Принцип работы спирального насоса

Спиральные вакуумные насосы в ряд вид сбоку

Спиральными называют механические объемные насосы безмасляного (то есть, «сухого») типа. Откачка и нагнетание газа происходят за счет движения одной спирали относительно другой, которая жестко закреплена на корпусе. Газ при этом заключается в серповидные объемные камеры, постепенно сужающиеся ближе к центру. Схема с «чистой» средой на выходе.

Содержание:

Общие сведения о спиральных вакуумных насосах
Устройство спирального вакуумного насоса
Принцип работы спирального вакуумного насоса
Типы спиральных вакуумных насосов
Виды спиральных вакуумных насосов
Основные характеристики спиральных насосов
Преимущества и недостатки спиральных вакуумных насосов
Сфера применения спиральных вакуумных насосов
Популярные бренды спиральных вакуумных насосов

Общие сведения о спиральных вакуумных насосах

Спиральный вакуумный насос в разрезе вид сбоку

Спираль – одна из геометрических структур, увлекавших философов и изобретателей еще в глубокой древности (одним из «популяризаторов» был Архимед). Первое теоретическое описание спирального насоса появилось в 1905 году – автором был французский инженер Леон Круа. Но на тот момент производственные возможности отличались от современных, и создать устройство с минимальными зазорами не получалось. Первый работоспособный экземпляр появился на рынке США только в 1973 году.

В конструкции применяются простые геометрические и физические принципы, но многое зависит от мастерства производителя. Чем точнее рассчитано и подогнано оборудование, тем оно эффективнее.

Устройство спирального вакуумного насоса

Схема устройства элементов спирального вакуумного насоса вид сбоку

Основные составные части:

Корпус. Для поддержания высокого давления стенки корпуса имеют толщину до 1 см. Изготавливается из чугуна, стали, алюминия.
Подвижная (орбитальная) спираль. Другими словами – ротор. Вращающийся элемент конструкции и, соответственно, самый уязвимый в плане повреждений.
Неподвижная спираль. Жестко прикреплена к корпусу, недопустим даже малейший люфт. Расстояние между подвижной и неподвижной спиралью не превышает 0,05 мм.
Противовес. Нужен для правильного распределения веса в процессе вращения ротора (спираль имеет неравномерную структуру).
Отверстия и камеры. Всасывающее отверстие, всасывающая камера, нагнетательная камера, выпускное отверстие.
Датчики и системы защиты. Противоповоротное приспособление, индикаторы нагрева, короткого замыкания и т. д.
Уплотнители. Выполняют одну из центральный ролей. Качественные уплотнения повышают производительность и влияют на долговечность всей системы.

Крутящий момент создает электродвигатель, который передает усилие на вал. Производительность аппарата напрямую зависит от мощности двигателя. Охлаждается электроустановка вентилятором.

Принцип работы спирального вакуумного насоса

Схема принципа действия спирального вакуумного насоса вид сбоку

Между вращающейся и неподвижной спиралями запираются объемы разной величины. В процессе движения воздух постепенно двигается по окружности к центру, сжимаясь со всех сторон. При достижении центрального отверстия фиксируется максимальное давление. Важно, чтобы воздух не покидал образованные камеры – поэтому калибровке спиралей и уплотнениям уделяется такое пристальное внимание.

Объемы газа серповидной формы могут формироваться в нескольких местах одновременно. На выпускное отверстие обычно устанавливается обратный клапан, не позволяющий высвободившимся газам проникнуть обратно в систему после остановки. Если насос используется редко, рекомендуется механически прокрутить ротор назад, пока не выйдет остаточное давление. Это повысит срок службы.

Типы спиральных вакуумных насосов

Типовой спиральный вакуумный насос вид сбоку

Массу спиральных насосов принято делить на два больших типа:

Одноступенчатые. Классические аппараты, которые в 90% случаев удовлетворят потребности производства. Здесь только один ротор, что дополнительно сказывается на надежности и долговечности.
Многоступенчатые. Главная особенность – высокие скорость работы и производительность. Откачиваемая среда попадает сначала в одну рабочую камеру, а затем отправляется в следующую. Своего рода комбинация из нескольких насосов в одном корпусе.

Многоступенчатые вакуумные насосы решают специфические задачи: перекачку огромных объемов в короткие сроки и отправку газа на большие расстояния. Устанавливаются на узкоспециализированных производственных линиях. Иногда проектируются на заказ.

Виды спиральных вакуумных насосов

Разновидность спирального вакуумного насоса вид сбоку

Классификация спиральных насосов:

по расположению вала – горизонтальные и вертикальные;
по уровню разряжения – низкого, среднего, высокого давления;
по быстроходности – нормальные, тихие, быстроходные;
по соединению колеса с двигателем – прямоприводные, муфтовые, шкивные, консольные.

Отдельную категорию составляют форвакуумные насосы. Они применяются в системах, где основной агрегат не может работать с низким или средним вакуумом (например, турбомолекулярный). Спиральная установка создает начальное разряжения, формируя рабочую среду для главного откачивающего оборудования. Чаще всего процесс взаимодействия контролируется автоматикой – как только уровень разряжения достигает подходящих величин, автоматически подключает турбомолекулярный насос.

Основные характеристики спиральных насосов

Классический спиральный вакуумный насос вид сбоку

Главные технические параметры:

производительность (л/мин);
предельное остаточное давление (Па);
исполнение (одно- или трехфазное);
мощность электродвигателя (кВт);
рабочие температуры (обычно от 5 до 40 градусов Цельсия);
уровень шума (дБ);
габариты и вес.

Каждый спиральный насос может применяться как самостоятельная, так и вспомогательная установка. Нельзя использовать аппарат для перекачки взрывоопасных газов. Не подойдет он для создания глубокого вакуума – только низкого или среднего.

Преимущества и недостатки спиральных вакуумных насосов

Главный элемент спирального вакуумного насоса вид сбоку

Плюсы:

В спиральных насосах не применяется масло в качестве смазывающего компонента. Поэтому откачиваемый газ не загрязняется, его не нужно потом фильтровать.
Компактные габариты и вес по сравнению с другим вакуумным оборудованием.
Низкие вибрации и уровень шума. Такие насосы разрешено устанавливать в местах, где постоянно на протяжении рабочего дня находятся люди. Влияние на слух исключено.
Возможность откачки газа с высокой влажность и даже водяного пара.
Универсальность, применимость для разных производственных циклов. Отсутствуют какие-либо серьезные ограничения.
Ремонтопригодность, доступность запасных частей и расходных материалов.

Минусы:

Дороже моделей, работающих на масле.
Скорость откачки ограничена – получить значение выше 1000 литров в минуту не получится. Этот предел есть даже у премиальных брендов.
Откачивать разрешено среду без твердых и абразивных частиц. Загрязнения повредят внутреннюю отполированную поверхности, снизив эффективность. Восстановить потом аппарат не получится.

У спиральных насосов достаточно сложный производственный процесс. Спираль выверяется с точностью до долей миллиметра и вытачивается на программируемых станках. Также требуется максимально точно подогнать все элементы конструкции, чтобы исключить зазоры. Эти факторы сказываются на стоимости.

Сфера применения спиральных вакуумных насосов

Спиральный вакуумный насос с вакуумным датчиком вид сбоку

Современные спиральные вакуумные насосы нашли применение в следующих областях:

научные исследования (изучение фоточувствительных полимеров, имитация условия мезосферы в лаборатории);
химическая промышленность (деление сырья на фракции);
пищевая промышленность (вакуумирование, упаковка, формовка);
медицина и фармацевтика (очистка антибиотиков и других лекарственных препаратов);
биология (проведение опытов с живыми организмами в вакууме).

Также спиральные насосы применяются в металлургии, производстве электроники, изготовлении пластмассовых деталей и т. д. Везде, где нужна безмасляная разряженная среда.