Для чего нужны и как работают вакуумные насосы

Вакуумные насосы – оборудование, используемое во многих сферах деятельности человека. Они позволяют решать как простые бытовые, так и сложные научно-технические задачи.

В этой статье мы рассмотрим принцип действия и классификацию устройств, а также объясним, почему термин «вакуумный насос для воды» не является корректным.

Область применения вакуумных насосов

Устройства представлены в большом разнообразии, что обуславливает широкие возможности их применения. Это могут быть упаковка пищевых продуктов, создание герметичных соединений в конструкциях, устранение засоров в трубопроводах, участие в системах осушения и дегазации, где требуется вакуумное воздействие на влажные среды (без откачки воды напрямую), научные эксперименты, хобби и прочее. Все это возможно благодаря способности насосов удалять воздух из замкнутого пространства.

В ассортименте вакуумных насосов мы рассмотрим модели, которые чаще используют для решения бытовых задач. Как правило, они компактные, недорогие и простые в эксплуатации.

Основные подвиды:

• пластинчато-роторные – подходят для формирования соединений и экспериментальной деятельности;
• водокольцевые – можно включать в системы кондиционирования и вентиляции;
• мембранные (диафрагменные) – часто применяются в лабораториях и производствах с агрессивными средами.

Перечисленные примеры также подходят для упаковки пищевых продуктов или негабаритных вещей. Для этого достаточно компактного прибора с производительностью 10-30 л/мин.

В мастерской и лаборатории обычно используют модели на 0,5-50 л/мин, а для обслуживания кондиционера или холодильника требуются 20-60 л/мин.

В некоторых специализированных системах вакуумные насосы используются как часть схемы обезвоживания или дегазации жидкости, но не для полива и не для перекачки воды.

Принцип действия

Для вакуумного насоса необходимо замкнутое пространство, из которого можно откачать воздух или пар. При таких условиях он способен создавать вакуум (разрежение).

Принцип работы следующий:

• внутри рабочей камеры происходит механическое изменение объема, что приводит к снижению давления;
• через входной патрубок, подсоединенный к объекту, происходит всасывание газа;
• газ сжимается за счет уменьшения объема камеры по мере заполнения;
• давление растет до значения, превышающего давление на выходе;
• закрывается впускной и срабатывает выпускной клапан;
• забранная порция газа выходит наружу;
• цикл повторяется.

В зависимости от типа механизма принцип работы может отличаться.

Например:

• у пластинчато-роторного насоса подвижные пластины на вращающемся роторе образуют «карманы» переменного объема, скользя по стенкам;
• у мембранного рабочий орган – гибкая диафрагма (мембрана), которая меняет объем камеры;
• у поршневого основной элемент – поршень;
• у водокольцевого вакуумного насоса во время работы импеллера формируется эксцентричное водяное кольцо, благодаря которому образуются серповидные полости переменного объема.

Для создания вакуума устройство должно быть герметичным, чтобы поддерживать давление внутри на нужном уровне. Для отведения тепла от сжатого воздуха необходима исправная система охлаждения, особенно у масляных моделей. Еще одно важное условие – синхронная работа впускного и выпускного клапанов.

Классификация вакуумных водяных насосов

Классификация позволяет упростить выбор нужного оборудования для решения конкретных задач. В основе разделения вакуумных насосов на подвиды лежат конструктивные особенности, принципы действия и другие параметры.

Рассмотрим особенности каждого вида.

По конструктивному исполнению рабочего механизма выделяют три группы:

1. механические, работающие за счет изменения объема камеры – это поршневые, мембранные, пластинчато-роторные, двухроторные (Рутса), водокольцевые, золотниковые, винтовые и спиральные модели;
2. физико-химические – криогенные, сорбционные, магниторазрядные;
3. струйные – эжекторные и водоструйные.

Молекулярно-струйные (диффузионные, паромасляные) выделяют в отдельную подгруппу высоковакуумных насосов.

Обратите внимание – в зависимости от типа механизма оборудование имеет разную защиту:

• стандартную;
• от химически активных веществ в агрессивных условиях;
• от взрывов в зонах повышенной опасности.

Выше мы рассмотрели особенности устройств относительно того, как они работают.

Здесь же следует различать газопереносные и газосвязывающие модели:

• Первые физически перемещают молекулы за счет изменения объема рабочей камеры (поршневые, мембранные) или кинетического переноса молекул при взаимодействии с быстро вращающимися лопатками(турбомолекулярные, диффузионные).
• Вторые связывают газ путем физико-химического воздействия на него. Это может быть конденсация, адсорбция или химическая реакция (криогенные, сорбционные насосы).

Вакуумные насосы делят на 4 вида в зависимости от того, используется ли смазка или рабочая жидкость:

1. маслозаполненные – масло, в значительном количестве залитое в камеру, повышает ее герметичность, а также охлаждает и смазывает подвижные части;
2. маслосмазываемые – смазку используют только для уплотнения и охлаждения подвижных узлов (в камеру его не заливают);
3. сухие – смазка допустима только в местах непрямого контакта с рабочей средой, что важно для выполнения максимально «чистых» задач;
4. с жидкой рабочей средой – работают с паром, водой или другой жидкостью, которые обеспечивают герметичность, охлаждение и снижение трения подвижных деталей.

Диапазон давлений зависит от эффективного размера вакуумной системы (числа Кнудсена), поэтому предельные значения для выделяемых подгрупп могут быть только условными. На основании этого параметра различают 4 основных класса – от низковакуумных до сверхвысоковакуумных.

Если одновременно использовать несколько разных насосов в сложных системах, то у каждого будет свое назначение:

• форвакуумные (низковакуумные) создают предварительное разрежение, необходимое для работы высоковакуумных насосов;
• дожимные или бустерные следуют за форвакуумными, когда стоит цель повышения производительности системы;
• сверх- и высоковакуумные обеспечивают глубокий вакуум в основной камере.

По производительности для удобства выбора есть еще одно разделение. Здесь рассматривают десятки, сотни или тысячи л/мин. Бытовые вакуумные насосы обычно относят к низкопроизводительным (0,5-100 л/мин), реже – к средней категории (100-150 л/мин).

Резюмируем

Итак, вакуумные насосы позволяют решать как бытовые, так и научные или производственные задачи. Классификация широкого ассортимента устройств по различным признакам позволяет упростить выбор оптимального варианта для конкретного случая.