В промышленности широко применяются вакуумные печи и другое подобное оборудование, для работы которого обязательно требуется вакуумный насос. Эти устройства откачивают из различных систем воздух и нейтрализуют вредное влияние атмосферы на металл. Снижается вероятность окисления, а значит, оборудование служит гораздо дольше.
Все процессы, осуществляемые в печах, становятся более эффективными и качество полученных изделий увеличивается.
Содержание:
- Виды вакуумных промышленных насосов
- Турбомолекулярный насос
- Пластинчато-роторный насос вакуумный двухступенчатый
- Насос типа Рутс
- Кулачковый вакуумный насос
- Диффузионный насос
- Водокольцевой вакуумный насос
- Криогенный насос для вакуума
Виды вакуумных промышленных насосов
Вакуумные установки применяются в огромном количестве областей, среди которых присутствуют промышленность, медицина, фармакология и многое другое. Везде, где необходимо создать область разрежения, применяется подобное оборудование. И чем эффективнее оно будет работать, тем лучше пройдет сопутствующий технологический процесс. Существует несколько основных типов вакуумных насосов, которые в свою очередь разделяются на группы.
Виды вакуумных промышленных насосов
Выделяют следующие виды промышленных вакуумных насосов:
- турбомолекулярные;
- сухие пластинчато-роторные;
- конструкции Рутса;
- кулачковые;
- диффузионные;
- водокольцевые;
- криогенные.
Аппараты отличаются спецификой работы, конструкцией и техническими параметрами, обуславливающими назначение вакуумного насоса.
Можно найти как достаточно универсальные модели, так и установки, предназначенные для выполнения конкретных задач. Обычно узкоспециализированные устройства обладают рядом дополнительных компонентов, повышающих качество перекачки конкретной газовой смеси.
Турбомолекулярный насос
Для создания высокого вакуума широко используются турбомолекулярные вакуумные насосы. Они нашли применение в напылении тонких покрытий, производстве полупроводниковых приборов, датчиков и другого оборудования.
Турбомолекулярный насос
Работают как самостоятельные агрегаты, а также в качестве компонентов климатических камер. Такие модели ценны в промышленности и серьезных научных исследованиях, в которых необходимо создать высокое давление.
Главное отличие от большинства аналогичных устройств заключается в чистой работе без каких-либо загрязнений газовой среды. Так что использовать их в точных аналитических методах расчета ничто не помешает. Именно по этой причине установки часто являются компонентами электронного микроскопа.
Чаще всего используются для травления материалов, распыления слоев, ионной имплантации и литографии.
Пластинчато-роторный насос вакуумный двухступенчатый
Самым распространенным типом оборудования является пластинчато-роторный вакуумный насос для перекачки газовой среды. Эти устройства обеспечивают высокое давление в системе и при этом функционируют с достаточно высокой производительностью.
Пластинчато-роторный насос вакуумный двухступенчатый
Конструкция состоит из электрического привода с валом, который подключается к стандартной сети. К валу прикреплен ротор, который смещен относительно центральной оси. Во время функционирования внутри корпуса вращаются специальные лопасти, уменьшающие объем пространств с газовой смесью и сжимающие ее до нужного состояния. Затем эта газовая смесь направляется к выходному отверстию, в котором через клапан происходит спуск давления.
Наиболее популярными считаются системы, в которых пластинчато-роторные установки используются вместе с высоковакуумными агрегатами. Иногда это могут быть диффузионные или турбомолекулярные установки. Все вместе они создают глубокий вакуум за относительно небольшой промежуток времени.
Насос типа Рутс
Вакуумные насосы Рутса также весьма распространены за счет того, что они крайне долговечны, просты в использовании и не загрязняют откачиваемую газовую среду. Это достигается за счет использования безмасляного механизма, в котором не возникает лишних испарений.
Насос типа Рутс
Во время эксплуатации приборы Рутса не требуют частого обслуживания и вложений, что делает их очень привлекательной инвестицией в производственный процесс.
Принцип действия основан на взаимном вращении двух лопастей, которые сжимают между собой воздушную смесь и выводят ее наружу под давлением. Не рекомендуется применять вакуумный насос для откачки воздуха с агрессивными средами, так как подавляющее большинство используемых материалов крайне чувствительны к подобным воздействиям.
Если используемый агрегат собран по всем правилам, то он представляет собой очень надежное устройство для перекачки газов. Отсутствие пар трения гарантируют работоспособность на протяжении длительного периода без необходимости замены вакуумного насоса.
Установка Рутса может быть использована в качестве форвакуумного оборудования, так как она способен обеспечить как низкий, так и средний вакуум за короткое время.
Кулачковый вакуумный насос
В этом типе оборудования основная работа ложится на расположенные в корпусе кулачки, выполняющие движение в противоположных направлениях. Эти кулачки располагаются на валах, работа которых синхронизируется специальным устройством. Посредством зубчатых колес осуществляется передача мощности от одного вала к другому.
Кулачковый вакуумный насос
Подобные аппараты используют на промышленных предприятиях, так как они гарантируют бесперебойную работу в любых условиях с высокой производительностью. Различные механические включения не способны навредить такой установке, так что предварительная фильтрация газовой смеси не потребуется.
Преимущества кулачковых приборов:
- чистота получаемого газа;
- неисправности вакуумного насоса появляются очень редко;
- не требует фильтрации;
- практически не вибрирует во время использования;
- простое управление, не требующее специальной подготовки.
Таким образом, кулачковые аппараты станут оптимальным решением для тех производств, в которых обеспечить фильтрацию воздуха или газовой среды не представляется возможным. Высокая производительность и быстрота перекачки позволяет использовать устройства в больших камерах или помещениях.
Диффузионный насос
Диффузионные агрегаты представляют собой удобные электрические вакуумные насосы для получения высокого вакуума. Основной рабочей жидкостью в данном случае представляются специальные масла для вакуумных насосов или эфиры.
Диффузионный насос
Для достижения лучших результатов рекомендуется использовать диффузионную установку в паре с форвакуумным агрегатом. Форвакуумное устройство обеспечит предварительную откачку среды, тогда как диффузионное завершит процедуру разрежения.
Во время эксплуатации подобные аппараты достаточно сильно греются, так что им необходимо водяное охлаждение. Для маленьких вполне можно использовать и воздушное, однако крупным моделям подобной функциональности попросту не хватит.
По скорости откачки можно найти устройства диффузионного типа как с показателем около 200 л/с, так и достаточно мощные аппараты, гарантирующие быстроту до 150000 л/с. Стоит отметить, что диффузионные модели представляются наиболее дешевыми среди всех разновидностей высоковакуумных установок. Поэтому их часто применяют в различных отраслях промышленности.
Диффузию паров рабочей жидкости могут несколько уменьшить охлаждающие элементы с жидким азотом.
Преимущества диффузионных установок:
- отсутствие подвижных частей, способных изнашиваться во время использования;
- внушительный ресурс изделия;
- невысокая стоимость;
- широкий диапазон производительности;
- универсальность применения.
Не обошлось и без некоторого количества недостатков, среди которых:
- испарения масла в вакуумную среду;
- перед использованием необходимо прогревать оборудование, а после - охлаждать;
- работает только в вертикальном положении;
- тепловые датчики возле выхлопного отверстия необходимо периодически менять;
- многие рабочие масла окисляются при взаимодействии с атмосферой.
Водокольцевой вакуумный насос
Водокольцевыми вакуумными насосами называются устройства, в которых основной рабочей жидкостью представлена вода. Именно это отличает модели от прочих жидкостно-кольцевых установок. По показателям создаваемого разрежения эти устройства относят к низковакуумным.
Водокольцевой вакуумный насос
Самыми популярными разновидностями ВВН считаются аппараты простого действия, которые подразумевают отвод и всасывание вдоль одной оси. Принцип работы вакуумного насоса основан на вращении литого лопаточного колеса, установленного с эксцентриситетом относительно корпуса. Сам корпус в это время заполняется водой до определенного уровня.
Скорость вращения ротора может составлять 3000 об/мин. При таких скоростях лопатки колеса приводят воду в движение и создают своеобразное водяное кольцо, расположенное по периметру корпуса. Основная полость имеет форму полумесяца, разделенного на участки лопатками колеса.
К преимуществам ВВН относят:
- при эксплуатации происходит теплообмен между жидкостью и газом, так что сжатие может считаться изотермическим;
- эффективный теплообмен позволяет работать с быстроразлагающимися или воспламеняющимися газовыми смесями;
- конструкция очень проста и надежна даже при интенсивном использовании;
- использование водяного кольца позволяет не беспокоиться о наличии каких-либо механических загрязнений в газовой смеси, так как влага все собирает и нейтрализует;
- использование вместо воды специальных жидкостей открывает возможности по перекачиванию различных агрессивных сред (может использоваться в исследованиях или химической промышленности);
- в конструкции нет пар трения, что позволяет отказаться от использования масляных смесей, которые могут пагубно сказаться на откачиваемом газе (в отличие от масляных вакуумных насосов).
Большое количество преимуществ сделали эти аппараты крайне востребованными в большом количестве научных и промышленных отраслей. Однако перед использованием такого оборудования важно учесть следующие его недостатки:
- на вращение колеса тратится довольно много энергии, что может привести к чрезмерным вложениям в электричество;
- с помощью устройств гарантировано можно получить только низкий вакуум 1..10 кПа (даже с использованием двухступенчатых вакуумных насосов);
- специфика конструкции обуславливает достаточно большие размеры, которые могут подойти далеко не для всех задач.
Криогенный насос для вакуума
Среди всех вакуумных установок криогенные модели являются единственными, которые конденсируют газ на некую рабочую поверхность во время эксплуатации. Таким образом, агрегат относится к категории необъемных перекачивающих устройств. Ни одной механически движущейся детали во внутренней части нет, так что вероятность поломки минимальная.
Криогенный насос для вакуума
Криогенный аппарат создает глубокий вакуум с высокой производительностью, что позволяет использовать его для откачивания большого объема газа из крупных помещений или резервуаров.
Модели этого типа применяются в системах для нанесения электронной или оптической пленки. Диапазон рабочих давлений 10-8 – 10-11 Торр.
Идеально подойдут для обеспечения безмасляного вакуума с высокой скоростью. Ведь традиционные безмасляные вакуумные насосы имеют гораздо меньшую производительность. В качестве основных элементов современных вакуумных насосов используются двухступенчатые криоголовки. Эти элементы функционируют по принципам Гиффорда-МакМагона и в качестве хладагента используют гелий в газовом состоянии.
Во время работы температура первой степени может достигать 80 К, а температура второй 20 К. замкнутость цикла обеспечивает высокую эффективность оборудования с минимальными затратами на хладагент. Это отличает модели от заливных криогенных установок. К тому же простота конструкции снижает вероятность возникновения сбоя из-за отсутствия жидкого азота.
Для полной автоматизации процесса регенерации используются специально разработанные контроллеры системы криогенной откачки. Эти контроллеры гарантируют быстрое переключение между рабочим и регенерируемым установками в процессе откачивания газовой среды. А чтобы ускорить процесс регенерации применяются дополнительные устройства нагрева корпуса, а также системы продувки нагретым газом. Особенно помогают такие компоненты в лабораторных вакуумных насосах.