВт
• Требуемый расход уплотняющей воды: прибл. 22 м³/ч на насос

Характеристические кривые:

Значения кривых рассчитаны при следующих параметрах:

• Температура насыщенного влагой воздуха: 20 °C
• Температура уплотняющей воды: 5-25 °C
• Атмосферное давление: 101,325 кПа

• 8 кмп - Вакуумный насос с электродвигателем (355 кВт; 6000 В) на раме (ременной привод).

• 8 кмп - Ответные фланцы с крепежом и прокладками.

• 8 кмп - Компенсатор (характеристики будут согласованы позднее)

• 8 кмп - Анкерные болты.

• 8 кмп - Местная панель управления IP55: Пуск/останов насосов.

• 1 кмп - Распределительный шкаф управления IP55: Пуск/останов насосов, контроль температуры подшипников, контроль вибрации агрегата, контроль давления и температуры в системе, расход воды, частота вращения ротора. Контроллер Siemens Simatic или аналог.

В распределительный шкаф будут заведены все сигналы КИП со всех насосов. Также будет осуществляться передача показаний КИП и управляющих сигналов в систему АСУ ТП Заказчика.

• 8 кмп - КИП для измерения: температуры подшипников, вибрации агрегата, давления и температуры в системе, расхода воды.

• 2 кмп - Комплект ЗИП:

- 1 кмп. подшипниковых узлов;

- 2 патрубка нагнетания (необходимость и возможность будет подтверждена дополнительно);

- 2 кмп. приводных ремней;

- 1 рабочее колесо;

- 1 электродвигатель.

• 8 кмп - Пусковой комплект ЗИП