Как работает вакуумный насос: принцип действия и применение в промышленности

Что такое вакуумный насос

Вакуумный насос – это специализированное устройство для откачки газов или паров из замкнутого объема до определенного уровня технического вакуума. Согласно ГОСТ 5197-85, вакуумным считается давление ниже атмосферного. Современный промышленный вакуумный насос способен создавать разрежение от 100 кПа до 10⁻¹⁰ Па, что позволяет решать широкий спектр технологических задач. Где купить вакуумный насос высокого качества – вопрос, требующий профессионального подхода к выбору поставщика.

В промышленности вакуумные насосы обеспечивают технологические процессы, требующие разреженной среды: напыление покрытий, вакуумная упаковка, дегазация материалов. По данным MarketsandMarkets, мировой рынок вакуумного оборудования достигнет $6,5 млрд в 2025 году и вырастет до $8,4 млрд к 2030 году при среднегодовом темпе роста 5,3%. Компания Siderus, являясь официальным дистрибьютором ведущих производителей, обеспечивает российские предприятия надежным импортным оборудованием.

Для чего нужен вакуумный насос

Применение вакуумных насосов охватывает практически все отрасли современной промышленности. В металлургии дегазация стали в вакууме снижает содержание водорода с 8-10 ppm до 1-2 ppm, повышая прочность металла на 15-20% и улучшая его пластические свойства. Производство микроэлектроники требует сверхвысокого вакуума 10⁻⁸ Па для предотвращения окисления при создании чипов по технологиям 5-7 нм.

Пищевая промышленность активно использует вакуумную упаковку, увеличивающую срок хранения мяса с 3-5 до 15-20 дней без применения консервантов. В фармацевтике лиофильная сушка при температуре -40°C и давлении 10-100 Па позволяет сохранять до 95% активных веществ препаратов, что критически важно для производства вакцин и биопрепаратов.

Химическая промышленность применяет вакуумные системы для дистилляции и сушки. Снижение давления позволяет проводить процессы при более низких температурах, что важно для термолабильных веществ. В нефтепереработке вакуумная перегонка мазута при 10-15 кПа позволяет получать ценные масляные фракции без термического разложения.

Как работает вакуумный насос

Принципы работы

Основной принцип работы любого вакуумного насоса заключается в перемещении молекул газа из области высокого давления в область низкого давления. Существует два основных механизма откачки: механическое вытеснение, где физический захват и перемещение газа осуществляется рабочими органами насоса, и молекулярно-кинетический перенос, основанный на передаче импульса молекулам газа.

В механических насосах объемного действия создаются изолированные камеры, которые периодически соединяются с откачиваемым пространством, захватывают газ и выталкивают его. Кинетические насосы используют высокоскоростное движение для придания молекулам направленной скорости.

Эффективность откачки характеризуется быстротой действия S (л/с) и степенью сжатия K = P₂/P₁. Для высокого вакуума используют последовательное соединение насосов разных типов.

Основные компоненты

Конструкция вакуумного насоса включает ключевые элементы, определяющие его работоспособность.

Ключевые элементы вакуумного насоса

Современные насосы оснащаются системами мониторинга состояния основных узлов, что позволяет проводить предиктивное обслуживание и избегать внеплановых остановок производства.

Типы вакуумных насосов

Пластинчато-роторные насосы

Пластинчато-роторный насос представляет собой наиболее распространенный тип форвакуумного оборудования благодаря оптимальному соотношению цены и производительности. Принцип работы основан на вращении эксцентрично расположенного ротора с подвижными пластинами внутри цилиндрического корпуса. При вращении пластины под действием центробежной силы и пружин прижимаются к стенкам корпуса, создавая изолированные камеры переменного объема.

Характеристики пластинчато-роторных насосов: Производительность составляет 5-1200 м³/ч при предельном давлении 0,1-1 Па. Основное применение – создание форвакуума и процессы, требующие среднего вакуума. КПД достигает 85-90%.

Масляное уплотнение выполняет тройную функцию: смазка, герметизация зазоров и отвод тепла. Специалисты Siderus рекомендуют использовать оригинальные вакуумные масла для продления срока службы на 30-40%.

Жидкостно-кольцевые насосы

Жидкостно-кольцевой насос работает по уникальному принципу, где роль уплотняющего элемента выполняет вращающееся кольцо рабочей жидкости. Под действием электропривода рабочее колесо с лопатками вращается внутри корпуса, где находится определенный объем воды или другой совместимой жидкости. Центробежная сила отбрасывает жидкость к стенкам корпуса, формируя устойчивое жидкостное кольцо.

За счет эксцентричного расположения ротора относительно корпуса между лопатками и жидкостным кольцом образуются серповидные полости переменного объема. При вращении ротора объем полостей циклически изменяется от максимального до минимального, обеспечивая всасывание газа через входной патрубок и его выталкивание через выходной.

Преимущества жидкостно-кольцевых насосов: Способность работать с влажными газами, простота конструкции, низкие эксплуатационные затраты при сроке службы до 25 лет. Отсутствие трущихся деталей обеспечивает надёжность при откачке абразивных сред.

Турбомолекулярные насосы

Турбомолекулярный насос – высокотехнологичное оборудование для создания вакуума до 10⁻¹⁰ Па. Действие основано на передаче импульса молекулам от вращающихся лопаток ротора. Скорость вращения 24 000 - 90 000 об/мин обеспечивается магнитными подшипниками.

Конструкция включает множество ступеней с чередованием роторных и статорных дисков. Угол наклона лопаток рассчитывается для максимальной вероятности прохождения молекул в направлении откачки. Степень сжатия для легких газов достигает 10⁹.

Области применения турбомолекулярных насосов:

• Производство полупроводников и микроэлектроники.

• Напыление тонких пленок и оптических покрытий.

• Масс-спектрометрия и электронная микроскопия.

• Научные исследования в области физики поверхности.

Сухие винтовые насосы

Винтовые насосы обеспечивают безмасляную откачку благодаря бесконтактному вращению двух синхронизированных роторов. Зазоры между роторами и корпусом 0,1-0,2 мм исключают обратные перетечки.

Охлаждение осуществляется воздухом или водой через рубашку корпуса. Возможность работы при любом входном давлении делает винтовые насосы универсальным решением.

Чем отличаются вакуумные насосы

Классификация вакуумных насосов основывается на параметрах, определяющих область применения.

Классификация вакуумных насосов по уровню вакуума

По принципу действия различают газопереносные насосы, механически транспортирующие газ, и газосвязывающие, удерживающие молекулы на активных поверхностях. Выбор между масляными и безмасляными насосами определяется требованиями к чистоте процесса.

Как проверить вакуумный насос

Диагностика вакуумного насоса начинается с измерения основных рабочих параметров. Скорость откачки измеряется калиброванным вакуумметром при различных уровнях давления для построения рабочей характеристики. Предельное давление определяется после 2-4 часов непрерывной работы насоса на закрытый объем. Герметичность системы проверяется гелиевым течеискателем с чувствительностью до 10⁻¹² Па·м³/с.

Регулярные проверки включают:

• Уровень и цвет масла – каждые 500 часов работы.

• Температура корпуса – не должна превышать 80°C.

• Уровень вибрации – не более 4,5 мм/с согласно ISO 10816.

Своевременная диагностика позволяет выявить износ компонентов на ранней стадии и предотвратить дорогостоящий ремонт.

Как пользоваться вакуумным насосом

Последовательность запуска: Проверяется уровень масла для масляных насосов. Входной клапан закрывается для предотвращения перегрузки. После включения ожидают выход на режим 3-5 минут, затем плавно открывают клапан с контролем давления.

Важные правила эксплуатации:

• Использовать входные фильтры с размером пор 5-25 мкм.

• Не превышать рабочее давление, указанное в паспорте.

• Применять газобалласт при откачке конденсирующихся паров.

• Избегать работы при атмосферном давлении более 5 минут.

Соблюдение правил эксплуатации продлевает срок службы насоса в 2-3 раза и снижает затраты на обслуживание.

Как выбрать вакуумный насос

Ключевые параметры

При выборе насоса учитывают технические и эксплуатационные параметры. Быстрота действия должна превышать газовую нагрузку в 2-3 раза. Предельное давление выбирается в 10 раз ниже рабочего. Материалы должны быть совместимы с откачиваемыми средами.

Рекомендации по подбору

Специалисты Siderus помогут выбрать оптимальное решение из ассортимента ведущих мировых брендов:

• Flowserve – надежные насосы для химической и нефтехимической промышленности;

• BRINKMANN – специализированные решения для металлообработки и станкостроения;

• Alfa Laval – гигиенические насосы для пищевой и фармацевтической отраслей.

Комплексный подход Siderus включает технический аудит, подбор основного и вспомогательного оборудования, поставку, монтаж и полное обслуживание вакуумного насоса на протяжении всего срока эксплуатации.

Установка и обслуживание вакуумных насосов

Требования к монтажу: Насос устанавливается горизонтально с отклонением не более 0,5°. Для агрегатов свыше 5 кВт обязательны виброизолирующие опоры. Заземление выполняется медным проводником 16 мм² с сопротивлением контура не более 4 Ом.

График технического обслуживания вакуумного насоса

Применение вакуумных насосов в промышленности

Вакуумный насос в промышленности стал незаменимым элементом технологических процессов. Полупроводниковая промышленность требует вакуум 10⁻⁸-10⁻¹⁰ Па для производства чипов по технологиям 5-7 нм. Турбомолекулярные насосы обеспечивают необходимую чистоту для ионной имплантации и травления.

Пищевая промышленность использует вакуум для упаковки 70% мясной и 40% молочной продукции в развитых странах. Практический пример: внедрение винтовых насосов Busch COBRA на крупном мясокомбинате позволило повысить производительность упаковочной линии на 30%, снизить энергопотребление на 40% и полностью окупить инвестиции за 14 месяцев эксплуатации.

Металлургия применяет вакуум для производства 25% высококачественных сталей. Вакуумно-дуговой переплав при 0,1-1 Па удаляет до 90% водорода и 80% азота из расплава.

Заключение

Вакуумные насосы обеспечивают критически важные условия для стабильного функционирования технологических процессов в промышленности. Эффективность оборудования зависит от корректного выбора типа насоса, соответствующего параметрам среды, уровню вакуума и требованиям к чистоте процесса.

Принципы действия и конструктивные особенности вакуумных насосов определяют их применимость в задачах различной сложности — от упаковки пищевых продуктов до создания сверхвысокого вакуума в микроэлектронике. Надежная эксплуатация оборудования требует соблюдения регламентов обслуживания, контроля технического состояния и использования совместимых расходных материалов.

Компания Siderus поставляет оригинальное импортное вакуумное оборудование от ведущих зарубежных производителей. Оборудование подбирается с учетом специфики технологических задач заказчика и соответствует актуальным отраслевым стандартам. 

К нам обращаются когда нужен надёжный поставщик технически сложного оборудования или его запасных частей. Направляйте ваши актуальные заявки на на почту info@siderus.ru мы подготовим для вас коммерческое предложение с ценой и сроками поставки от производителя.