Промышленные вакуумные насосы - это механические устройства, используемые для извлечения газов или жидкостей из внутренних частей резервуаров, труб и т.д., где внутреннее давление должно быть снижено ниже атмосферного. Наиболее часто в промышленности используются
- пластинчато-роторные,
- винтовые,
- диафрагменные,
- жидкостно-кольцевые,
- когтевые,
- пластинчато-роторные вакуумные насосы
- и вихревые воздуходувки.
Принцип работы промышленных вакуумных насосов
В зависимости от их характеристик или области применения вакуумные насосы могут функционировать тем или иным образом.
Безмасляные вакуумные насосы
Благодаря внутренней конструкции ротора, втулки и лопастей ротора в разных местах имеются камеры разного размера. При одинаковом количестве газа внутри, по мере уменьшения размера камеры давление в ней увеличивается. Аналогично, при увеличении размера камеры давление уменьшается и создается вакуум.
Вакуумные насосы с масляным уплотнением
Они работают так же, как безмасляные вакуумные насосы, но в этом случае масло используется для герметизации камеры и достижения более высокого уровня падения давления.
Области применения вакуумных насосов в промышленности
Пищевая промышленность
Сублимационная сушка и дегазация. В этом случае насос особенно подходит для вакуумирования сушильных камер, используемых в системах сублимационной сушки пищевых продуктов, где насос используется для достижения необходимого уровня вакуума.
Концентрирование и разделение растворителей. Концентрирование с использованием вакуума требует применения насосов с достаточной химической стойкостью и высокой допустимой концентрацией. Оборудование также позволяет разделять растворители в ходе процесса.
Электрическая промышленность
Сушка конденсаторов и катушек. Вакуумные насосы используются для удаления влаги и других примесей из катушек и трансформаторов.
Дегазация лаков и смол. Вакуумные системы могут дегазировать лаки, смолы и силиконы, включая полиуретан, оставляя пузырьки воздуха перед процессом отверждения.
Фармацевтическая промышленность
Дегазация и сушка. Обе эти операции являются основополагающими на заключительных этапах фармацевтического производства. Сушка проводится после дегазации. Это удаление воды из твердых элементов с помощью внешнего тепла.
Лиофилизация и упаковка. Лиофилизация или сублимационная сушка широко используется для удаления влаги без повреждения биологического продукта. При упаковке фармацевтической продукции используются вакуумные насосы для удаления воздуха из контейнера. Правильная упаковка обеспечивает безопасную транспортировку и доставку продукции клиентам в стерильном состоянии.
Машиностроение
Металлизация. В машиностроении металлизация в вакууме включает в себя нагрев металла покрытия (в вакуумном сосуде) и конденсацию паров металла на подложку. Например, вакуумное осаждение используется для нанесения алюминиевого покрытия на автомобильные фары и зеркала больших телескопов.
Металлургическая промышленность
Спекание. Для этого применения эффективным решением является винтовой насос с внутренним охлаждением и консольной конструкцией подшипников. Умеренные внутренние температуры в этом устройстве снижают образование отложений. Одним из примеров является спекание режущей кромки.
Дегазация. Оборудование для вакуумной дегазации повышает плотность металла. Это позволяет избежать пористых зон и твердых участков, что крайне важно для оптимального процесса обработки.
Термообработка. Вакуумная технология является основополагающей в термической обработке металлов, поскольку она предотвращает нежелательные реакции между элементами обрабатываемого металла и окружающими условиями. Это позволяет оптимизировать свойства поверхности материала.
Оптическая промышленность
Применение тонкопленочных покрытий. В оптической промышленности вакуумное оборудование используется для нанесения тонких активных слоев. От тонких пленок на архитектурном стекле и пластике до алмазных покрытий - эффективность сухой обработки может быть повышена.
Бумажная промышленность
Дегазация и сушка. При производстве листовой бумаги необходимо устранить высокий процент влаги. Вакуумные системы необходимы для повышения производительности и осушения. Некоторые модели также оснащены функцией дегазации, если перекачиваемый материал содержит высокий процент газов.
Металлизация. При производстве фольги на бумажной основе необходимы определенные слои, гарантирующие качество бумаги. Во-первых, металл и бумага должны быть правильно соединены, чтобы образовался металлизированный слой, пригодный для печати. Для этого необходим соответствующий вакуумный насос.
Пластмассовая промышленность
Дегазация и сушка. При производстве пластмасс вакуумный насос используется для удаления воздуха, клея и влаги из расплавленного пластика. Вещества с низкой молекулярной плотностью должны быть удалены для получения высококачественных материалов с улучшенной гладкостью, прочностью и изоляционными свойствами.
Эструзия. Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы используются при производстве упаковки, особенно для получения пластиковых пленочных форм.
Металлизация. Процессы металлизации или нанесения покрытий используются для улучшения поверхностных свойств пластмасс, таких как твердость и коррозионная стойкость. Металлизация под вакуумом улучшает непроницаемость и адгезию.
Химическая промышленность
Дегазация и дистилляция. Воздух, просочившийся в материал, должен быть удален с помощью вакуумного насоса, а сточные воды должны быть очищены для защиты окружающей среды. Наиболее эффективным методом для этой цели является дистилляция.
Сушка и сублимационная сушка. Этот метод удаляет воду путем сушки при чрезвычайно низких температурах в вакууме. Этот процесс типичен для фармацевтической и пищевой промышленности, а также для химической промышленности.
Концентрирование и фильтрация. В химии есть несколько процессов синтеза и концентрации, которые требуют применения вакуумной технологии. Кроме того, фильтрация с использованием всасывающих насосов большого объема требует повышенного давления для ускорения процесса фильтрации.
Текстильная промышленность
Сушка и дегазация. Вакуумная технология используется для извлечения и удаления пыли и грязи из текстильных изделий. Вакуумные насосы также необходимы для осушения и сушки окрашенных ковров и других текстильных изделий.
Как выбрать вакуумный насос для промышленности?
При выборе вакуумного насоса и оценке его пригодности для конкретного применения используются две основные характеристики: давление и производительность.
Вакуумный насос должен сначала обеспечить требуемое давление. Затем задача состоит в том, чтобы получить это давление за определенное время. Скорость откачки определяет, сколько времени требуется вакуумному насосу для достижения заданного значения давления.
Создание вакуума - это динамический процесс, который уменьшает атмосферное давление в объеме и во времени. При выборе вакуумного насоса для создания вакуума мы обычно говорим о двух характеристиках давления вакуумного насоса: предельное остаточное давление и рабочее давление.
Предельное остаточное давление - это наивысшее значение вакуума, которое может быть достигнуто при данной конструкции вакуумного насоса.
Важно понимать, что когда вакуумный насос достигает этого предельного значения вакуума, производительность откачки снижается до нуля, т.е. откачка прекращается, и работа продолжается при этом предельном значении давления, предполагая, что в системе выхода насоса достигнуто равновесие.
Как правило, значение предельного остаточного давления достигается только при работе вакуумного насоса в одиночку, т.е. при перекрытии всасывающего патрубка. Причина проста: когда к насосу подключен технологический объем (резервуар, трубопровод, соединение, камера и т.д.), всегда присутствуют утечки (протечки) и явления десорбции газа, и насос не может достичь максимального значения вакуума, которое он может создать в вакуумном объеме.
Рабочее давление - это целевое значение вакуума, которое вакуумный насос должен создавать и поддерживать для конкретного процесса или технологии.
При выборе вакуумного насоса конечное остаточное давление должно быть немного выше рабочего давления. Это своего рода "запас прочности", который гарантирует, что давление, необходимое для процесса, будет достигнуто с помощью данного вакуумного насоса.
Диапазоны рабочих давлений вакуумных насосов
Что касается уровней вакуума и их использования в промышленных и исследовательских приложениях. В промышленности используются вакуумные насосы всех классов в различных исполнениях.
Мембранный вакуумный насос:
- 1 ступень откачки - от атм.давления до 100 мбар;
- 2 ступени откачки - от атм.давления до 10 мбар;
- 3 ступени откачки - от атм.давления до 2 мбар;
- 4 ступени откачки - от атм.давления до 0.5 мбар.
Сухой пластинчато-роторный вакуумный насос - от атм.давления до 150 мбар.
Масляный пластинчато-роторный вакуумный насос - от атм.давления до 0.5 мбар.
Водокольцевой вакуумный насос - от атм.давления до 33 мбар.
Сухой кулачковый вакуумный насос - от атм.давления до 20 мбар.
Спиральный вакуумный насос - от атм.давления до 0.01 мбар.
Сухой винтовой вакуумный насос - от атм.давления до 0.01 мбар.
Насос Рутса (бустерный) - от 25 до 0.01 мбар.
Вихревая воздуходувка - от атм.давления до 600 мбар.
Роторная воздуходувка - от атм.давления до 400 мбар.
Высоковакуумные насосы - от 10^-11 до 5 мбар абс.
Данная статья посвящена механическим вакуумным насосам, которые пользуются наибольшим спросом на рынке вакуумного оборудования не только в России и СНГ, но и во всем мире. Следует также отметить, что высоковакуумные насосы не могут работать без форвакуумного насоса, так как они предназначены для запуска при низком давлении. Таким образом, вакуумные насосы передней ступени и средние вакуумные насосы востребованы во всех областях промышленности, высоких технологий и научных исследований.