Виды вакуумных насосов и их принцип работы

Области применения вакуумного оборудования

Изобретение агрегатов для вакуумирования позволило человеку решить массу проблем. Сегодня вакуумные насосы успешно используются во многих сферах, среди которых можно выделить:

• Защита окружающей среды – для этого применяются приборы с очистным фильтром и контейнерами. Они отличаются компактностью и низким уровнем шума;
• Полиграфия – в этой сфере применяется водоструйный насос, помогающий при копировании, сканировании и подготовке изображений;
• Пищевая промышленность – в этой области промышленные насосы эксплуатируются для подготовки фруктов, овощей и мясных изделий, а также для их дальнейшей расфасовки по вакуумным контейнерам;
• Медицина – в этой отрасли применяются мини-вакуумные приборы и трубки для дыхательных путей и откачивания крови;
• Химическая промышленность – здесь форвакуумный насос используется для сжатия газов, а также перегонки веществ и продуктов их распада;
• В хозяйстве – в этой отрасли используется фекальный вакуумный насос, который быстро справиться с очисткой выгребных ям и других резервуаров с нечистотами.
• В спасательных службах – в этой области используется шиберный насос, обладающий высокой мощностью и сравнительно крупными габаритами. Он позволяет выкачивать воду для обслуживания автомобилей, применяемых для пожаротушения.

Вакуумные насосы также нередко используются в строительстве, фармакологии и на нефтедобывающем производстве. Они выкачивают газообразные вещества, очищая основной продукт от посторонних примесей.

Как проверить вакуумный насос?

Единственной проблемой, которая может возникнуть с вакуумным насосом, является его частичная или полная разгерметизация. Нередко это случается в связи с износом основных элементов прибора. Проверку насоса можно осуществить, как с работающим, так и с заглушенным мотором. Действовать следует по такому принципу:

• Отключите прибор. После этого прислушайтесь, нет ли шипения, которое может создавать выходящий наружу воздух. Если никаких звуков нет, значит, все в порядке;
• Запустите насос. Так как шипящего звука слышно не будет из-за звуков от работающего прибора, то потребуется приложить тонкую ткань. С ее помощью удастся понять, не выходит ли воздух из устройства.

Выполнив эти нехитрые процедуры, владелец насоса сможет определить неисправности прибора и необходимость в его дальнейшем ремонте.

Разновидности

В зависимости от принципа работы вакуумные насосы делят на несколько типов:

• пластинчато-роторные;
• центробежные;
• водокольцевые;

• диафрагменные (мембранные);
• Рутса;
• турбомолекулярные.

Рассмотрим каждый вид более подробно.

Пластинчато-роторные

Главный элемент конструкции этого типа приборов – ротор, который вращается внутри рабочей камеры и тем самым создает отрицательное давление. Чтобы оно поддерживалось на постоянном уровне, конструкция предусматривает наличие лопатки, которая также вращается и время от времени перекрывает отверстие, по которому в насос поступает газ.

Все части прибора смазываются маслом. Оно не только облегчает их вращение, но и служит герметиком, перекрывая доступ атмосферного воздуха к системе. Также существуют безмасляные насосы. Как понятно из названия, они не предусматривают использование масла. Однако в силу этого такие устройства не могут обеспечить высокие значения отрицательного давления, поэтому их применяют для создания низкого и среднего вакуума.

Пластинчато-роторные насосы всегда оборудуются выходным клапаном. Также на них может быть установлен входной, но он предусмотрен не на всех моделях.

Центробежные

Понижение давления и откачивание газа в этом типе оборудования обеспечивается компрессором, который вращается внутри рабочей камеры. Он представляет собой крыльчатку с расположенными под углом лопастями.

Водокольцевые

Схема ВВН простого действия: 1 – рабочее лопаточное колесо; 2 – цилиндрический корпус; 3 – рабочие ячейки; 4 – водяное кольцо; 5 – окно всасывания; 6 – окно нагнетания; 7 — мертвый  объем.

Принцип работы этих насосов напоминает таковой у пластинчато-роторных. Однако в данном случае ротор наполовину залит рабочей жидкостью. При вращении она принимает на себя энергию последнего и за счет центробежной силы прижимается к стенкам камеры, образуя своеобразное кольцо (отсюда и название). Это создает пониженное давление, позволяющее откачивать газ из системы.

Водокольцевые насосы обычно обеспечивают низкий вакуум. Однако при использовании более эффективных рабочих жидкостей с высокой точкой кипения и охлаждению откачиваемого газа можно добиться и более низкого давления.

Диафрагменные (мембранные)

Схема мембранного вакуумного насоса: 1 – эксцентрик; 2 – шатун; 3 – винт; 4 – поддерживающий диск мембраны; 5 – мембрана; 6 – зажимной диск мембраны; 7 – рабочая камера; 8 – крышка; 9 – выпускной клапан; 10 – впускной клапан; 11 – картер; 12 — корпус.

Главным элементом устройств этого типа является диафрагма. Она представляет собой закругленную по краям и способную сильно изгибаться мембрану, которую приводит в движение электрический привод. При откачивании воздуха из системы диафрагма отгибается назад, тем самым обеспечивая понижение давление.

Благодаря компактным размерам диафрагменные вакуумные насосы широко применяются в медицинских и химических лабораториях, аналитических системах на химической промышленности. Современные модели имеют интеллектуальное автоматизированное управление, которое существенно упрощает работу оператора.

Рутса

Насосы рутса представляют собой разновидность пластинчато-роторных. Они отличаются тем, что:

Главные преимущества этого типа устройства – это высокая эффективность и тихая работа. А недостаток – высокая температура во время функционирования. Она достигается из-за отсутствия в конструкции полноценного выпускного клапана, из-за чего в рабочей камере создается высокое давление и, как следствие, перегрев.

Турбомолекулярные

Принцип работы этого типа приборов заключается в придании молекулам откачиваемого газа дополнительного ускорения. Эта задача выполняется с помощью системы роторов-крыльчаток, смонтированных на одной продольной оси. Их число может достигать нескольких десятков.

Мнение эксперта
Куликов Владимир Сергеевич

Турбомолекулярные насосы требуют для работы применение форвакуумных. Они создают низкий вакуум, который впоследствии усиливает основное устройство. В качестве форвакуумного насоса может быть использован любой низковакуумный.

Основные разновидности вакуумных насосов

Во время производства устройств для формирования вакуума применяют детали из пластмассы и металлов, которые обладают устойчивостью к химическому влиянию перекачиваемых веществ. Кроме того, элементы конструкции должны обладать достаточной прочностью. Обязательно подгоняют все узлы, проверяют герметичность, чтобы поверхности не пропускали обратно газы.

Выделяют несколько типов насосов, которые используют для дома и других целей.

Водокольцевые

Водокольцевой тип вакуумного насоса представляет собой одну из разновидностей жидкостно-кольцевых устройств, которые используются, чтобы разрежать циркуляцию чистой воды.

Прибор имеет цилиндрическую форму и ротор с лопатками, который вращается с помощью вала, который смещен от центра. Перед тем как включать устройство, его наполняют жидкостью. Когда запускается двигатель, крыльчатка разгоняет ее по стенкам корпуса. Между водой и роторным механизмом формируется серпообразная зона вакуума. В нее направляется газ из патрубка. Лопатки направляют его вдоль вала, и он выходит через отверстие.

Подобные типы устройств используют еще для того, чтобы частично очищать газ, когда он активно контактирует с жидкостью. Дополнительно присутствуют приспособления для откачки воды.

Водокольцевой вакуумный насос.

Применение жидкости как рабочей поверхности дает следующие плюсы:

1. Вода, когда вращается внутри устройства, не дает газу возвращаться.
2. Все детали устройства, когда постоянно вращаются, омываются водой, так что уменьшается трение, снижается их температура.
3. Подобный механизм редко нуждается в ремонтных работах и обладает долгим периодом эксплуатации. Кроме того, он потребляет немного электрической энергии.
4. Контакт с газами, которые содержат капли жидкости и небольшие механические примеси, не влияет на состояние оборудования.

Последний факт особенно важен при применении подобных устройств для откачивания воздуха из емкостей, которые содержат влагу. Используют их в кондиционерах, холодильных установках перед тем, как заполнять их фреоном.

Пластинчато-роторные

Насос пластинчато-роторного типа имеет корпус в виде цилиндра. Он отшлифован внутри. Сам ротор располагается в нем, при этом оси у них не совпадают. В роторе есть специальные двигающиеся пластины. Они прижаты к корпусу пружинами, так что внутри имеется сектор с пустым пространством.

Чтобы трение у пластин уменьшалось, их делают из материалов антифрикционного типа, а также применяют специальные масла с малой вязкостью. У таких насосов повышенная восприимчивость к чистоте газа или жидкости, которые перекачиваются, так что требуется периодически осуществлять очистку конструкции.

Пластинчато-роторный вакуумный насос.

Мембранно-поршневые

У мембранно-поршневых вакуумных насосов главной деталью служит гибкая мембрана, которая связана с механизмом рычагов. Его делают из материалов композитного типа, которые обладают стойкостью к нагрузкам. Края мембраны фиксируются к корпусу, а центр будет выгибаться.

К достоинствам такого механизма относится возможность использовать пневматический привод для контакта со взрывоопасными веществами, долгий срок применения, легкость регулирования расходов, экономичность, высокая герметизация, отсутствие остатков смазки и пр.

Винтовые

Функционирование основывается на том, что газ либо жидкость вытесняются вдоль вращающегося винта. Конструкция включает 1-2 ротора винтовидного типа, привод и статор. Из-за высокого качества устройство является недешевым. К преимуществам относится то, что уровень шума невысокий и есть способность перекачивать среды, которые содержат механические включения.

Устройство винтового насоса.

Вихревые

Вакуумные устройства вихревого типа похожи на и подобное оборудование. Конструкция включает колесо и лопасти, которые вращаются на валу. Отличие заключается в патрубке-приемнике. Он располагается снаружи корпуса, а не возле центральной оси.

Такие насосы просто использовать и легко ремонтировать. Но при этом специалисты указывают на то, что у них низкий коэффициент полезного действия. Кроме того, они восприимчивы к попаданию примесей механического типа.

Принцип работы + видео обзор моделей

В основу функционала входит принудительное механическое удаление среды из ограниченного пространства. Происходит это несколькими способами:

Насос струйного типа

Агрегат функционирует за счет подачи из бокового патрубка струи молекул воды либо пара, которая на большой скорости выносит находящееся вещество и создает разрежение. Плюсом данной схемы считается отсутствие движущихся элементов, что значительно увеличивает срок эксплуатации конструкции. Минусом будет смешивание компонентов и малый КПД.

Насос механического типа

В принцип работы вакуумного насоса входит вращающаяся конструкция либо возвратно-поступательного действия, которая внутри создает эффект расширения пространства путем его наполнения из приемного патрубка для последующего выталкивания через выпускной патрубок. Конструктивных решений такого принципа находится в достаточном количестве. Такие конструкции отличаются большим КПД.

Дополнительные нюансы

Когда происходит вращение ротора и перемещение в нём лопасти, одна часть полости увеличивается в объеме, тогда как другая – уменьшается. Забор воздуха из вакуумной системы происходит на одной стороне всасывания, а после воздух вытесняется через канал.

Он используется для охлаждения узлов конструкции. Масло подается через канал, идет вдоль головки цилиндра, а после поступает к насосу. Используется масло не только для смазки, но и для уплотнения лопасти в рабочей полости. Привод осуществляется от коленчатого и распределительного вала, в последнем случае насос совмещается с топливоподкачивающим насосом системы.

Преимущества и недостатки

Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы используются во многих отраслях промышленности, в зависимости от поставленных перед ними задач. Такие агрегаты можно применять для работы и с пожароопасными веществами.

Как и многое другое оборудование, такие приборы имеют свои преимущества и недостатки. При выборе агрегата нужно учитывать все нюансы.

Основные плюсы:

• Несложная конструкция;
• Долгий срок эксплуатации;
• Стойкость к загрязнениям откачиваемого пара или газа;
• Отсутствие масла в очищенном выходящем продукте;
• Высокая степень производительности;
• Не шумит и не вибрирует во время работы;
• Детали между собой не соприкасаются, что исключает износ элементов и необходимость их замены.

Перед покупкой насоса его рекомендуется проверить на работоспособность Единственной деталью, которая может подвергаться нагрузке и возможной замене, является подшипник, который нуждается в дополнительной смазке. Все остальные детали смазываются рабочей жидкостью.

Недостатки:

• Постоянно нужно пополнять жидкость внутри системы для бесперебойной работы агрегата;
• Для снижения уровня давления внутри прибора нужно периодически охлаждать жидкость, находящуюся в агрегате;
• При испарении газов может выделяться небольшое количество жидкости, которую нужно улавливать.

В зависимости от выбора вида и модели характеристики насосов могут отличаться. Производительность прибора зависит от мощности его двигателя – от 4 до 40 кВт. Соответственно, чем мощнее прибор, тем больше его габариты. Вес агрегата может колебаться от 25 кг до более чем 2000 кг, смотря в какой промышленности он используется.

2 Принцип работы вакуумной насосной установки

На самом деле принцип работы вакуумных насосных агрегатов не так легок, как может показаться. Нужно начать с того, что тщательный анализ внутреннего устройства насосов создающих вакуум (в том числе мини версий) показывает, что практически все аппараты данного типа работают по методу «вытеснения», что очень похоже на принцип работы объемных насосов.

Объемные насосы, между тем, тоже применяют для водяной откачки и откачки продуктов распада различных смесей.

Производимый вакуум, то есть, если быть точнее, его величина, напрямую зависит от герметичности производственного пространства, что создается рабочими механизмами насоса (золотниками, специальными пластинами и так называемыми «колесами»).

В общем-то, принцип работы такого аппарата сводится к тому, что он должен выполнить два определенных условиях. Первое, это понижение давления в рабочем замкнутом пространстве. Второе, это выполнить предыдущее условие за определенное заданное время. Такие условия одинаково необходимы как для водяной откачки, так и для доильного дела.

При этом последовательность условий должна быть сохранена, как и выполнение каждого из них. Ведь, например, если объем забора определенной газовой среды аппарат выполнит, но при этом не понизит давление до необходимой величины, то необходимо будет использование для корректировки применение форвакуумного аппарата.

А это уже дополнительно снижает давление определенной газовой среды. Собственно, данный принцип работы вакуумного аппарата полностью повторяет технику последовательного присоединения насосов. В последнем случае при обеспечении заданной величины снижения давления устройством, без последующего обеспечения скорости забора, присоединяют другой насос.

Изображение внутренностей водокольцевого вакуумного насоса

Для предотвращения возможных газовых утечек, через имеющиеся зазоры постоянно трущихся деталей вакуумных устройств, применяют так называемое вакуумное масло. Благодаря вакуумному маслу можно уплотнить зазоры, полностью перекрыв их. Кроме того, данное масло является еще и отличным смазочным средством.

Выходит, что механические насосные системы вакуумного принципа работы, в которых применяют данное вакуумное масло и как уплотнитель для зазоров, и как смазку, по факту являются масляными. А вот насосы, где вакуумное масло не применяется, именуют сухими. Наиболее оптимальным вариантом выбора является всегда второй вид насосов, так как они не нуждаются в обслуживании.

Если описать все более кратко, то вакуумные насосы попросту элиминируют газы, в том числе продуктов распада различных веществ, пары воды, воздух и другие вещества из объемов так называемой рабочей камеры устройства. При этом камеры устройства обладают замкнутостью и полной герметичностью.

По мере того, как газы, пары воды и других веществ удаляются, объем полостей устройства изменяется, из-за чего молекулы вещества, которое перекачивает насос, распределяются в необходимом направлении. Более того, принцип работы вакуумных насосов еще и напрямую зависит от типа используемого агрегата.

Существующие разновидности вакуумных насосов

Выбор можно сделать среди лопастных, мембранных, жидкокольцевых, турбомолекулярных устройств. Перед тем, как сделать выбор вакуумного насоса, необходимо изучить особенности каждого типа, надежность требуемой технологии и стоимость.

Лопастные

Производительность таких устройств выше, чем у насосов другого типа. Они небольшие и компактные, подходят для создания вакуума среднего уровня и улавливают пары еще до их соприкосновения с насосом.

Работают ротационные лопастные насосы на масле. За его счет достигается идеальная герметичность. Оно смазывает движущиеся детали и обеспечивает достаточный уровень теплоотдачи, чтобы вакуумный насос охладился.

Они отличаются:

• Доступной стоимостью;
• Удобством в использовании;
• Высокой производительностью и уровнем вакуума около 1000 мбар.

Но для нормального функционирования устройства не обойтись без регулярного техобслуживания

Особенно важно контролировать количество масла, иначе детали быстро износятся. Менять масло следует после 3000 часов использования

Мембранные

Они проявляют повышенную устойчивость к агрессивной среде. Поэтому их можно использовать для работы с кислотой, вязкими и коррозионными веществами.

Благодаря этой особенности устройства активно используют в производстве продуктов питания и косметических средств. Они помогают перекачивать жидкости, кремы и гели, а также помогают обрабатывать летучие соединения.

Мембранные насосы относятся к сухим насосам. Поэтому они не нуждаются в использовании смазочных жидкостей, а стоимость обслуживания будет ниже, чем в случае с лопастными. Приборы этого типа могут длительное время работать без перерыва, но с низким уровнем вакуума, по сравнению с ротационными насосами.

Жидкокольцевые

Их работа основана на подаче жидкости, высушивающейся на стенках насоса. При этом образуется кольцо, обеспечивающее оптимальный уровень герметичности.

Выбрать жидкокольцевой насос следует за такие особенности:

1. Это сухой насос.
2. Обладает повышенной устойчивостью к коррозии.
3. Повышенную мощность.
4. Большие габариты.

Они малочувствительны к прохождению жидкостей, твердых частиц и паров. Их можно использовать во время работы с веществами, склонными к взрыву или чувствительными к высоким температурам.

В случае максимального расхода в 30000 м3/ч одновременно снижается и увеличивается давление.

Турбомолекулярные

Они способны достигать высокого давления, а расход колеблется в пределах 50-5000 л/с. Функциональные особенности таких насосов напоминают компрессор. Двигатель заставляет лопасти быстро вращаться и вытолкнуть достаточное количество воздушной смеси.

Агрегаты незаменимы для работы магнитных подшипников. Они помогают достичь оптимальной скорости вращения. Турбомолекулярные устройства функционируют без использования масла. Из-за сложности конструкции стоимость устройств повышенная, и владелец дополнительно тратит деньги на особое обслуживание. Откачка зависит от типа газа. Процесс замедляется, если возникла необходимость в удалении легких газов.

Вакуумный насос для откачки воздуха своими руками: как сделать и принципы работы устройства

Вакуумный насос, это обычный воздушный компрессор, у которого используется всасывающая сторона.

Из воздушного компрессора вы сможете сделать вакуумный насос на 12 вольт, если вам удастся подсоединить шланг к его воздухозаборнику.

Данное руководство покажет как сделать вакуумный насос своими руками.

Такой прибор пригодится для вакуумизации пищевых продуктов и увеличения срока их годности, или для вакуумной упаковки вещей, так как пакет с удаленным воздухом занимает меньше места, чем обычный пакет с вещами.

Еще можно заняться вакуумным формованием – производством изделий из термопластичных материалов в горячем виде методом воздействия вакуума.

Создаваемое таким устройством разряжение в несколько раз выше, чем может создать обычный пылесос (около 0,8 кгс/кв.см, или 0,08 МПа).

Такого разряжения достаточно для применения насоса в производственных нуждах, в которых используется вакуум.

Компрессор для накачки автомобильных шин в магазине стоит около 1300 руб. Еще придется приобрести некоторые запчасти и клей.

Также потребуется:

• Около одного метра ПВХ трубки с внутренним диаметром 6 мм.
• Пластиковый соединитель типа «елочка» для трубки внутренним диаметром 6 мм.
• Эпоксидная смола (холодная сварка).

Все эти материалы легкодоступны и могут быть приобретены в магазине.

Поскольку 12-вольтовый насос потребляет ток около 4 А, для него будет нужен достаточно мощный источник питания постоянного напряжения. В качестве источника тока можно использовать автомобильное зарядное устройство на 6 А.

ПРИМЕЧАНИЯ.

Если вы будете использовать дешевый воздушный компрессор для накачки шин, такой как Harbor Freight стоимостью 700 рублей, не ожидайте от него слишком многого. (Дешевый насос будет работать только в течении нескольких минут, далее он перегреется.

Хороший компрессор может непрерывно работать до часа). Дело в том, что компрессор не предназначен для работы в качестве вакуумного насоса.

Включайте его в работу на период от 1/3 до 2/3 времени, указанного в паспорте на компрессор, затем давайте ему остыть в течение 5 минут.

Вот несколько советов по использованию насоса и ограничениях в использовании:

Для вакуумного упаковывания:

• Не используйте насос для вакуумирования больших объемов продуктов или вещей, а также для создания вакуума в емкости с утечками воздуха.
• Используйте для вакуумирования небольшие емкости и заполняйте их объем продуктами (вещами) по максимуму, чтобы откачивать из них минимум воздуха.
• Отключайте время от времени насос, чтобы охладить его.
• Если по прошествии большого времени, насос не может создать вакуум, значит где-то имеется утечка.

Для вакуумного формования:

• Не пытайтесь откачать воздух из 100-литрового резервуара этим насосом.
• Чтобы уменьшить нагрузку на вакуумный насос, используйте двухступенчатую систему откачки воздуха: вначале большая часть воздуха откачивается с помощью пылесоса, затем в работу включаются вакуумный резервуар с вакуумным насосом: ссылка.
• Не запускайте насос в работу, пока разряжение в системе не упадет до 0,8 кгс/см2. Обычно, для формования изделий достаточно разряжения в пределах 0,6-0,7 кгс/см2. Поэтому не стоит лишний раз, для увеличения разряжения на пару десятых атмосфер, включать вакуумный насос, во избежание его быстрого изнашивания.

Особенности насоса для откачки воздуха

В зависимости от сферы применения, потребностей в мощности, вакуумные насосы отличаются своими характеристиками. Основные параметры, которые являются показательными при выборе устройства:

• объем воздуха, который насос откачивает за определенное время при допустимом давлении;
• объем входного (заборного) отверстия, который влияет на скорость работы;
• уровень давления при входе и выходе воздуха (максимально допустимый);
• рабочее давление, создаваемое вакуумным насосом (средний показатель между минимальным и максимальным);
• остаточный уровень давления без выпуска воздуха (минимальный показатель);
• уровень минимального рабочего давления;
• энергозатратность за единицу времени;
• объем антифриза, необходимый для охлаждения системы;
• время, за которое насос выходит на рабочую мощность (от момента запуска до начала работы).

Характеристики общие, присущие всем вакуумным насосам, могут изменяться в зависимости от видаприбора для откачки воздухаи принципа его работы .

Подведем итоги

Вакуумный насос предназначен для откачивания газа из системы и создания вакуума. Устройства бывают различных типов. Чаще всего используют пластинчато-роторные, водокольцевые, мембранные

При выборе следует обратить внимание на расход (мощность), создаваемое давление, габариты, возможность работы с агрессивными химическими соединениями

• Насосы для повышения давления воды: что это такое, виды, устройство и принцип действия, характеристики, обзор популярных моделей повысительных насосов, их плюсы и минусы
• Поверхностные насосы для скважин: их особенности, характеристики, отличия от погружных, топ рейтинга популярных моделей, их плюсы и минусы, советы по выбору
• Вихревой насос: выбор устройства на основании лучших моделей
• Универсальный дренажный насос для дачи: виды, рекомендации, популярные модели

Выводы и полезное видео по теме

Ролик #1. Процесс изготовления простого агрегата для откачки воды:

Ролик #2. Мини-вариант самодельного водяного насоса:

https://youtube.com/watch?v=TEJTgmO-pTQ

Ролик #3. Принцип работы элементарного насоса – эрлифта:

Представленные варианты самодельных насосов для откачки воды выполнены из подручных средств, зачастую даже не имеющих стоимости. Вся прелесть состоит в том, что каждая конструкция совершенно открыта для дальнейших усовершенствований и модернизаций. Так что ваш насос наверняка будет уникальным изделием.

Конечно, соорудить автономную систему водоснабжения на дачном участке, ручные насосы не помогут, но избавят от приложения внушительных физических усилий, требующихся для забора и транспортировки воды к месту использования.

У вас есть собственные интересные решения по изготовлению самодельных насосов? Хотите поделиться еще одним любопытным вариантом? Нашли недоработки в статье? Комментируйте, пожалуйста, в расположенном под текстом блоке.