Вакуумные насосы. Водокольцевые вакуумные насосы. Как устроен вакуумный насос
Типы вакуумных насосов и их применение
В настоящее время технология вакуумирования используется в самых различных сферах хозяйственной деятельности человека, где требуется в некотором пространстве создать разряжение путем дегазации - откачивания газообразной среды различного типа. Для получения вакуума в этом объеме применяются вакуумные насосы, модификаций которых сконструировано немало в зависимости от потребностей потребителя.
Применение вакуумных насосов
Промышленное применение
Вакуумные насосы позволяют осуществлять дегазацию, поэтому активно применяются для обезвоживания и высушивания в фармацевтической, текстильной и пищевой промышленности. В частности это может быть откачка воздуха из стеклянной тары при розливе жидкостей или просушка кожи после ее дубления. Технология экструзии, применяемая для производства полимерных изделий различного назначения, невозможна без вакуумизации. В металлургии устройствами данного типа выполняется устранении газообразных примесей в структуре металлического расплава, что необходимо для получения монолитных материалов, лишенных раковин и пористости, что недопустимо. Кроме того, вакуумная техника используется в нефтегазовой, электротехнической, химической отраслях промышленности, а также в производстве строительных материалов, сельском хозяйстве, медицине и многих других сферах.
В холодильной отрасли вакуумирование важная часть технологического процесса установки и монтажа оборудования - из холодильного контура обязательно необходимо удалять воздух и влагу, иначе обеспечить нормальную работоспособность не удастся. Для этого выпускают специальные вакуумные насосы для HVAC-отрасли.
Зачем нужно искусственно создавать вакуум в быту?
Помимо промышленного использования, современный человек часто сталкивается с вакуумной аппаратурой в бытовой жизни. Приведем несколько примеров.
-
Механизмы вакуумного усиления торможения в транспортных средствах позволяют облегчить работу тормозной системы и увеличить срок ее эксплуатации. Они применяются в конструкции педали тормоза и за счет создаваемого разряжения позволяют снизить нагрузку на водителя.
-
Вакуумные насосы используются в системах кондиционирования воздуха для стравливания смеси газов из фреонового трубопровода, что необходимо в целях устранения кислорода (как сильнейшего окислителя) и водяных паров. Посторонние примеси в трассе сплит-систем приводят к ее преждевременному выходу из строя.
-
Вакуумизация требуется в упаковке пищевых продуктов и позволяет увеличить срок хранения скоропортящейся пищи за счет практически полного устранения кислорода, как окислителя и одного из важнейших компонентов для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов, ответственных за гниение, брожение, плесневение и других патогенных факторов.
-
Удаление кислорода из герметично замкнутой упаковки позволяет снизить ее объем и обуславливает экономию пространства, что особенно актуально при хранении различных предметов повседневного обихода человека, к примеру, одеял, подушек, одежды и тому подобное.
Общий механизм действия
Вне зависимости от вида, вакуумный насос предназначен для создания тяги (разряжения) в конструкциях, системах, или их отдельных элементах. В ходе этого процесса формируется область пониженного атмосферного давления, в которую «притягиваются» частицы газообразной среды. При этом молекулы могут двигаться в различных режимах, включающих в себя не только направленные потоки, но и хаотические перемещения. Логично предположить, что в процессе своего перемещения, молекулы могут взаимодействовать друг с другом, что определяет изменение их траектории и скорости. Характер тока среды и ее скорость определяется степенью создаваемого насосом разряжения, которая, в свою очередь, тесно связана с типом такого устройства.
Наиболее распространенные типы вакуумных насосов
Учитывая широту применения устройств для вакуумирования, становится ясно, что вариантов их конструкции существует множество. Попробуем выделить наиболее часто используемые.
Пластинчато-роторные насосы
Пластинчато-роторные механизмы, подразделяющиеся на масляные (рабочие поверхности смазываются специальными вакуумными составами) и безмасляные (смазка не требуется). Данный тип конструкций имеет собранный на валу электродвигателя ротор, и не отличается слишком высокой скоростью откачки, поэтому они используются для закрытых систем небольшого размера. Конструктивно рабочая камера этой аппаратуры состоит из двух модулей, имеющих разный объем. Перемещение ротора и лопастей определяет движение газовой среды по принципу «замещения» внутреннего объема отсеков попеременно. Пи этом нагнетание газа из одной камеры в другую приводит к открыванию выпускного клапана, через который происходит стравливание среды в камеру всасывания. Устройства роторного типа работают в области вакуума низкой глубины и являются одними из самых популярных видов вакуумных насосов.
Водокольцевые насосы
Водокольцевые вакуумные насосы, работающие в области глубокого вакуума, с точки зрения своего устройства сходны с пластинчато-роторными устройствами. Образование области сниженного давления в этой конструкции происходит за счет погружения вращающегося ротора (импеллера) в жидку среду (чаще применяется чистая вода), которая должна непрерывно поступать в установку. Вращение ротора с лопатками внутри жидкости приводит к сжатию закачанного в систему газа и его перемещению к выходному клапану рабочей камеры. Оттуда газообразная среда выпускается из насоса под давлением. Такой ход ротора внутри камеры обеспечивается его эксцентричным положением внутри рабочего пространства. Обладая массой преимуществ (резистентность по отношению к примесям в транспортируемой газообразной среде, простоте устройства, отсутствие масляных включений в откачиваемом газе и некоторые другие), водокольцевые вакуумные насосы требуют периодического обслуживания сервисной жидкости, что является их недостатком.
Мембранно-поршневые
Мембранно-поршневые насосы, в рабочей камере которых производится сдавливание газообразной среды за счет перемещения поршнем гибкой, не проницаемой для молекул газа мембраны. При этом при сжатии газ из рабочей камеры выводится через выпускной клапан за пределы насоса, что определяет снижение давления в камере, за счет которого происходит втягивание новой порции в систему. Поршень в этих установках приводится в движение валом электродвигателя, соединенного с шатуном посредством эксцентрика. Главное преимущество таких типов вакуумных насосов их практически полная бесшумность и универсальность в отношении транспортируемой среды (к примеру, конструкция и тип привода в таких аппаратах обуславливает отсутствие возможности образования искр, поэтому механизмы данного типа пригодны для перекачивания пожаро- и взрывоопасных сред).
Кроме того, в быту и промышленности применяются и другие типы конструкций, отличающихся производительностью и глубиной получаемого вакуума. К ним относятся спиральные, кулачковые, вихревые и другие модификации вакуумных насосов, различающихся по производительности, контролируемой по национальному российскому стандарту ГОСТ Р 53335-2009, соответствующему международному нормативу ИСО1607-1:1193. Конструкция насосов разных типов должна изготавливаться согласно разным нормативам, к примеру, для пластинчато-роторных устройств это ГОСТ 14707-82.
Таким образом, вакуумные насосы, как устройства для получения состояния среды, давление в которой ниже атмосферного, представляют собой конструкции различной производительности, объема и габаритов. Конкретный характер применения этой аппаратуры определяется особенностями конструкций такого назначения.
masterxoloda.ru
Вакуумные насосы. Водокольцевые вакуумные насосы
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 pв, 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 pпр. Величина pпр 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.
ence-pumps.ru
Как изготовить вакуумный насос, принцип работы
Множество различных устройств, порой незаметных, помогает значительно улучшить жизнь каждого из нас. И понимаем их важность мы порой уже тогда, когда эти помощники по той или иной причине выходят из строя. Приобретение нового прибора порой требует значительных затрат, что подталкивает гибкий человеческий ум к изобретению их заменителей, изготавливаемых с меньшими финансовыми затратами. Предлагаем инструкцию по изготовлению вакуумного насоса из различных материалов своими руками.
Принцип работы подобных агрегатов основан на создании внутренних разреженных областей с низким давлением (вакуума) посредством тех или иных приспособлений благодаря различным физическим законам. Принципиально все вакуумные насосы можно разделить на следующие группы.
В первую входят приборы водокольцевого принципа действия. Зона пониженного давления в них образуется при вращении лопастного колеса и захватывании воды, подаваемой в цилиндрический корпус насоса. Жидкость, благодаря действию на нее центробежной силы прижимается к стенкам рабочей камеры.
Вторая группа вакуумных насосов носит название роторных пластинчатых. Принцип их работы основан на вращении в замкнутой камере ротора, расположенного эксцентрично. В его пазы устанавливают одну или несколько пластин, которые при движении под действием упоминавшейся уже центробежной силы движутся в направлении стенок камеры и порционно перемещают газы от всасывающего патрубка к нагнетающему.
При наличии одной сквозной пластины образуется две камеры, при наличии четырех пластин количество рабочих камер так же равно четырем.
Возможна организация работы роторного насоса бес центробежных пластин в его конструкции. В этом случае ацентрированный ротор вращается в камере насоса и перемещает порции перекачиваемого газа, ограничиваемые подвижной перегородкой, перемещающейся поступательно при вращении эксцентрика.
Следующую группу образуют насосы, действие которых основано на движении мембраны, которой сообщается возвратно-поступательное движение посредством штока, соединенного, как правило, с кривошипно-шатунным механизмом. Они имеют название мембранных и могут применяться как для работы с активными жидкостями и газами, так и с малоактивными. При небольшой амплитуде движения мембраны производительность насоса сравнительно невелика. Увеличение хода толкателя приводит к быстрому износу основного рабочего узла и необходимости его частой замены.
В том случае, если у вас возникла необходимость самостоятельного изготовления вакуумного насоса, предлагаем обратить внимание на роторную группу механизмов. Подберите соответствующий корпус от пришедшего в негодность другого механизма или устройства. В случае наличия в корпусе лишних отверстий их следует заварить, запаять или вставить на резьбе с уплотнителем заглушки из винтов подходящего диаметра.
Следующий этап – изготовление роторного узла. Его не сложно сделать из пластмассовой цилиндрической шайбы подходящего размера. Ее можно дополнительно проточить и зашлифовать на токарном станке по металлу для получения идеальной формы и высокой гладкости поверхности. Более сложным является изготовление полостей для установки подвижных пластин. Для этого следует изготовить шаблон и выполнить разметку пазов. Боковые части полостей можно пропилить слесарной ножовкой. Для удаления лишнего материала в глубине паза просверлите отверстие, диаметр которого равен ширине прорези под пластины. Для обеспечения минимальной шероховатости стенок посадочных камер их необходимо обработать напильником и тщательно зашлифовать наждачной бумагой.
Последний обязательный элемент конструкции – пластины. Их так же можно изготовить из подходящих по размеру пластмассовых полос, тщательно обработав все плоскости. Во избежание быстрой изнашиваемости деталей подбирайте более прочные заготовки. Кроме этого возможно предусмотреть периодическую подачу в области трения пластин с корпусом смазочных жидкостей.
Для удобства использование к входному и выходному отверстиям присоедините на резьбе штуцера, облегчающие крепление к насосу шлангов. Установите детали в корпус и проконтролируйте работу приспособления без привода. При отсутствии недостатков соберите корпус и подсоедините его к источнику вращения.
Так же сравнительно не сложно изготовить и водокольцевой насос. Его недостатком является необходимость постоянного доступа к источнику воды – обязательному элементу работы подобных приспособлений. Крыльчатку, необходимую для работы устройства можно подобрать готовую, подходящую по размеру к найденному вами корпусу. Следует уделить особое внимание возможности установки уплотнителей, предохраняющих выход жидкости через места соединения деталей корпуса.
Таким образом, изучив боле подробно устройство и принцип действия тех или иных видов устройств, например, вакуумных насосов, можно изготовить некоторые их виды самостоятельно.
Уважаемые читатели, комментируйте статью, задавайте вопросы, подписывайтесь на новые публикации - нам интересно ваше мнение :)
Статьи, которые Вам будут интересны:
nashakrepost.ru
