Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 0

Устройство и принцип работы вакуумного насоса

Принцип работы вакуумных насосов

Анализ конструкций насосов, создающих вакуум, показывает, что почти все вакуумные насосы работают по принципу вытеснения, аналогично объёмным насосам (за исключением паромасляных и пароэжекторных насосов, в которых используется принцип энжекции). Величина вакуума зависит от герметичности рабочего пространства, создаваемого рабочими органами насоса (золотниками, пластинами, колесами совместно с жидкостью). Насос в конечном счете должен обеспечить два важнейших условия: понизить давление в замкнутом пространстве до определённой величины Рвmin путём забора газовой среды из замкнутого пространства (объёма) и осуществить это за определённое время. Если объём забора газовой среды насос обеспечивает, но при этом не достигается понижение давления до заданной величины, то применяется форвакуумный насос, дополнительно понижающий давление газовой среды. Эта схема работы вакуумного насоса аналогична последовательному соединению насосов. Если насос обеспечивает заданную величину понижения давления, но не обеспечивает скорости забора, то подключают другой насос. Эта схема работы вакуумного насоса аналогична параллельному соединению насосов.

Рис. 1. Схематическое изображение золотникового вакуумного насоса:

1 — корпус, 2 — крышка, 3 — устройство газобаластное, 4 — вал 5 — эксцентрик, 6 — направляющая, 7 — плунжер, 8 — шкив насоса, 9 — клапан, 10 — термопреобразователь, 11 — рым-болт, 12 — сальник, 13 — пробка, 14 — подшипник, 15 — крышка подшипника, 16 — заглушка, 17 — уплотнитель.

Из вышеизложенного следуют основные принципы замены вакуумных насосов: заменяющий насос или комбинация насосов должны соответствовать заменяемому насосу по быстроте действия (производительности) при одинаковых условиях на всасывании; заменяющий насос или комбинация насосов должны обеспечить необходимую величину вакуума. В качестве дополнительных требований к заменам насосов в ряде случаев являются: стойкость материалов в агрессивной и токсичной газовой среде, недопустимость смешивания этой среды с жидкостью или балластным газом и др. В совокупности с гидравлическими насосами чаще всего работают вакуумные водокольцевые насосы, в качестве вспомогательных, обеспечивающих вакуум на всасывании крупных центробежных насосов. Эта система позволяет обеспечить на насосных станциях работу в “самовсасывающем режиме”, а также экономить на капиталовложениях за счёт меньшей заглублённости насосов и насосных станций. Если нет специальных требований по времени запуска центробежного насоса, то заменяющий насос может медленнее, чем заменяемый насос, обеспечить заданную величину вакуума на всасывающей магистрали центробежного насоса, что, как правило, бывает допустимо. В тех случаях, когда откачиваемый газ является токсичным, применение серийного водокольцевого насоса по обычной схеме недопустимо, т.к. балластная жидкость может соединяться с токсичным газом.

Конструктивные типы вакуумных насосов.

Если говорить об уровне вакуума и его использовании в промышленных и исследовательских целях, то:

— в массовой мировой промышленности очень широко применяют форвакуум и средний вакуум;

— в более редких высоких технологиях используют форвакуум, средний и высокий вакуум;

— в лабораториях и исследованиях можно встретить все классы вакуума, в т.ч. и сверхвысокий.

Для получения всех классов в промышленности применяют различные конструкции вакуумных насосов, основные типы которых приведены в Таблице 3.

Таблица 3

Мембранный вакуумный насос:

— 1 ступень откачки
— 2 ступени откачки
— 3 ступени откачки
— 4 ступени откачки

Соответственно работа в диапазоне:

— от 100 мбар абс. до атмосферного давления
— от 10 мбар абс. до атмосферного давления
— от 2 мбар абс. до атмосферного давления
— от 0,5 мбар абс. до атмосферного давления

Вихревая воздуходувка

от 600 мбар абс. до атмосферного давления

Двухроторнвя воздуходувка

от 400 мбар абс. до атмосферного давления

Сухой пластинчато-роторный

вакуумный насос

от 150 мбар абс. до атмосферного давления

Водокольцевой вакуумный насос

от 33 мбар абс. до атмосферного давления

Сухой кулачковый вакуумный насос

от 20 мбар абс. до атмосферного давления

Пластинчато-роторный вакуумный насос с рецикркуляционной смазкой

от 0,5 мбар абс. до атмосферного давления

Сухой спиральный вакуумный насос

от 0,01 мбар абс. до атмосферного давления

Сухой винтовой вакуумный насос

от 0,01 мбар абс. до атмосферного давления

2-х ступенчатый пластинчато-роторный вакуумный насос с масляной ванной

от 0,0005 мбар абс. до атмосферного давления

Сухой вакуумный насос Рутса (бустерный)

от 0,001 до 25 мбар абс.

Высоковакуумные насосы:

— турбомолекулярные
— диффузионные паромасляные
— криогенные
— магниторазрядные
— сорбционные, ионные и гетероионные

от 10-11 до 5 мбар абс.

В этом разделе основной акцент сделан на насосы для получения форвакуума, т.к. это самая востребованная ниша рынка вакуумного оборудования, и не только в России и странах СНГ, а и во всем мире.

Следует также знать, что высоковакуумные насосы не могут работать без вакуумных насосов фор- и среднего вакуума, т.к. они стартуют в работу только с пониженных давлений (как правило, со среднего вакуума) и выхлоп у них должен происходить в зону вакуума, иначе высокий и сверхвысокий вакуум недостижим. Т.о. форвакуумные насосы и насосы среднего вакуума востребованы во всех отраслях промышленности, высокотехнологичных сферах и в научных исследованиях.

Популярные производители

Наиболее востребованы установки для скважин от следующих компаний:

  • GRUNFOS. Датско-немецкая фирма с большим опытом изготовления подобных видов оборудования, относится к мировым лидерам. Всё, что она производит, отличается эффективностью и высокой надёжностью, а также современным дизайном. Продукция создаётся при использовании новейших технологий.
  • WILO. Немецкая организация, один из лидеров по производству насосного оборудования на европейском рынке. Предлагает широкий выбор надёжных и простых моделей. Они имеют качественные комплектующие, отличаются многофункциональностью, эффективны в работе.
  • CALPEDA. Итальянская продукция предлагает качество, достойное уважения конкурентов. Товары фирмы надёжны и долговечны, являют собою отличное соотношение цена/качество.

Насосное оборудование для откачки воды из погреба или подвала

Владельцы частных домов с помещениями, располагающимися ниже уровня земли, приобретают насосное оборудование для откачивания сточных, грунтовых вод в случае сезонного или аварийного затопления подполья. Присутствие воды в погребе отрицательно влияет на материалы фундамента, перекрытий, чернового пола, способствует появлению плесени, сырости на 1 этаже здания. Нежелательную жидкость удаляют стационарно установленными или переносными электронасосами.

Виды электронасосов для грязной воды

Функционально такое оборудование предназначено для перекачивания жидкости, загрязненной различными частицами. В повседневном режиме это подразумевает своевременное удаление сточных вод из септика. В случае порыва водопровода, закупорки труб или паводка имеющаяся отводящая линия не справляется с объемом, и подвал дома нуждается в дополнительном осушении. Даже в простой погреб лучше заранее купить переносной поверхностный насос или такой же погружной вариант, который устранит критическую ситуацию.

Устройство, принцип работы, назначение моделей обусловлены характеристиками перекачиваемой воды, способом монтажа, наличием и параметрами автоматики (влияет на цену).

По назначению агрегаты разделяют на 2 типа:

  1. Фекальные. Работают с сильно загрязненными средами. В комплектацию специально входят измельчители для сведения к минимальному размеру фракций твердых включений в потоке воды. Отлично выполняют свою задачу в системах канализации со сточными ямами ниже уровня отводящих труб и прогнозируемым составом жидкости по загрязнениям.
  2. Дренажные. Хорошо использовать для откачки грязной воды в погребе именно такие модели, так как они разрешают содержание твердых вкраплений до 10% от общей перекачиваемой массы. Всасывающие части имеют щелевую конструкцию и оснащены сетками с мелкой ячейкой из нержавеющего материала. Это позволяет без риска применять погружной насос для различных нужд на всей придомовой территории (колодцы, траншеи, природные водоемы, лужи, строительные котлованы, сливные ямы).

При неконтролируемых затоплениях подполья они обязательно оснащаются защитными фильтрами, так как вода из подвала может содержать не только органические и минеральные частицы, но и металлические, композитные фрагменты, повреждающие рабочий механизм, привод.

Отличия электронасосов по способу монтажа

Установка оборудования осуществляется выше уровня жидкости или в нижней точке получившегося резервуара. В соответствии с таким расположением поверхностный насос имеет достаточно длинный шланг на всасывающем патрубке, который опускается на пол затопленного погреба. Автоматический режим работы достигается с помощью выносного поплавкового механизма, подающего сигнал включения/отключения в зависимости от уровня в приямке.

Погружной тип ставят непосредственно на пол, снижая тем самым затраты мощности на подъем воды до рабочего колеса агрегата. Поплавковая автоматика закреплена прямо на электронасосах. Эти модели выполняются во влагозащищенных корпусах с усиленной изоляцией из ударопрочного пластика. Для стационарного расположения оборудуют специальный приямок и отводящую жесткую трубу на штуцер выдачи электронасосов удаляемой жидкости. Модели, погружаемые в воду, отдают в нее выделяемое тепло. При температуре выше +50°С они будут быстро перегреваться. Длительное включение в такой среде им запрещено

Это важно, если подвал дома затоплен в результате прорыва теплотрассы

Поверхностные установки изготавливают с более слабой защитой от проникновения влаги внутрь электрического механизма и требуют аккуратного обращения. Их лучше ставить на удаление из ямы канализационных стоков. На открытом для дождя и снега пространстве поверхностный насос стационарно не размещают – в таких условиях он прослужит мало. Если из подполья откачка грунтовых вод производится регулярно, то его монтируют в отапливаемом помещении с прокладкой жестких трубопроводов в приямок (нижняя точка) и сброса в отводящий капитальный дренаж.

Купить поверхностные модели стоит и в тех случаях, когда их предстоит использовать не только для периодического удаления жидкости из погреба, но и как передвижное оборудование на приусадебном участке для временных, строительных, сельскохозяйственных сезонных работ.

Общим для всех моделей с большой производительностью выкачки воды является центробежный принцип работы, изготовление внутренних деталей из нержавеющих сплавов.

Принцип работы вакуумного насоса

В быту водяной вакуумный насос используется достаточно редко, что связано со спецификой его работы. Это оборудование больше ориентировано на производственную и промышленную сферы, где требуется создание вакуума (разреженной среды) условий для вытеснения газа, пара или воздуха.

Принцип работы всего оборудования одной линейки одинаков – за счет работы мотора элиминируется пар или газ с изменением объема рабочей камеры. Разнятся между собой образцы характеристикой работы в зависимости от числа оборотов, объема и показателей расхода охлажденной воды и т.д.

Как работает?

По принципу действия, вакуумные насосы элиминируют газо- и парообразные среды и воздух. Независимо от устройства и вида модели, все вакуумные помпы работают по принципу действия вытесняющего момента. Такая же работа характерна и для объемных и даже поршневых насосов, которые также сперва вытесняют, а после уже перегоняют рабочую среду.

Плотность вакуума и его достаточность определяются по герметичности внутреннего пространства, которое создается не только за счет герметичных стыков, но и одновременной работы колес, пластин и золотников.

Величина вакуума зависит от герметичности и исправности всех деталей агрегата

За герметичность отвечает специальное вакуумное масло, которое полностью нивелирует возможность утечки газа или пара. Вязкая структура масла закрывает все трущиеся детали, а его плотности достаточно для того, чтобы закрыть и все возможные зазоры.

Устройство и принцип действия помпы сводятся к тому, чтобы сперва максимально снизить давление за определенный промежуток времени, чтобы в уже разреженной среде вытеснить пар или газ

И тут важно понимать взаимосвязь этих процессов, так как, например, если газ/пар уже выбран, а давление не снижено и рабочая поверхность не изменена, простой вакуумный насос уже не справится. Нужно подключать форвакуумный, который уже и начнет снижать давление до нужного уровня

Разновидности агрегатов

Вытесняющий роторный агрегат Рутса

Вся линейка оборудования относится к категории вытесняющего оборудования, которое работает исключительно «на сухую». В зависимости от функционала, скорости снижения давления и вытесняемой среды, выделяют следующие виды:

  • форвакуумные (вращательного типа);
  • высоко-вакуумные (турбомолекулярные, пароструйные, паромасляные);
  • молекулярные (эжекторные, водоструйные, диффузионные).

Если брать, к примеру, масляный вакуумный насос, то они делятся на такие подгруппы:

В устройство вакуумного насоса, вне зависимости от типа, входят такие элементы:

  • мотор;
  • кольца;
  • уплотнения и перепускной патрубок;
  • индикатор уровня вакуумного масла;
  • стационарный и мобильный подшипники;
  • рабочая камера;
  • патрубок отвода масла;
  • выпускной патрубок для отвода газа/пара.

Кольца на стадии сборки покрывают плотным слоем специального масла, исключающего риск повреждения при трении деталей.

Общая схема функционирования

Устройство и принцип работы вакуумного насоса основано на резком снижении рабочего давления до определенной отметки с последующим вытеснением газа, пара или воздуха. В момент работы в герметичной емкости создается вакуум (разреженная среда), а вытесненные пары отводятся либо просто наружу либо в специальную емкость.

Молекулы в газообразном или жидком состоянии следуют к зонам со сниженным давлением. Это закон физики, который на практике впервые был реализован еще в 19 веке, когда разработали ртутно-поршневой насос.

Функционирование большинства вакуумных аппаратов во многом зависит от схемы принципа вытеснения. Объем вакуумного пространства, который был получен таким образом, напрямую зависит от того, насколько загерметизирована камера. Это, в свою очередь, зависит от работы внутренних элементов и достаточности специального масла, о котором мы рассказали выше.

Так, например, стандартный насос может вытолкнуть газ или пар, но не сможет довести уровень давления до низшего предела. Форвакуумный, наоборот, быстро и резко снижает его, но вытеснить всю среду не сможет. Зная такие особенности, можно последовательно подключать агрегаты и доводить задачу до логического завершения.

Если прибор может вытеснить газ, но не снижает давление, подключается по схеме параллельного соединения еще один агрегат, задача которого – снизить до рабочего уровня.

Основные тонкости замены

Замена такого агрегата производится согласно таким принципам:

  1. При замене деталей или механизмов необходимо выбирать не просто

Разновидности самодельных конструкций

Видов насосов может быть много. Это зависит от их прямого предназначения. Самым простым вакуумным упаковщиком можно по праву считать медицинский шприц. Но недостаток его в том, что вакуум можно создать в маленьких объёмах

И даже если дома нет медицинского шприца, то можно с лёгкостью его купить в аптеке, только следует обращать внимание на размер

Но для того чтобы можно было упаковывать большие объёмы, хорошо подойдет автомобильный насос. Его нужно просто переработать под требуемые параметры. Тем более, вакуумный насос из автомобильного компрессора своими руками сделать не составит никакого труда.

Использование автомобильного насоса

Самодельный вакуумный насос можно выполнить из разных исходных материалов. Самые популярные варианты — это автомобильные и велосипедные ручные насосы.

А изготовить его можно с помощью следующих шагов:

  • Для начала необходимо разобрать конструкцию. Сперва открывается крышка на резьбе, которая держит весь механизм вместе.
  • Потом нужно вытянуть поршень и снять кольцо (оно выполняет функцию уплотнения). Снять его можно, открутив винт, расположенный снизу.
  • После этого уплотнитель нужно перевернуть и прикрутить винт обратно.
  • Собрать механизм.

Таким образом можно собрать аппарат, который создаёт несильный вакуум в ёмкостях с небольшим объёмом. Но дополнительно для вакуумного насоса нужно вмонтировать ещё и клапан.

Монтаж вакуумного клапана

Для того чтобы сделать вакууматор своими руками, в любом случае понадобится обратный клапан. Его можно легко найти в магазине, где продаются животные. Такая деталь устанавливается в компрессор от аквариума. Как вариант можно спросить знакомых, у которых есть рыбки, возможно, они имеют такие сломанные компрессоры. Поэтому обратный клапан будет не жалко, так как он уже сломан. Он идеально подойдёт в качестве запчасти для вакууматора.

Такой клапан необходимо закрепить на месте отверстия будущего аппарата. К клапану прикрепляется трубка, которая будет входить в ёмкость. Он также должен быть поставлен правильной стороной, чтобы втягивать воздух к себе, а не выпускать обратно. Для того чтобы проверить, в каком направлении работает клапан, перед установкой в него нужно подуть. Если воздух не проходит, то этой частью необходимо его прикреплять к основе конструкции. В том случае, когда клапан качественный и надёжно загерметизированный, то таким аппаратом можно создавать давление в 190 МБар.

Изготовление из компрессора

Небольшой насос не может исполнять все функции, которые нужны для современной хозяйки. Для более мощного аппарата необходимо использование дополнительных приборов. Для этого идеально подойдёт мотор с электроприводом. Можно использовать обыкновенный компрессор или помпу. Причём, такая работа абсолютно не трудоёмкая.

Нужно всего лишь вмонтировать трубку в отверстие мотора, но перед этим снять фильтр. После соединения трубки аппарат готов к использованию.

Вакууматор из мотора от холодильника

Бытовой компрессор не всегда можно найти в хозяйстве, поэтому следует искать альтернативные варианты. Холодильники, особенно некачественные, могут иногда ломаться. Вот из мотора от старого холодильника можно сделать вакууматор. Также можно использовать кондиционеры.

Такая конструкция создаётся по следующему алгоритму:

Для начала необходимо отрезать трубки холодильника, соединяющие компрессор, испаритель и конденсатор

На этом этапе нужно обратить внимание на то, каким образом компрессор подключается к сети и реле, так как неверная переделка и установка не только приведут к неправильной работе, но и конструкция может выйти из строя.
После этого только остаётся присоединить шланг и можно пользоваться.. Тем не менее у всех вариантов самодельной вакуумной конструкции могут произойти такие поломки:

Тем не менее у всех вариантов самодельной вакуумной конструкции могут произойти такие поломки:

  • Поломка электрического двигателя или его неквалифицированное подключение к сети.
  • Несогласованность привода и вала мотора холодильника.
  • Заклинивание рабочего элемента.
  • Создаётся накипь.
  • Перегрев вакууматора и его деталей.

Таким аппаратом можно без проблем откачать воздух из банки или бутылки.

Схема работы электропневмопривода включения ГВА

1 – газоструйный вакуумный аппарат; 2 – пневмоцилиндр привода ГВА; 3 – приводной рычаг; 4 – ЭПК включения ГВА; 5 – ЭПК выключения ГВА; 6 – ресивер; 7 – клапан ограничения давления; 8 – тумблер; 9 – атмосферный выход.

Для включения вакуумного струйного насоса необходимо заслонку в распределительной камере 1 повернуть на 90. При этом заслонка перекроет выход отработавших газов дизеля через глушитель в атмосферу. Отработавшие газы поступают в промежуточную камеру 5 и, проходя через приёмное сопло 4, создают разрежение в промежуточном сопле 3. Под действием разрежения в промежуточном сопле 3 атмосферный воздух проходит через сопло 8 и повышает вакуум в вакуумной камере 7. Данная конструкция газоструйного вакуумного аппарата позволяет эффективно работать струйному насосу даже при невысоком давлении (скорости) потока отработавших газов.

На многих современных пожарных автомобилях применяется электропневматическая система привода ГВА, состав, конструкция, принцип действия и особенности эксплуатации которой изложены в главе.

Рис. 4 Двухступенчатый газоструйный вакуумный аппарат

Порядок работы с вакуумной системой на основе ГВА приведён на примере автоцистерн модели 63Б (137А). Для заполнения пожарного насоса водой от открытого водоисточника или проверке пожарного насоса на герметичность необходимо:

  • убедиться в герметичности пожарного насоса (проверить плотность закрытия всех кранов, вентилей и задвижек пожарного насоса);
  • открыть нижний клапан вакуумного затвора (рукоятку вакуумного клапана повернуть «на себя»);
  • включить газоструйный вакуумный аппарат (соответствующим рычагом управления с помощью заслонки в распределительной камере перекрыть выпуск отработавших газов через глушитель в атмосферу);
  • увеличить обороты холостого хода двигателя до максимальных;
  • наблюдать за появлением воды в смотровом глазке вакуумного клапана или за показанием мановакууметра на пожарном насосе;
  • при появлении воды в смотровом глазке вакуумного клапана или при показаниях мановакууметра разрежения в насосе не менее 73 кПа (0,73 кгс/см2), закрыть нижний клапан вакуумного затвора (рукоятку вакуумного клапана установить в вертикальное положение или повернуть «от себя»), уменьшить обороты двигателя до минимальных холостого хода и выключить газоструйный вакуумный аппарат (соответствующим рычагом управления с помощью заслонки в распределительной камере перекрыть поступление отработавших газов в струйный насос).

Время заполнения пожарного насоса водой при геометрической высоте всасывания 7 м должно быть не более 35 с. Вакуум (при проверке пожарного насоса на герметичность) в пределах 73…76 кПа должен достигаться за время не более 20 с.

Система управления газоструйным вакуумным аппаратом так же может иметь ручной или электропневматический привод.

Ручной привод включения (поворота заслонки) осуществляется рычагом 8 (см. рис. 5) из насосного отсека, соединенным через систему тяг 10 и 12 с рычагом оси заслонки газоструйного вакуумного аппарата. Для обеспечения плотного прилегания заслонки к седлам распределительной камеры газоструйного вакуумного аппарата в процессе эксплуатации пожарного автомобиля требуется периодическая регулировка длины тяг с помощью соответствующих регулировочных узлов. Плотность прилегания заслонки в ее вертикальном положении (при включении газоструйного вакуумного аппарата) оценивается по отсутствию прохождения отработавших газов через глушитель в атмосферу (при целостности самой заслонки и исправности её привода).

Вывод по вопросу: Вакуумная система центробежного пожарного насоса предназначена для предварительного заполнения водой всасывающей линии и насоса при заборе воды из открытого водоисточника (водоёма), кроме того, с помощью вакуумной системы можно создать в корпусе центробежного пожарного насоса разряжение (вакуум) для проверки герметичности пожарного насоса.

Принцип работы пластинчатого роторного насоса

Пластинчато-роторные вакуумные насосы, принцип работы которых заключается в вытесняющем действии, представляет собой оборудование с масляным уплотнением. Система имеет в составе:

  • корпус;
  • лопасти;
  • внецентренно установленный ротор;
  • вход и выход.

Масляное уплотнение устанавливается на выпускной клапан, который разработан по подобию вакуумного предохранительного клапана. В процессе работы он находится в открытом состоянии. Рабочая камера располагается внутри корпуса, а лопасти ротора разделяют камеру на два отсека, разные по объему. Как только устройство будет включено, газ поступит в расширяющую камеру, пока его не перекроет второй лопастью.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации