Принцип работы вакуумного насоса

По какому принципу работает вакуумный насос?

В настоящее время вакуумные насосы применяются и для бытовых нужд, и в крупных промышленных предприятиях для более серьезных и масштабных работ. Виды вакуумных насосов насчитают несколько различных по специфике работы аппаратов, имеющих, однако, общий принцип работы.

Промышленный вакуумный насос для откачки газов

Есть насосы и доильного предназначения, и лабораторный вид вакуумных агрегатов, электрический вакуумный насос и многие другие. И если область применения каждого из видов понятна и доступна даже простому обывателю, то принцип работы, увы, нет. Именно с этой темой мы сейчас и разберемся.

1 Основные особенности

В современном мире создать устройство для откачки воды или газа, а также других веществ и их продуктов распада (даже на молекулярном уровне!) достаточно просто. Тому пример огромное количество подобных аппаратов.

Наиболее технологичным и развитым из таких аппаратов можно с уверенностью назвать вакуумный насос. Промышленные виды вакуумных насосов подразделяются на такие типы, как:

Другим наименованием вакуумных моделей является «устройство для откачки», так как данное устройство используется преимущественно для откачки воздуха, различных газов, воды, парогазовых смесей и подобных веществ. Основные характеристики вакуумных насосов таковы:

• Быстрая скорость откачки смесей или воды;
• Величина произведенного вакуума.

Скорость откачки, имеющая символ «S», всегда измеряется в литрах за секунду, и показывает объем откачиваемой среды в одну единицу времени. Объем вакуума измеряется величиной, так называемого остаточного давления, в полости с разреженной атмосферой.

При этом единицами измерения описываемой величины являются: проценты от общего атмосферного давления, кПа, Па и миллиметры ртутного столба (мм.рт.ст).

У вакуумных насосов имеются и подвиды. Такие, как:

• Вакуумный аппарат для создания предельного остаточного давления (характеристики от 1*10-3 миллиметров ртутного столба);
• Высоковакуумные аппараты производящие предельное остаточное давление (характеристики от 5*10- до 5*10-7 миллиметров ртутного столба);
• Вакуумные водокольцевые аппараты.

Вакуумный насос с манометром, от компании Value

При этом, как бы сильно на первый взгляд не отличались данные подвиды друг от друга, каждая насосная система работает на одном и том же механизме, общем для всех подвидов. И, как уже писалось выше, существуют более узкие и специфичные версии вакуумных насосов. Такие, как:

• Электрический вакуумный насос (обычно марки «Value»);
• Водяной вакуумный аппарат (как и описанный выше насос, тоже чаще всего марки «Value»);
• Мини-вакуумный насос (как правило, для бытовых нужд);
• Насос доильного предназначения;
• Вакуумные контейнеры «Value», «GE» и т.д.

1.1 Области применения

Изобретение этих насосов дало человеку возможность решить множество различных ситуаций, которые требовали его вмешательства. Вакуумные насосы и контейнеры применяются в очень многих промышленных областях и решают поистине огромный список задач:

• Защита окружающей среды (очистные контейнеры, фильтры продуктов распада веществ с заводов и т.д., где применяют насосы «Value»);
• Полиграфическое дело (подготовка изображений, их копирование и сканирование, где применяют аппараты «Value» и «2НВР»);
• Пищевая промышленность (обработка продуктов вроде птицы/молока/фруктов, вакуумные контейнеры для упаковки и т.д.);
• Медицинская отрасль (мини-вакуумные приборы для дыхательных аппаратов, мини-вакуумные трубки в стоматологии для откачки крови и слюны);
• Химическая промышленность (перегонка веществ и продуктов их распада, сжатие газов и т.д.);
• Производство керамики и стеклянных изделий, где наиболее часто применяют вакуумные контейнеры «2НВР» и «5ДМ»;
• Деревообрабатывающая отрасль, где применяют аппараты «2НВР» и вакуумные контейнеры.

Мобильный вакууматор для пищевых продуктов

При этом наиболее популярны бытовые вакуумные насосы «Value» и мини версии вакуумных насосов. Аппараты «Value» весьма распространены в сельскохозяйственном ремесле, тогда как мини-вакуумные устройства применяют преимущественно в медицине. Так, например, без мини-вакуумных устройств не обходится ни один прибор для искусственной вентиляции легких.

1.2 Преимущества использования вакуумных насосов

Что очевидно, каждая отдельно взятая группа вакуумных насосов, будь то контейнеры или мини аппараты, имеет свои определенные преимущества благодаря конструктивным особенностям, принципа работы и других, менее значимых факторов.

Водокольцевые аппараты, например, отличаются особой прочностью и способны выполнять свою работу при предельно высоких температурах или других подобных тяжелейших условиях. Обычно их применяют для откачивания загрязненных паров, воздуха и газов. Они особенно востребованы при проведении промышленных работ.

Пластинчато-роторные устройства весьма стойки к парам воды, очень компактные и предельно надежны. Они показывают высокую производительность откачки и, при этом, потребляют предельно маленькое количество энергии.

Так называемые «насосы Рутса» показывают мощную производительность, скорость работы и, что очень важно для насосных систем, равномерность откачки носителя. При их работе в сжимаемом газе полностью отсутствуют примеси масла.

Мембранные и спиральные аппараты вакуумного принципа работы используют для проведения работ в агрессивной среде. Однако, в отличие от водокольцевых устойчивых аппаратов, мембранные и спиральные требуют предварительного нанесения специального защитного покрытия на все детали насосной системы.

Винтовые насосные системы отличаются тем, что вообще не потребляют масла и не требуют установки конденсаторов. Кроме того, они прекрасно экономят расход потребляемой энергии.

Вакуумные контейнеры отличаются широтой применения, и некоторые их виды отличаются повышенной мобильностью и возможность легкой транспортировки. Впрочем, такие контейнеры хотя и достаточно защищены, но все же не способны на работу в агрессивной среде как в случае с водокольцевыми аппаратами.

Доильный аппарат с подключенным вакуумным насосом

Однако вакуумные контейнеры для таких условий не применяются вовсе. Они используются в быту, на кухне, для сохранения остатков пищи, откладывания запасов, скоропортящихся или нуждающихся в защите вещей.

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.

И, как уже было сказано, такой принцип действия применим для вакуумных насосов, как доильного применения, так и для промышленных насосов по перекачке воды или продуктов распада различных веществ.

Источник: vse-o-kanalizacii.ru

Область применения вакуумных насосов

Вакуум широко применяется в различных технических устройствах. Он позволяет снизить температуру кипения для воды или химических жидкостей, произвести удаление газов из материалов, требующих повышенной однородности состава, создать стерильные условия обработки и хранения. При небольших габаритах и экономичном расходе энергии современные вакуумные насосы позволяют быстро достигать глубокой степени разрежения. Они применяются в самых разных процессах и сферах деятельности:

• в нефтеперерабатывающей и химической промышленности для поддержания необходимых условий протекания реакций и разделения получаемых смесей;
• при дегазации металлов и иных материалов для создания деталей с однородной структурой и отсутствием пор;


• в фармацевтике и текстильной промышленности для быстрой осушки изделий без повышения температуры;
• в пищевой промышленности при расфасовке молока, соков, мясных и рыбных продуктов;
• в процессе вакуумирования холодильного и иного оборудования с повышенными требованиями к отсутствию влаги;
• для нормального функционирования автоматических конвейерных линий, использующих в качестве захватов вакуумные присоски;
• при оборудовании производственных и научно-исследовательских лабораторий;
• в медицине при эксплуатации дыхательных аппаратов и стоматологических кабинетов;
• в полиграфии для фиксации термопленок.

Принцип работы вакуумных насосов

Вакуум создается при механическом удалении вещества из замкнутого пространства. Технически это реализуется различными способами. Принцип работы вакуумного насоса струйного типа основан на уносе молекул газа потоком воды или пара, вылетающим с высокой скоростью из сопла эжектора. Его схема предусматривает подключение бокового патрубка, в котором создается разрежение.

Преимуществом такой конструкции является отсутствие движущихся деталей, а недостатком – перемешивание веществ и низкий КПД.

В технике наибольшее распространение получили механические агрегаты. Работа вакуумного насоса с вращающейся или движущейся возвратно-поступательно основной деталью заключается в периодическом создании внутри корпуса расширяющегося пространства, заполнении его газом из приемного патрубка с последующим выталкиванием через выходное отверстие. Конструктивное устройство вакуумного насоса при этом может быть самым разнообразным.

Основные разновидности вакуумных насосов

При изготовлении устройств для создания вакуума используются металлические и пластмассовые материалы, устойчивые к химическому воздействию перекачиваемой среды и обладающие достаточной механической прочностью. Большое внимание уделяется точности подгонки узлов и герметичности контакта поверхностей, исключающей обратный проскок газов. Здесь приводится перечень основных видов вакуумных насосов, различающихся между собой конструкцией и принципом действия.

Водокольцевые

Водокольцевой вакуумный насос является одним из вариантов жидкостно-кольцевых агрегатов, используя для создания разрежения циркуляцию чистой воды. Он имеет вид цилиндра с оснащенным лопатками ротором, вращающимся на смещенном от центра валу. Перед началом работы его заполняют жидкостью.

При пуске двигателя крыльчатка разгоняет воду по внутренним стенкам корпуса. Между ней и ротором образуется серповидная область вакуума. В нее устремляется газ из приемного патрубка насоса. Движущиеся лопатки перемещают его вдоль вала и выбрасывают через выходное отверстие. Агрегаты этого типа часто применяются еще и для частичной очистки газа за счет его интенсивного контакта с водой.

Использование жидкости в качестве рабочего органа дает множество преимуществ.

1. Вода, вращающаяся в пространстве между ротором и корпусом насоса, исключает вероятность обратного проскока газов, заменяя собой уплотнения и снижая требования к точности изготовления деталей.
2. Все вращающиеся части насоса постоянно омываются жидкостью, что уменьшает трение и улучшает теплосъем.
3. Такие устройства редко требуют ремонта, имеют длительный срок службы и потребляют минимум электроэнергии.
4. Работа с газами, содержащими капли воды и мелкие механические примеси, не оказывает негативного влияния на техническое состояние оборудования.

Последнее обстоятельство важно при использовании таких насосов для откачки воздуха из емкостей, содержащих влагу. Их применяют для кондиционеров и иных холодильных установок при вакуумировании системы перед заполнением их фреоном.

Пластинчато-роторные

Такие насосы имеют цилиндрический корпус с тщательно отшлифованной внутренней поверхностью и расположенный внутри него ротор. Их оси не совпадают, поэтому боковой зазор имеет разную величину. В состав ротора входят специальные подвижные пластины, которые прижимаются пружинами к корпусу и делят свободное пространство на сектора переменного объема. При включении двигателя газы приходят в движение так, что в приемном патрубке всегда создается разрежение, а в напорном – избыточное давление.

Для уменьшения трения пластины изготавливаются из антифрикционных материалов или применяются специальные маловязкие масла. Насосы этого типа способны создавать достаточно сильный вакуум, но они чувствительны к чистоте перекачиваемой жидкости или газа, требуют регулярной чистки и загрязняют продукт следами смазки.

Мембранно-поршневые

Рабочим органом насосов данного принципа действия служит гибкая мембрана, связанная с рычажным механизмом. Она изготавливается из современных композитных материалов, устойчивых к механическим нагрузкам. Ее края прочно крепятся в корпусе, а центральная часть под действием электрического или пневматического привода изгибается, попеременно уменьшая и увеличивая пространство внутренней камеры.

Изменение объема сопровождается всасыванием и выталкиванием поступающих газов или жидкостей. При совместной работе в противофазе двух мембран обеспечивается непрерывный режим перекачки. Система клапанов регулирует правильное распределение и направление потоков. Механизм не имеет вращающихся или трущихся деталей, контактирующих с перекачиваемым продуктом.

К преимуществам таких насосов следует отнести:

• отсутствие загрязнения продукта смазкой или механическими загрязнениями;
• полную герметичность, исключающую утечки;
• высокую экономичность;
• легкость регулирования расхода;
• длительную эксплуатацию в сухом режиме, которая не вредит конструкции;
• возможность использовать пневматический привод для работы во взрывоопасной среде.

Винтовые

Принцип работы винтовых насосов основан на вытеснении жидкости или газа вдоль вращающегося винта. Они состоят из привода, одного или двух роторов винтообразной конфигурации и статора соответствующей формы. Высокая точность изготовления деталей не позволяет перекачиваемой среде проскакивать назад. В результате на выходе насоса образуется избыточное давление, а на приеме – вакуум.

Подобное оборудование из-за высоких требований к качеству изготовления стоит недешево. Его нельзя долго держать на «сухом» режиме.

Основные достоинства таких насосов:

• равномерность расхода;
• низкий уровень шума;
• способность перекачки жидкости с механическими включениями.

Вихревые

Вихревые вакуумные насосы своей конструкцией напоминают центробежное оборудование. Они также имеют рабочее колесо с лопастями, вращающееся на центральном валу. Принципиальное отличие заключается в расположении приемного патрубка на внешней окружности корпуса, а не в районе центральной оси.

Минимальный зазор между крыльчаткой и корпусом обеспечивает устойчивое движение перекачиваемой жидкости в необходимом направлении. Агрегаты этого типа способны создавать достаточно высокое давление нагнетания и обладают самовсасывающим эффектом. Эти насосы просты в эксплуатации, легко ремонтируются и отлично зарекомендовали себя при перекачке газожидкостных смесей, но у них низкий КПД. Они чувствительны к попаданию механических примесей, способных привести к быстрому износу крыльчатки.

Самостоятельное изготовление вакуумного насоса

Если вы не готовы нести затраты на приобретение заводского оборудования, попробуйте сделать вакуумный насос своими руками. Для откачки воздуха из емкости небольшого объема может сгодиться медицинский шприц или слегка модернизированный ручной велосипедный насос.

Рассмотрим вариант изготовления вакуумной установки из компрессора старого холодильника. Он уже предназначен для перекачки газа и при минимальном ремонте сможет создавать разрежение. Ваши действия будут предельно просты:

• на некотором расстоянии от компрессора обрезать ножовкой по металлу две медные трубки, подходящие к нему;
• демонтировать компрессор вместе со схемой электропитания или заменить ее вместе с пусковым реле на новую по аналогии со старой;
• на медный патрубок, который шел от конденсатора, надеть дюритовый шланг подходящего диаметра и соединить его другим концом с вакуумируемой емкостью;
• для герметичности соединения можно использовать штатный хомут или воспользоваться скруткой из стальной проволоки;
• выполнить подключение вакуумного насоса к электрической сети и после пуска по выходу воздуха из второго медного патрубка убедиться в его правильной работе.

Важно! Компрессор холодильника не предназначен для эксплуатации во влажной среде, поэтому надо следить, чтобы на него не попадала вода.

Источник: Tehnika.expert

Область применения

Уникальность вакуумной среды люди изучают продолжительное время.

С учетом современного технологического прогресса вакуумные установки значительно усовершенствовались, нашли широкое применение в разных областях промышленности и в устройствах бытовых приборов. За счет специального винта небольшие габариты устройства позволяют быстро создавать высокую степень разрежения среды.

Вакуумные водяные насосы считаются экономными, имеют различные сферы применения:

• при изготовлении металлических изделий с плотной структурой без пор;
• в производстве текстиля, для быстрой сушки без превышения температурного режима;
• при расфасовке молочных продуктов, упаковывания мяса и рыбы;
• в оборудовании со специальными требованиями к сухой среде;
• для полноценной работы вакуумных присосок;
• в научных лабораториях различного направления;
• в фармацевтической области, медицине.

Как видим, применение вакуума имеет самое разнообразное назначение.

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.

Каждый из вышеописанных вариантов для дома имеет свои преимущества и недостатки.

Основные разновидности вакуумных насосов

Для создания корпусов и движущихся деталей применяется металл и прочный пластик. Важным моментом считается их устойчивость к агрессивной среде перекачивающих веществ. Особое внимание следует уделить прочности конструкции и высокой точности подгонки всех деталей. В совокупности это позволит создать герметический контакт и направить поток молекул в едином направлении. Рассмотрим некоторые типы вакуумных насосов, принцип их действия.

Водокольцевые

Для создания разрежающей среды используется вода. Насос выполнен в цилиндрическом виде с находящимся внутри ротором, оснащенным лопатками, которые вращаются на смещенном от центра валу. Для запуска такого агрегата его необходимо заполнить жидкостью.

Такой вакуумный насос имеет следующий принцип работы. После пуска двигателя крыльчатка рассредотачивает воду по внутренним стенкам рабочей камеры. Между ними образуется вакуумная среда. Из приемного патрубка подается газ, который перемешивается и выбрасывается в выпускной патрубок. Такие агрегаты часто используются при очистке газа.

Применение жидкости дает массу преимуществ:

• вода усиливает герметичность конструкции, она не позволяет газу направиться в обратном направлении;
• она охлаждает и смачивает вращающиеся элементы, уменьшая процесс трения;
• такие агрегаты считаются экономичными и долговечными;
• возможна работа с газами в сочетании с элементами воды.

Такой насос часто используется для перекачки газов с примесями воды. Это превосходный вариант для кондиционера, холодильника.

Пластинчато роторные

Эти насосы выполнены в цилиндрическом корпусе с гладкой внутренней поверхностью и действующим ротором. Смещенная ось позволяет получить различный боковой зазор. На роторе установлены подвижные пластины, прижимающиеся пружинами к корпусу, за счет чего свободное пространство делится на сектора с изменяющимся объемом. После запуска двигателя начинают передвигаться газы, образуя разрежение в приемном патрубке и избыточное давление на выходе.

При изготовлении пластин используются антифрикционные материалы либо специальные масла, имеющие малую вязкость. Такие водяные насосы способны создать сильный вакуум, однако они слишком чувствительные к качеству перекачиваемого вещества. Поэтому они требуют периодической чистки, в результате чего загрязняют воду фракциями смазки.

Мембранно поршневые

Движущим элементом такой конструкции является мембрана, движущаяся за счет рычажного механизма. Она должна иметь достаточную прочность к механическим воздействиям. По краям она надежно фиксируется к внутренним стенкам корпуса, а центральная часть крепится к движущемуся штоку. За счет этого постоянно меняется объём пространства внутри рабочей камеры.

Подобные вакуумные насосы для воды работают за счет втягивания и выталкивания перекачиваемого вещества. Совместив работу двух таких мембран в противофазе происходит движение перекачиваемого вещества в заданном направлении. Этот механизм не имеет крутящихся деталей, в нем нет эффекта трения.

К плюсам такой конструкции можно отнести:

• нет загрязнения перекачивающегося вещества продуктами смазки;
• герметичность конструкции полностью исключает возможную утечку;
• обладает хорошей регулировкой расхода, отличается экономичностью;
• возможна длительная работа в сухом режиме;
• может применяться при работе во взрывоопасной среде.

Все зависит от прочности мембраны, которая постоянно находится в движении.

Винтовые

В основе такого вакуумного водяного насоса находится вращающийся винт, находящийся в центре рабочей камеры. При его вращении происходит выталкивание воды.

Конструкция состоит из:

• движущегося привода;
• одного либо двух роторов;
• статора.

Рассмотрим, как работает данная техника. Точность подгонки деталей исключает изменение направления перекачиваемой жидкости. Таким образом, на входе образуется вакуум, а на выходе – избыточное давление. Лучшие модели в своём классе.

Преимущества конструкции:

• небольшой шум в работе;
• равномерный расход;
• возможность перекачки жидкого вещества с механическим приводом.

Важно контролировать смазку трущихся деталей.

Вихревые

В их основу входит использование центробежной силы. Вакуумный насос для откачки воды имеет основной узел, которым является вращающееся на центральном валу колесо с лопастями. Входной патрубок располагается на боковой стороне корпуса, а не вблизи к центру оси.

Малый зазор между лопастями и корпусом способствует эффективному направлению движения жидкости. Такая конструкция отличается способностью нагнетания высокого давления и наличием самовсасывающего эффекта. Она простая в применении, легкая в ремонте, однако обладает низким КПД. Попадание посторонних мелких фракций приведет к механическим повреждениям лопастей. Полный обзор технологии.

Источник: vodatyt.ru

Другие статьи по теме:

Насос поверхностный самовсасывающий для воды Как настроить насосную станцию для дома Выбор скважинного насоса по параметрам Воздушный тепловой насос для отопления дома Ремонт насоса малыш своими руками Насос малыш давление на выходе