Спиральные насосы: обзор, принцип работы

Спиральные насосы вакуумного типа с внутренним сжатием относятся к электромеханическим приспособлениям, которые широко применяются научной сфере и промышленности. Область их использования включает определенные технологические процессы, в результате которых создается глубокий вакуум. Средняя производительность устройств составляет до 35 куб.м/ч. По причине наличия абсолютно сухой среды, подобная помпа может участвовать также для перекачки активных газов. Рассмотрим особенности и преимущества этого оборудования.

История создания

Первыми попытками создания спирального насоса можно считать измерение показаний атмосферного давления, проведенное физиком из Италии по фамилии Торричелли. Изучив полученную информацию, он сделал вывод о существовании вакуума, вскоре доказав свою гипотезу.

Классическую конструкцию рассматриваемого прибора создали в начале 18 века по проекту французского инженера Леона Круа. Ученый разработал механизм на базе роторного приспособления с двумя спиралями постоянного шага. При этом один из элементов остается стабильно неподвижным, крепится на корпусе. Вторая спираль скользит во внутренней части по орбитальной траектории.

Серийный выпуск спиральных вакуумных насосов наладили с 1980-го года. Первые модели обеспечивали отвод воздуха и наддув для моторов и кондиционеров. Сейчас сфера использования таких компрессоров существенно расширилась, включая хозяйственную деятельность, космическую инженерию, промышленность. Спиральные модификации преимущественно эксплуатируются в лабораториях и на предприятиях.

Особенности

Две спирали расположены между собой под углом 180 градусов. Они создают серповидные отсеки, в которых перемещение газа обеспечивается разницей давления в них. Электрический мотор передает крутящий момент на вал, после чего спирали совершают орбитальное движение, а объем газа, постепенно сжимаясь, стремится к центральной части.

Подобные приборы относятся к классу форвакуумных спиральных насосов сухого типа с внутренним сжатием. В конструкции не предусмотрено использование масел для уплотнения сопряженных элементов. Рассматриваемые помпы могут эксплуатироваться в условиях высокой вероятности образования конденсата.

Плюсы

Основные преимущества спиральных насосов:

• Полное отсутствие масляных паров позволяет применять приборы для создания химически чистых компонентов в вакууме.
• Во время работы во внутренней части не скапливаются абразивы, что продлевает ресурс механических деталей, обеспечивая высокий коэффициент стабильности.
• Отсутствие шума и низкая степень вибрации дает возможность использовать устройство в помещениях, где находятся люди.
• Пуск и начало работы насоса требует минимальных усилий.
• Приспособление отличается небольшой массой, не требует специальной рамы или станины для транспортировки.
• Компактность. Имеются даже настольные модификации.
• Надежность механических узлов и электроники.
• Агрегаты оснащаются специальными системами для герметизации подшипников, уплотнения вала, удаления пыли и твердых частиц.
• Высокий КПД (примерно 95%).
• Широкий диапазон рабочих давлений и опция высокоточной откачки.
• Выделяемое тепло – минимально, присутствует полноценная система атмосферного охлаждения.
• Практически все модели оборудованы счетчиком отработанных часов, не требуют проведения сложной и затратной профилактики.

Комплектация

Устройство спирального насоса зависит от конкретного изготовителя, однако любая конструкция включает в себя базовые элементы, а именно:

• Корпус из кованого чугуна с полутомпаковым напылением.
• Станину (дистанция до подвижной спирали составляет от 0,05 до 0,01 мм).
• Механизм противовеса.
• Подвижную часть, совершающую орбитальное вращение.
• Приспособление против заклинивания.
• Вал эксцентриковый (агрегирует с электрическим приводом).
• Сильфон, который обеспечивает герметичность соединений, предотвращая внедрение паров масла.
• Каучуковый уплотнитель, устойчивый к смазывающим материалам.

Как функционирует?

Принцип работы спирального насоса заключается в выталкивании газа от периферийной части к центру при помощи подвижного элемента, создающего две серии серповидных объемов. Затем объем нагнетается через парную и отверстие в середине торцевого диска неподвижной станины.

Число вращений полного рабочего цикла с одной порцией газа идентично количеству витков спирали. Для этого применяется эвольвента, спираль Архимеда, разнообразные дуги окружностей и их вариации.

Основное отличие работы рассматриваемого агрегата – это то, что всасывание, сжатие и нагнетание осуществляются синхронно, одновременно в нескольких полостях. Диффузия газа между секторами низкого и высокого давления снижается благодаря разделению объемов между собой. Такое решение позволило полностью отказаться от использования нагнетательных и всасывающих клапанов.

Спиральные насосы Anest Iwata

Данные агрегаты выпускаются японской компанией с 1990-го года. Эти насосы применяются в различных сферах, включая вакуумные печи, лабораторное оборудование, ионную обработку, системы напыления. Прибор отличается хорошо сбалансированным механизмом, низким уровнем пульсаций и шума, а также надежно защищен от попадания масла или частиц в вакуумную камеру.

Краткие характеристики на примере модификации Anest Iwata ISP-90:

• Тип охлаждения – воздушное.
• Скорость откачки – 90 л/мин при 50 Гц.
• Максимальный вакуум – 5 Па.
• Мощность потребления – 0,15 кВт.
• Уровень шума – 52 дБ.
• Масса – 13 кг.
• Габариты – 308/182/225 мм.
• Рабочее напряжение – 220 В.

Вакуумный спиральный безмасляный насос XDS35i

В изготовлении этого прибора используется запатентованная технология сильфонного ввода движения, что позволяет полностью изолировать подшипники от рабочего отсека. Такая конструкция исключает попадание в него химически-активных и масляных компонентов. Порт логического интерфейса дает возможность корректировать частоту оборотов вала.

Параметры:

• Производительность – 43 куб.м/ч.
• Откачка по максимуму – 35 куб.м/ч.
• Предельное давление на выходе – 1 бар.
• Мощность мотора – 520 Вт.
• Рабочий температурный режим – 10-40 градусов.
• Масса – 48 кг.
• Шумность – 57 дБ.

Применение

Спиральные центробежные насосы успешно применяются в различных сферах. Ниже приведен перечень основных направлений:

• В медицине – для очистки компонентов различных веществ при практически полном вакууме (аппараты вентиляции легких и искусственного дыхания).
• В фармацевтике – для обеззараживания лекарственных препаратов (антибиотиков) от продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.
• В промышленности – в качестве форвакуумного приспособления при сборке насосов турбомолекулярного или диффузионного типа.
• Для проведения физических исследований при изучении фоточувствительных полимеров и разреженных газов.
• В испытаниях – для имитации невесомости и волнообразного вакуума (при тестировании спутников, метеозондов, орбитальных модулей, летательных агрегатов, ракет).
• В биологических исследованиях – для изучения влияния вакуума на разные жизненные формы.
• В микроэлектронике – для изготовления полупроводников в условиях нивелирования окислительного действия.
• В химической отрасли – для создания постоянного потока сырья (расщепление материала на фракции, например при создании эфиров).
• В пищевой отрасли – упаковка товара в пластиковый рукав.
• При изготовлении сложных оптико-механических приспособлений (электронных микроскопов).

В заключение

Приведенный выше перечень – это далеко не все сферы, где применяется вакуумный спиральный насос. Подобное оборудование существенно облегчает самые разные виды деятельности. Особенно прибор незаменим в случаях, когда требуется создание безмасляного вакуума. Стоит отметить, что это направление является превалирующим в индустрии разработки и выпуска насосного оборудования. Благодаря широким возможностям и особенностям конструкции, изготавливаются модели, как промышленного образца, так и компактные (настольные) варианты.