Спіральні насоси: огляд, принцип роботи

Спіральні насоси вакуумного типу з внутрішнім стиском належать до електромеханічних пристроїв, які широко застосовуються науковій сфері та промисловості. Область їх використання включає певні технологічні процеси, в результаті яких створюється глибокий вакуум. Середня продуктивність пристроїв становить до 35 куб. м/год. З причини наявності абсолютно сухої середовища, подібна помпа може брати участь також для перекачування активних газів. Розглянемо особливості і переваги цього обладнання.

Історія створення

Першими спробами створення спірального насоса можна вважати вимірювання показань атмосферного тиску, проведене фізиком з Італії прізвища Торрічеллі. Вивчивши отриману інформацію, він зробив висновок про існування вакууму, незабаром довівши свою гіпотезу. Класичну конструкцію даного приладу створили на початку 18 століття за проектом французького інженера Леона Круа. Вчений розробив механізм на базі роторного пристосування з двома спіралями постійного кроку. При цьому один з елементів залишається стабільно нерухомим, кріпиться на корпусі. Друга спіраль ковзає у внутрішній частині з орбітальної траєкторії. Серійний випуск спіральних вакуумних насосів налагодили з 1980-го року. Перші моделі забезпечували відведення повітря і наддув для моторів і кондиціонерів. Зараз сфера використання таких компресорів істотно розширилася, включаючи господарську діяльність, космічну інженерію, промисловість. Спіральні модифікації експлуатуються переважно в лабораторіях і на підприємствах.

Особливості

Дві спіралі розташовані між собою під кутом 180 градусів. Вони створюють серповидні відсіки, в яких переміщення газу забезпечується різницею тиску в них. Електричний мотор передає крутний момент на вал, після чого спіралі здійснюють орбітальне рух, а обсяг газу, поступово стискаючись, прагне до центральної частини. Подібні прилади відносяться до класу форвакуумні спіральних насосів сухого типу з внутрішнім стиском. В конструкції не передбачено використання масел для ущільнення спряжених елементів. Розглянуті помпи можуть експлуатуватися в умовах високої ймовірності утворення конденсату.

Плюси

Основні переваги спіральних насосів:

Повна відсутність масляних парів дозволяє застосовувати прилади для створення хімічно чистих компонентів у вакуумі.

Під час роботи у внутрішній частині не скупчуються абразиви, що подовжує ресурс механічних деталей, забезпечуючи високий коефіцієнт стабільності.

Відсутність шуму і низька ступінь вібрації дає можливість використовувати пристрій в приміщеннях, де знаходяться люди.

Пуск і початок роботи насоса вимагає мінімальних зусиль.

Пристосування відрізняється невеликою масою, не вимагає спеціальної рами або станини для транспортування.

Компактність. Є навіть настільні модифікації.

Надійність механічних вузлів та електроніки.

Агрегати оснащуються спеціальними системами для герметизації підшипників, ущільнення вала, видалення пилу та твердих частинок.

Високий ККД (приблизно 95%).

Широкий діапазон робочих тисків і опція високоточною відкачування.

Виділяється тепло – мінімально, є повноцінна система атмосферного охолодження.

Практично всі моделі обладнані лічильником відпрацьованих годин, не вимагають проведення складною і витратною профілактики.

Комплектація

Пристрій насоса спірального залежить від конкретного виробника, однак будь-яка конструкція включає в себе базові елементи, а саме:

Корпус з кованого чавуну з полутомпаковым напиленням.

Станину (дистанція до рухомої спіралі становить від 005 до 001 мм).

Механізм противаги.

Рухому частину, здійснюючу орбітальне обертання.

Пристосування проти заклинювання.

Ексцентриковий Вал (агрегує з електричним приводом).

Сільфон, який забезпечує герметичність з'єднань, запобігаючи впровадження парів масла.

Каучуковий ущільнювач, стійкий до мастильних матеріалів.

Як функціонує?

Принцип роботи насоса спірального полягає у виштовхуванні газу від периферійної частини до центру за допомогою рухомого елемента, що створює дві серії серповидних обсягів. Потім обсяг нагнітається через парну і отвір в середині торцевого диска нерухомої станини. Число обертань повного робочого циклу з однією порцією газу ідентично кількістю витків спіралі. Для цього застосовується евольвенти, спіраль Архімеда, різноманітні дуги кіл і їх варіації. Основна відмінність роботи даного агрегату – це те, що всмоктування, стиснення і нагнітання здійснюються синхронно, одночасно в декількох порожнинах. Дифузія газу між секторами низького і високого тиску знижується завдяки розподілу обсягів між собою. Таке рішення дозволило повністю відмовитися від використання нагнітальних і всмоктувальних клапанів.

Спіральні насоси Anest Iwata

Дані агрегати випускаються японською компанією з 1990-го року. Ці насоси застосовуються в різних сферах, включаючи вакуумні печі, лабораторне обладнання, іонну обробку, системи напилення. Прилад відрізняється добре збалансованим механізмом, низьким рівнем пульсацій і шуму, а також надійно захищений від попадання масла або часток у вакуумну камеру.
Короткі характеристики на прикладі модифікації Anest Iwata ISP-90:

Тип охолодження – повітряне.

Швидкість відкачки – 90 л/хв при 50 Гц.

Максимальний вакуум – 5 Па.

Потужність споживання – 015 кВт.

Рівень шуму – 52 дБ.

Маса – 13 кг.

Габарити – 308/182/225 мм.

Робоча напруга – 220 В.

Вакуумний спіральний безмасляний насос XDS35i

У виготовленні цього приладу використовується запатентована технологія сильфонного введення руху, що дозволяє повністю ізолювати підшипники від робочого відсіку. Така конструкція виключає попадання в нього хімічно-активних і масляних компонентів. Порт логічного інтерфейсу дає можливість коригувати частоту обертів вала. Параметри:

Продуктивність – 43 куб. м/год.

Відкачування по максимуму – 35 куб. м/год.

Граничний тиск на виході – 1 бар.

Потужність мотора – 520 Вт.

Робочий температурний режим – 10-40 градусів.

Маса – 48 кг.

Гучність – 57 дБ.

Застосування

Спіральні відцентрові насоси успішно застосовуються в різних сферах. Нижче наведено перелік основних напрямків:

У медицині – для очищення компонентів різних речовин при практично повному вакуумі (апарати вентиляції легенів і штучного дихання).

У фармацевтиці – для знезараження лікарських препаратів (антибіотиків) від продуктів життєдіяльності мікроорганізмів.

У промисловості – у якості форвакуумного пристосування при складанні насосів турбомолекулярного або дифузійного типу.

Для проведення фізичних досліджень при вивченні фоточутливих полімерів і розріджених газів.

У випробуваннях – для імітації невагомості і хвилеподібного вакууму (при тестуванні супутників, метеозондов, орбітальних модулів, літальних агрегатів, ракет).

У біологічних дослідженнях – для вивчення впливу вакууму на різні життєві форми.

В мікроелектроніці – для виготовлення напівпровідників в умовах нівелювання окисного дії.

У хімічній галузі – для створення постійного потоку сировини (розщеплення матеріалу на фракції, наприклад при створенні ефірів).

У харчовій галузі – упаковка товару в пластиковий рукав.

При виготовленні складних оптико-механічних пристосувань (електронних мікроскопів).

На закінчення

Наведений вище перелік – це далеко не всі сфери, де застосовується вакуумний спіральний насос. Подібне устаткування суттєво полегшує різні види діяльності. Особливо прилад незамінний у випадках, коли потрібне створення безмасляного вакууму. Варто зазначити, що цей напрямок є основним в індустрії розробки і випуску насосного обладнання. Завдяки широким можливостям і особливостям конструкції, виготовляються моделі, як промислового зразка, так і компактні (настільні) варіанти.