Вакуумные установки: назначение, принцип работы, лучшие модели

Вакуумное оборудование — это технические средства, используемые для получения, сохранения и измерения вакуума. Вакуум — это состояние вещества, в котором в нем нет или очень мало газа. Вакуум используется в различных областях, таких как наука, промышленность и медицина.  Вакуумные установки — это системы, используемые для получения, сохранения и управления вакуумом. Они состоят из различных компонентов, таких как вакуумные насосы, контуры циркуляции вакуума, клапаны, датчики, измерительное оборудование и т.д. Вакуумные установки могут быть разных типов, в зависимости от применения. Например, вакуумные установки от VACYM.COM могут быть использованы для сушки веществ, фильтрации жидкостей, перемещения газов и жидкостей, а также для измерения различных характеристик веществ и явлений.

Измерительное оборудование — это технические средства, используемые для измерения различных характеристик веществ и явлений. Измерительное оборудование может быть использовано для измерения различных величин, таких как температура, давление, масса, объем и т.д. Измерительное оборудование широко используется в различных областях, таких как наука, промышленность, строительство и т.д.

Вакуумные насосы — это технические средства, используемые для создания вакуума и увеличения давления в определенной области. Они используются в различных областях, таких как наука, промышленность, медицина и т.д.

Существует несколько видов вакуумных насосов, которые работают по-разному. Ниже перечислены некоторые из них:

1. Роторные вакуумные насосы: работают на принципе ротора, который вращается внутри насоса, создавая вакуум. Эти насосы эффективны при низких давлениях и могут перемещать жидкости и газы.

2. Конденсаторные вакуумные насосы: работают на принципе конденсации газа в жидкость. Эти насосы эффективны при средних и высоких давлениях, но не могут перемещать жидкости.

3. Реактивные вакуумные насосы: работают на принципе испарения жидкости, создавая вакуум. Эти насосы эффективны при высоких давлениях и могут перемещать только газы.

4. Поршневые вакуумные насосы: работают на принципе взаимодействия поршня и поршневой камеры. Эти насосы эффективны при высоких давлениях и могут перемещать жидкости и газы.

5. Сушильные вакуумные насосы: работают на принципе извлечения влаги из газа, создавая вакуум. Эти насосы эффективны при низких и средних давлениях, но не могут перемещать жидкости.

Общий принцип работы вакуумных насосов состоит в том, что они увеличивают давление в определенной области, извлекая из нее газ или изменяя состояние вещества, что приводит к созданию вакуума. Вакуумные насосы широко используются в различных областях, таких как наука, промышленность, медицина и т.д. Они могут быть использованы для перемещения жидкостей и газов, а также для сушки и фильтрации веществ.

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.

Какое разряжение создает вакуумный насос

Основной принцип вакуумного насоса любого типа – это вытеснение. Он одинаковый у всех вакуумных насосов любого размера и любого способа применения.

Другими словами, принцип действия вакуумного насоса сводится к удалению газовой смеси, пара, воздуха из рабочей камеры.

В процессе вытеснения изменяется давление, и молекулы газа перетекают в требуемом направлении.

Навигация:

Два важных условия, которые должен выполнить насос – это создать вакуум определенной глубины, откачав газовую среду из необходимого пространства и сделать это в течении заданного времени.

Если какое-то из этих условий не выполняется, то приходится подключать дополнительный вакуумный насос. Так, в случае необеспечения требуемого давления, но за нужный промежуток времени, подключается форвакуумный насос.

Он дополнительно снижает давление, чтобы выполнились все необходимые условия. Этот принцип работы вакуумного насоса подобен последовательному подключению.

И наоборот, если не обеспечивается скорость откачки, но при этом достигается нужная величина вакуума, то потребуется другой насос, который поможет достичь необходимый вакуум быстрее. Такой принцип работы вакуумного насоса схож с параллельным подключением.

Примечание. Глубина вакуума, создаваемого вакуумным насосом зависит от герметичности рабочего пространства, которое создают элементы насоса.

Чтобы создать хорошую герметичность рабочего пространства применяется специальное масло. Оно уплотняет зазоры и полностью их перекрывает. Вакуумный насос, имеющий такое устройство и принцип действия называется масляным.

Если принцип вакуумного насоса не предусматривает использование масла, то он называется сухим. Преимуществом в использовании пользуются сухие вакуумные насосы, так как они не требуют обслуживания с заменой масла и так далее.

Кроме вакуумных насосов промышленного назначения, широкое применение получили небольшие насосы, которые можно использовать в домашних условиях.

К ним относится ручной вакуумный насос для перекачки воды из скважин, водоемов, бассейнов и прочего. Принцип работы ручного вакуумного насоса разный, все зависит от его типа.

Различаются такие виды ручных вакуумных насосов:

1. Поршневой.
2. Штанговый.
3. Крыльчатый.
4. Мембранный.
5. Глубинный.
6. Гидравлический.

Поршневой вакуумный насос работает за счет движения внутри него поршня с клапанами в середину корпуса. В результате давление уменьшается, и вода через нижний клапан поднимается вверх пока ручка поршня опускается вниз.

Штанговый вакуумный насос похож по принципу действия на поршневой, только роль поршня в корпусе выполняет очень вытянутая штанга.

Крыльчатый вакуумный насос имеет совсем другой принцип действия. Давление в рабочей камере насоса создается за счет движения рабочего колеса с лопастями (крыльчатка). При этом вода поднимается по стенке камеры, это повышает давление и, вода выплескивается наружу.

Более сложной конструкции является роторный вакуумный насос.

Но эта сложность компенсируется тем, что в возможности насоса входит перекачка не только воды, но и более тяжелых масляных жидкостей.

ТИПЫ ОБОРУДОВАНИЯ

На сегодняшний день существует три основных типа вакуумных упаковочных машин: аспирационные (бескамерные), камерные и термоформующие.

Аспирационные аппараты. Главная особенность – отсутствие камеры. Машина имеет компактные размеры и является по сути настольным вариантом. Вакуум создается непосредственно в пакете с продуктом. Происходит это по следующему сценарию. Незапечатанный край пакета с продуктом укладывается на термопланку. Затем он плотно прижимается верхней крышкой. Одновременно автоматически насос откачивает из упаковки воздух. На последнем этапе происходит запайка швов. Средняя скорость всей процедуры занимает не более 20 секунд и зависит отразмеров пакета.

Есть и свои особенности. В бескамерных машинах лучше использовать гофрированные пакеты со специальными микро-насечками для получения максимального качества упаковки. Не рекомендуют применяют дешевые двуслойные пакеты. Такая упаковка получается полукустарной и нарушает внешний вид упаковки.

К плюсам аспирационного оборудования можно отнести тот факт, что длина используемых для упаковки пакетов ничем не ограничена. А вот к недостаткам – невысокая производительность техники (минус для больших пищевых производств), невозможность упаковывать жидкие продукты (быстро засоряются фильтры для откачки воздуха).

Рисунок 26 – Аспирационный вакуумный аппарат

Камерные машины (трейсилеры). Производительности этих аппаратов достаточно для использования их на пищевых предприятиях малой и средней мощности. Они бывают настольные и напольные. Последние отличаются увеличенными габаритами, что позволяет выпускать их в двух модификациях: однокамерной и двухкамерной. Спаренная комбинация, естественно, ощутимо повышает производительность техники. Если, дооснастить такую машину дополнительным оборудованием (транспортерами, заполнителями инертной атмосферой и пр.), то скорость вакуумной обработки можно увеличить в разы.

Рисунок 27 – Камерные машины (трейсилеры)

Принцип работы камерных аппаратов отличается от аспирационных тем, что вакуум создается не в пакете, а в камере. Перед началом работы задаются нужные параметры: глубина вакуума, температура запайки, время. Продукт помещается в пакет. Его незапечатанный край укладывается на термопланку. Затем, верхняя крышка аппарата плотно прижимается. Достигнув необходимого вакуума с помощью насоса, машина переключается на запайку и последующую разгерметизацию камеры.

Благодаря возможности установки нескольких термопланок упаковывать одновременно можно до трех пакетов. Причем, как 2-х, так и 3-слойных. Однако использование многослойных пакетов имеет ряд ограничений. В частности, обтягивание продуктов неправильной формы может вызвать деформацию краев пакета и, как следствие, придать упаковке неэстетичный вид.

Термоформующие установки. Помочь в решении проблемы деформации упаковки призваны как раз термоусадочные установки. Процесс выглядит следующим образом. Продукт помещается в камерную машину. Вакуум образуется не в камере, а как в аспирационных аппаратах – в самой упаковке. Затем, пакет плотно закрывается с помощью клипсов. Лишняя часть кромки пакета отрезается. После вакуумирования продукт на конвейере поступает на термоусадочный станок, где погружается в термованну на ½ сек.

Рисунок 28 – Термоформующая установка

Примеры насосов и станций для инфузии и вакуумной формовки:

1. Передвижной вакуумный пост (тележка) для мелкосерийного производства

 Данный передвижной пост состоит из одного пластинчато-роторного вакуумного насоса (cухого или масляного в зависимости от ), совмещенного ресивера и емкости для улавливания излишков смолы, КИП. Поддержание давления осуществляется с помощью регулятора вакуума и/или соленоидных отсечных  клапанов.

Оснащается несколькими быстроразъемными вакуумными розетками (герметичность до -99.9 кПа).

2. Станция низкого вакуума для среднесерийного производства

Вакуумная станция CVS-EM

Для среднесерийного производства композитных изделий была построена технологическая линия на 4-6 рабочих постов. Вакуумная станция централизованная, на базе когтевого вакуумного насоса DZS150, подводка вакуума по коллектору (AIRNET).

Насос данной станции имеет предельный вакуум 50 мбар (-95кПа). Автоматика удерживает давление коллектора и ресивера в пределах 100..200 кПа. У каждого потребителя установлен вакуумметр и вакуум-регулятор.  Точка кипения наиболее часто используемого заполнителя около 100 мбар (-100 кПа). Для работы с заполнителями с более высоким давлением кипения используется вакуум-регулятор или меняются установки вакуума на АСУ станции.

3. Станция глубокого вакуума для серийного производства

Данная станция также является централизованной, состоит из 2х насосов: пластинчато роторного на 300м3/ч и винтового маслосмазываемого насоса с частотно-регулируемым приводом. Оба насоса имеют предельный вакуум менее 1мбар (-99,9кПа). Система оснащена уравнительным баллоном 1м3.

На данном производстве для инфузии используются составы не склонные к кипению даже при давлении 1 мбар. Отверждение происходит под действием температуры. В вакуумной магистрали поддерживается максимально глубокий вакуум.

Где применяется насос безмасляный

Область применения безмасляных насосов достаточна широкая. Это связано в основном с их главным достоинством – отсутствием масляных паров. Они используются и как самостоятельное оборудование, и как форвакуумный насос в вакуумных системах для создания предварительного вакуума.

Пластинчато-роторные насосы используются практически во всех областях, начиная от домашнего хозяйства и заканчивая большими промышленными производствами.

Это связано с большим ассортиментом оборудования, позволяющий выбрать насос любой мощности, производительности и габаритов. Широко используются пластинчато-роторные насосы на металлургических предприятиях, в машиностроении, в химической, термоядерной индустрии, для производства полупроводников и прочее.

Мембранные насосы имеют небольшие габариты, абсолютно герметичны, поэтому чаще всего они применяются в лабораториях для сушки, дистилляции, в испарительных установках, в научно-исследовательских центрах. Возможность обеспечивать высокую чистоту откачиваемой среды позволяет использовать их в фармацевтике и пищевой промышленности. Современные мембраны производятся из довольно стойких к агрессивной среде материалов, поэтому мембранные насосы часто устанавливаются на предприятиях химической, нефтехимической, горнодобывающей, стеклокерамической и лакокрасочной промышленностях.

Поршневой насос используется в аналитических системах, робототехнике, для вакуумной упаковки и других отраслях.

Способность винтового насоса откачивать абразивные среды позволяет использовать его в пищевой и нефтехимической промышленности. Широко применяется он в фармацевтике, металлургии, в полупроводниковом производстве, электронно-лучевой сварке, сушке, дегазации и так далее.

Спиральные насосы чаще используются при нанесении покрытий, в электронно-лучевой сварке, вакуумных печах, электронных микроскопах, спектрометрии, производстве ламп.

Датчики вакуумной системы

Самыми распространенными датчиками для измерения давления в различных диапазонах являются:

• термопарные;
• ионизационные;
• тензореристорные;
• конвекционные;
• мембранно-емкостные.

Термопарные датчики

Термопарные датчики используются в системах, которые способны работать с газами различного типа. Основным элементом датчика является нить накала, которая улавливает значение теплопроводности среды. Изменение давления приводит к тому, что различные газы начинают изменять свою теплопроводность. Измерение температуры происходит за счет термопары, которая имеется в датчике.

Ионизационные датчики

Ионизационные датчики, имеющие холодный катод, осуществляют ионизацию газа, которая происходит за счет разряда Пеннинга. Он, в свою очередь, возникает за счет напряжения происходящего между катодом и анодом. Ток, который возникает в ходе данного процесса, говорит о наличии в системе определенного давления. Датчики способны измерять давление в вакуумной системе в диапазоне 10-9 – 10-2 мбар.

Тензорезистоные датчики

В тензорезисторных датчиках имеется мембрана, которая разделяет датчик на два составных элемента. Один элемент подключен к камере, другой изолирован и используется на низких значениях давления. Измерение давления происходит за счет деформации мембраны, на которой находится тензорезистор. Он улавливает измнение сопротивления и передает на вакуумметр. Тензорезисторные датчики являются одними из самых точных и измеряют давление в широком диапазоне. Их можно исопользовать в вакуумной системе с давлением от 1 до 2000 мбар. Устройство данного типа применяемо с различными типами газов, поскольку не содержит нагревающихся элементов.

Конвекционные датчики

Конвекционные датчики значительно отличаются от других принципом теплопередачи. Благодаря своей конструкции, он отводит тепло за счет естественной конвекции. Это позволяет значительно увеличить скорость и теплового переноса. Как правило, производители создают их таким образом, чтобы обеспечивать вертикальное положение. В этом случае фланец находится внизу.

Мембранно-емкостные датчики

Принцип работы мембранно емкостного датчика достаточно прост. Диафрагма, имеющаяся в устройстве, регистрирует амплитуду прогиба при воздействии давления газа на входе. Давление мембранно емкостным датчиком осуществляется следующим образом: помещенная между пластинами диафрагма, во время вмещения в одну из сторон изменяет электрическую емкость, которая влияет на появление переменного тока, зависящего от величины давления.

Основные разновидности вакуумных насосов

Во время производства устройств для формирования вакуума применяют детали из пластмассы и металлов, которые обладают устойчивостью к химическому влиянию перекачиваемых веществ. Кроме того, элементы конструкции должны обладать достаточной прочностью. Обязательно подгоняют все узлы, проверяют герметичность, чтобы поверхности не пропускали обратно газы.

Выделяют несколько типов насосов, которые используют для дома и других целей.

Водокольцевые

Водокольцевой тип вакуумного насоса представляет собой одну из разновидностей жидкостно-кольцевых устройств, которые используются, чтобы разрежать циркуляцию чистой воды.

Прибор имеет цилиндрическую форму и ротор с лопатками, который вращается с помощью вала, который смещен от центра. Перед тем как включать устройство, его наполняют жидкостью. Когда запускается двигатель, крыльчатка разгоняет ее по стенкам корпуса. Между водой и роторным механизмом формируется серпообразная зона вакуума. В нее направляется газ из патрубка. Лопатки направляют его вдоль вала, и он выходит через отверстие.

Подобные типы устройств используют еще для того, чтобы частично очищать газ, когда он активно контактирует с жидкостью. Дополнительно присутствуют приспособления для откачки воды.

Водокольцевой вакуумный насос.

Применение жидкости как рабочей поверхности дает следующие плюсы:

1. Вода, когда вращается внутри устройства, не дает газу возвращаться.
2. Все детали устройства, когда постоянно вращаются, омываются водой, так что уменьшается трение, снижается их температура.
3. Подобный механизм редко нуждается в ремонтных работах и обладает долгим периодом эксплуатации. Кроме того, он потребляет немного электрической энергии.
4. Контакт с газами, которые содержат капли жидкости и небольшие механические примеси, не влияет на состояние оборудования.

Последний факт особенно важен при применении подобных устройств для откачивания воздуха из емкостей, которые содержат влагу. Используют их в кондиционерах, холодильных установках перед тем, как заполнять их фреоном.

Пластинчато-роторные

Насос пластинчато-роторного типа имеет корпус в виде цилиндра. Он отшлифован внутри. Сам ротор располагается в нем, при этом оси у них не совпадают. В роторе есть специальные двигающиеся пластины. Они прижаты к корпусу пружинами, так что внутри имеется сектор с пустым пространством.

Чтобы трение у пластин уменьшалось, их делают из материалов антифрикционного типа, а также применяют специальные масла с малой вязкостью. У таких насосов повышенная восприимчивость к чистоте газа или жидкости, которые перекачиваются, так что требуется периодически осуществлять очистку конструкции.

Пластинчато-роторный вакуумный насос.

Мембранно-поршневые

У мембранно-поршневых вакуумных насосов главной деталью служит гибкая мембрана, которая связана с механизмом рычагов. Его делают из материалов композитного типа, которые обладают стойкостью к нагрузкам. Края мембраны фиксируются к корпусу, а центр будет выгибаться.

К достоинствам такого механизма относится возможность использовать пневматический привод для контакта со взрывоопасными веществами, долгий срок применения, легкость регулирования расходов, экономичность, высокая герметизация, отсутствие остатков смазки и пр.

Винтовые

Функционирование основывается на том, что газ либо жидкость вытесняются вдоль вращающегося винта. Конструкция включает 1-2 ротора винтовидного типа, привод и статор. Из-за высокого качества устройство является недешевым. К преимуществам относится то, что уровень шума невысокий и есть способность перекачивать среды, которые содержат механические включения.

Устройство винтового насоса.

Вихревые

Вакуумные устройства вихревого типа похожи на и подобное оборудование. Конструкция включает колесо и лопасти, которые вращаются на валу. Отличие заключается в патрубке-приемнике. Он располагается снаружи корпуса, а не возле центральной оси.

Такие насосы просто использовать и легко ремонтировать. Но при этом специалисты указывают на то, что у них низкий коэффициент полезного действия. Кроме того, они восприимчивы к попаданию примесей механического типа.

Наши рекомендации

• Производительность работы с ручными шприцами зависит от физических сил и терпения. Довольно утомительно держать гладкий цилиндр одной рукой и изо всех сил тянуть шток поршня другой. Поэтому время перекачки указано примерно. Кстати, надо работать в толстых перчатках: ведь корпус шприца при попадании горячего масла моментально разогревается.
• Электрические насосы нужно сначала смочить небольшой порцией масла. Без этого их самовсасывание недостаточно: не более 10 мм ртутного столба. А вот если подать туда совсем немного любого масла, то насос создаст достаточное разрежение.
• Шприцевые изделия для откачивания масла мы не рекомендуем: и шлангов нет, и пользоваться неудобно.
• Из электрических изделий нормально себя проявил только SAMP 2 GS9222.
• Вакуумные насосы с камерами для накопления масла приводятся мускульной силой, но усилия не так велики, как в шприцах. Можно создать запас разрежения и перемещать конец шланга в поддоне для лучшего удаления остатков масла. Оба вакуумных устройства показали себя хорошо. При этом у «Мастака» запас прочности деталей меньше, чем у его колонноподобного конкурента. Зато «шарик» легче разместить где-нибудь в углу балкона.

Результаты нашей экспертизы относятся к конкретной выборке изделий и не могут служить основанием для суждений обо всей одноименной продукции.

Насосы для замены масла: выбор «За рулем»

Вакуумметры

Измерение давления разреженных газов в различных вакуумных системах проводят с помощью вакуумметров. Вакуумметр позволяет зафиксировать разный диапазон контролируемых величин и обеспечивают точность полученных данных.

Особенности устройства и применение вакуумметров

Особенности конструкции вакуумметров определяются их видом.

В целом стандартный прибор состоит из следующих элементов:

• измерительного блока;
• отсчетного устройства, функции которого у современного оснащения выполняет дисплей;
• блока управления.

Вакуумметры используют во время проведения различных технологических процессов, в том числе для контроля степени разрежения в маслопроводах, проверки работы вакуумных насосов и в лабораторных исследованиях. Они также необходимы и во время обслуживания кондиционеров и другой климатической техники.

https://youtube.com/watch?v=LOH9XPWlIjM

Характеристики и виды

В зависимости от принципа действия различают вакуумметры прямого и косвенного измерения. В основе функционирования первого типа — получение данных с помощью усилия, которое прилагают к чувствительному элементу. Устройства косвенного измерения определяют давление по любому свойству газа, меняющемуся вместе с изменением плотности.

К вакуумметрам прямого действия относятся следующие приборы:

• с твердым чувствительным элементом (мембранные, деформационные и емкостные);
• с жидким чувствительным элементом (компрессионные и U-образные).

Оборудование косвенного измерения представлено тепловыми, термопарными, ионизационными, резонансными и конвекционными вакуумметрами.

Как устроен вакуумный насос для откачивания воды

Водяные вакуумные насосы, которые относятся к специальному насосному оборудованию, одинаково успешно могут быть использованы для откачивания воды, газовой среды, а также газа, смешанного с жидкостью. Активно применяется такое оборудование как в различных отраслях промышленности, так и в быту (в частности, такими устройствами оснащаются системы автономного водоснабжения и полива, их применяют для откачивания воды из различных водоемов и ее транспортировки к месту потребления).

Принцип действия вакуумного насоса для воды

Принцип, по которому работает вакуумный насос для воды, заключается в следующем.

• Вода, находящаяся в рабочей камере, захватывается лопатками рабочего колеса и также начинает перемещаться.
• В результате вращения лопаток колеса вместе с жидкостью на последнюю оказывается центробежная сила, что приводит к отталкиванию жидкости к стенкам рабочей камеры.
• В результате протекания вышеописанных процессов в центральной части рабочей камеры создается разрежение воздуха (а фактически вакуум, так как корпус устройства надежно загерметизирован). В данную область рабочей камеры как раз и втягивается газовая или жидкая откачиваемая среда.

Степень герметичности рабочей камеры вакуумного насоса для воды можно регулировать, что позволяет уменьшать или увеличивать давление перекачиваемой среды в напорной магистрали.

Внешне вакуумный водяной насос похож на обычное устройство центробежного типа

Вакуумные насосы для откачки воды, как можно заметить, по конструкции и принципу действия мало чем отличаются от насосных устройств центробежного типа. Между тем имеют такие устройства целый ряд весомых преимуществ.

• Элементы конструкции оборудования обладают высокой прочностью и, соответственно, более высокой надежностью.
• При работе устройство создает низкий уровень шума и вибраций.
• Закачивание и подача воды протекают с высокой скоростью.
• Откачиваемое таким устройством вещество (жидкость, газ, жидкость в смеси с газом) подается в напорную магистраль с более высокой производительностью.
• За счет исключительно качественной герметизации в рабочей камере такого насоса формируется изотермическая среда.

Современные вакуумные насосы данного типа часто оснащаются встроенным грязеотделителем, предотвращающим попадание твердых включений, содержащихся в составе откачиваемой среды, во внутреннюю камеру.