Вакуумные насосы: устройство и принцип работы
Вакуумный насос откачивает газ из замкнутого объема, понижая показатель внутри. По сути, это оборудование удаляет молекулы воздуха из емкости, трубопровода или технологической камеры относительно окружающей атмосферы. Разберем, что такое вакуум с точки зрения физики, как устроен насос и где его применяют.
Что такое вакуум и в чем он измеряется
Вакуум - это состояние среды при показателе ниже атмосферного. Строго говоря, добиться абсолютной пустоты нельзя в принципе — даже в открытом космосе присутствуют единичные частицы, поэтому на практике вакуум это лишь степень откачки, а не полное отсутствие вещества.
Единица измерения вакуума совпадает с обычными единицами давления: паскали и производные от них, а также миллиметры ртутного столба, бары и торры. Давление в вакууме выражают либо в абсолютных величинах относительно идеальной пустоты, либо как разность по отношению к внешним условиям — второй способ чаще встречается в быту и на производстве.
По глубине разрежения выделяют несколько уровней: минимальный, средний, высокий и глубокий вакуум — область с показателем на много порядков ниже исходного, нужную для напыления покрытий, электронно-лучевой сварки, изготовления полупроводников.
Из чего состоит вакуумный насос
Конструктивно аппарат включает несколько узлов. Внутри корпуса находится рабочая полость, где перемещается и вытесняется среда. Ротор или поршень формирует разность давлений и обеспечивает откачку из подключенной линии, а вращает его электродвигатель. Выпускной клапан выводит отработанный воздух наружу, не давая ему вернуться обратно. У части моделей предусмотрен масляный контур — он герметизирует внутренние детали и помогает уйти глубже по шкале.
Принцип работы и виды
Технику делят на несколько категорий:
- Водокольцевые. Колесо крутится в корпусе с водой: центробежная сила формирует кольцо у стенок, а в середине снижается показатель. Влага и мелкий мусор им не страшны, поэтому этот тип прижился на заводах.
- Пластинчато-роторные. Ротор с подвижными пластинами вращается в эксцентричном корпусе, а масло держит герметичность. Способны опускаться до крайне малых значений там, где нужна серьезная откачка.
- Мембранные. Пониженный показатель создает возвратно-поступательный ход эластичной перегородки. Рабочая жидкость не соприкасается с откачиваемым газом, поэтому такие модели годятся для чистых и агрессивных веществ.
- Винтовые. Пара синхронных роторов сложной формы гонит воздух вдоль оси без взаимного контакта — отсюда высокая производительность, тихая работа и отсутствие смазки.
Где применяются
Подобная техника задействуется повсеместно: в формовке пластика и упаковке продукции защитной пленкой, в дегазации расплавов и жидкостей на заводах, в пищевой промышленности для продления срока хранения товаров, в медицине — для аспирационных систем и лабораторной фильтрации, в энергетике — при откачке трансформаторов и конденсаторов турбин. В строительстве насосы этого типа осушают котлованы и отводят грунтовые воды в связке с эжекторными установками, а в науке и электронике достигают предельно низких значений для экспериментов, напыления пленок и выпуска электронных компонентов.
Как подобрать насос
При выборе стоит учесть несколько моментов: требуемую конечную величину — для заводских задач обычно хватает умеренного или среднего значения, тогда как наука нередко нуждается в предельном разрежении; производительность, то есть объем среды за единицу времени (м³/ч); совместимость с откачиваемым веществом — присутствие паров, влаги или агрессивных соединений диктует конструктивное исполнение (масляное, безмасляное, водокольцевое); и требования к чистоте процесса — там, где недопустим контакт со смазкой, лучше подходят мембранные или винтовые варианты.
Часто задаваемые вопросы
Чем вакуум отличается от разрежения и низкого давления в целом?
Формально любое давление ниже атмосферного можно назвать пониженным, а термином «вакуум» чаще называют достаточно глубокую степень откачки, начиная с определенного порога. Резкой границы между понятиями не существует — на практике различие терминологическое и зависит от отрасли: в быту так называют почти любое заметное отклонение от нормы, а в науке — только состояния на много порядков ниже исходного показателя.
