Принцип работы вакуумного насоса, устройство и особенности

Назначение вакуумных насосов. Отличие от компрессоров.

Сегодняшняя статья – первая часть большого материала по вакуумным насосам, который мы подготовили в справочных целях. В ней описано общее назначение, принцип действия. Также мы подробно отвечаем на вопрос, чем вакуумные насосы отличаются от своих родственников — воздушных компрессоров.

Введение

Оборудование, используемое для создания вакуума, аналогично воздушным компрессорам. Его даже можно использовать для получения сжатого воздуха или для получения вакуума в зависимости от способа установки.

Вакуумные насосы в целом можно рассматривать как компрессоры, которые уменьшают, а не увеличивают атмосферное давление.

Напомним, что суть сжатия воздуха (повышения давления) состоит в увеличении числа столкновений молекул в единицу времени. Напротив, суть вакуума заключается в уменьшении числа таких столкновений в единицу времени.

Вакуум в камере создается путем физического удаления молекул воздуха и вывода их из системы. Удаление воздуха из замкнутой системы постепенно уменьшает плотность воздуха в ограниченном пространстве, что вызывает падение абсолютного давления оставшегося газа. Вакуум создан.

Изменение давления, создаваемое в результате работы вакуумного насоса, не может превышать атмосферного давления. Номинальное атмосферное давление равно 760 мм ртутного столба на уровне моря при температуре 15 °С

Важно знать его значение на Вашем рабочем месте. Например, вакуумный насос, который создает разрежение в 730 мм ртутного столба, не сможет обеспечить такое разрежение, если атмосферное давление данной местности составляет 700 мм ртутного столба (например, в Чите)

Пропорция удаляемого воздуха при работе вакуумного насоса будет одинаковой при любом атмосферном давлении. Это значит, что в Чите указанный насос будет создавать разрежение, равное 730 * 700/760 = 672 мм.рт.столба.

Вакуумные насосы: принцип действия и отличие от компрессоров.

Вакуумный насос преобразует механическую энергию, подаваемую на вращаемый вал, в пневматическую энергию путем откачивания воздуха, находящегося внутри системы. Уровень внутреннего давления таким образом, становится ниже, чем у наружного атмосферного. Объем полезной работы, совершенной вакуумным насосом зависит от кол-ва откачанного газа и разности созданных давлений.

Механические вакуумные насосы используют тот же принцип работы, что и воздушные компрессоры, за исключением того, вакуумный насос всасывает воздух из замкнутого объема и удаляется наружу.

Основное различие между вакуумным насосом и компрессором в том, что давление воздуха на всасывающей линии всегда ниже атмосферного и становится исчезающее малым при высоких уровнях вакуума.

Другие отличия между вакуумными насосами и компрессорами таковы:

— у вакуумных насосов разница между создаваемым и атмосферным давлением не может быть выше 760 мм ртутного столба (при абсолютном вакууме). У компрессоров создаваемое давление может составлять десятки и даже сотни атмосфер.

— масса воздуха, подаваемого в вакуумный насос на каждый такт впуска, а также абсолютное изменение давления, уменьшаются по мере увеличения уровня вакуума. У компрессора производительность и давление постоянны.

— при высоких уровнях вакуума значительно меньше воздуха проходит через насос. Таким образом, практически все тепло, выделяющееся в процессе работы насоса поглощается и рассеивается внутри самого насоса. У вакуумного насоса не возникает проблемы отвода тепла, как у компрессора.

Получение вакуума в несколько ступеней

Как и при сжатии воздуха, создание вакуума может быть достигнуто за одно прохождение воздуха через насосную камеру. Но для этого может понадобиться и несколько этапов. Один вакуумный насос может использоваться в качестве первой ступени и уменьшать давление в камере, например, на 650 мм.рт. столба. Разряженный воздух подается в другой вакуумный насос, создающий более глубокий вакуум, например, в мембранный вакуумный насос. Тот уже будет доводить уменьшаемое давление до 750 мм.рт. столба. Зачем это нужно? Например, это может объясняться энергетической эффективностью, когда парная работа двух насосов разного типа приводит к меньшим энергозатратам, чем использование только одного насоса, создающего глубокий вакуум.

Как это работает?

Используется вакуумное оборудование во многих сферах и большинство предприятий не представляют возможным свою деятельность без него. Вакуумные устройства не так просты, как кажется. Они имеют довольно сложную конструкцию. Большая часть этих агрегатов основывается на вытеснении. Иными словами, создание вакуума происходит при удалении вещества из замкнутого пространства. Задача же самого вакуумного насоса – изменение внутреннего давления в пространстве за определенный период времени. Если же вовремя давление не меняется, то результата от такого устройства ждать не стоит. При удалении газов из воды, паров полости насоса изменяют объем, а молекулы перекачиваемого вещества отправляются, вытесняются в необходимом направлении. Такой принцип работы признан наиболее эффективным и обеспечивает максимальную продуктивность при незначительных энергозатратах. Используются такие агрегаты успешно во многих сферах, но большую популярность получили именно механические устройства. Наличие движущейся, вращающейся детали позволяет создавать расширительное пространство и выталкивать вещество из приемного патрубка через входное отверстие.

https://youtube.com/watch?v=bwqR2VPRlgA

Ремонт вакуумного насоса

Ремонт вакуумного насоса – сложный технологический процесс, требующий от специалиста необходимой квалификации и опыта. Следует заметить, что устройства данного типа отличаются высоким ресурсом и надёжностью. Однако, во избежание непредвиденных сбоев и поломок, требуется проведение плановых профилактических осмотров агрегата и замены изношенных деталей.

Распространённые виды неисправностей

Несмотря на надёжность и высокий ресурс вакуумного агрегата, как и любой другой технике, такому насосу требуется уделять внимание, а именно проводить профилактические осмотры, своевременно заменять изношенные детали. Самыми уязвимыми компонентами конструкции являются сальники, шланги и мембраны, поэтому этим деталям следует уделить особое внимание

Корпус же насоса может прослужить многие годы без появления дефектов.

Наиболее часто встречающимися неисправностями вакуумного насоса являются:

  • механический износ эластичных деталей, таких как сальники и мембраны;
  • устройство не выключается;
  • неравномерная интенсивность потока жидкости;
  • самопроизвольное включение насоса;
  • агрегат выходит из строя вследствие нехватки масла.

Механический износ деталей

Интенсивная эксплуатация насоса на предельных режимах, старение полимеров, естественное истирание расходных элементов приводит к механическому износу деталей, что приводит к выходу вакуумного насоса из строя.

Расположение мембраны вакуумного насоса.

Большая часть производителей насосного оборудования поставляют с агрегатом специальные ремкомплекты, которые позволяют устранить поломку в кратчайшие сроки, а также отличаются универсальностью. К примеру, в автомобилестроении широко применяется ремкомплект вакуумного насоса Т4 модели, ставший популярным среди автомобилистов благодаря хорошему соотношению цена-качество и надёжности. В состав комплекта входят клапаны насоса, мембрана и различные элементы крепления. Это те детали, которые наиболее подвержены износу при работе устройства, однако также в некоторые ремкомплекты входит помпа.

Проблемы с включением и выключением агрегата

Если насос самопроизвольно включается, можно сделать следующие выводы:

  • Неисправен датчик давления – в таком случае требуется его замена, данный элемент не подлежит ремонту;
  • при работе оборудования происходит захват воздушной массы – требуется тщательный осмотр системы на предмет нарушения герметичности, а также проверить уровень жидкости там, где происходит её забор;
  • нехватка давления в баке – информация о текущем давлении отображается на манометре, который входит в состав изделия;
  • требуется замена резиновой мембраны. Определить неисправность можно, нажав на ниппель в заднем отсеке бака – если выходит жидкость, мембрана неисправна.

Как выглядит рабочая мембрана и изношенная.

Плохое качество перекачиваемой жидкости или неотрегулированное реле может вызвать проблему с отключением насоса: неисправное изделие может производить перекачку жидкости, даже не уменьшая производительность, однако не выключаться, когда это требуется.

Параметры выбора

Чтобы выбрать подходящее водоподъемное оборудование, нужно знать, какие насосы бывают для скважин, чем они отличаются друг от друга

С другой стороны, для правильного выбора важно иметь информацию о параметрах самой скважины

Имеются в виду следующие её характеристики:

  • Диаметр;
  • Глубина;
  • Скорость наполнения и дебет (количество воды, которое скважина может дать за определенный промежуток времени);
  • Состав воды, наличие в ней нерастворенных примесей.

Прибор подбирается по габаритам, мощности, износостойкости и другим параметрам

Учитывать приходится и многие другие факторы – возможность подключения насосного оборудования к источнику питания, частота, периодичность и сезонность использования, цена. К счастью, сегодня это не проблема – ассортимент подобной техники настолько богат, что выбрать подходящую модель удается всем.

Залив насоса при помощи вакуум-насосов

Для создания вакуума в крупных насосах на насосных станциях широко применяют вакуум-насосы. Применяемые в практике вакуум-насосы делятся на две основные группы: поршневые и водокольцевые. В настоящее время на насосных станциях применяют водокольцевые вакуум-насосы – наиболее простые и компактные. На рисунке 113 приведена схема, поясняющая принцип работы водокольцевого вакуум-насоса. Если звездообразное рабочее колесо посадить на вал, расположенный коннентрично относительно цилиндрического корпуса, и корпус частично заполнить водой (рис. 113, а), то при вращении колеса благодаря действию центробежной силы вода прижмется к стенкам корпуса, а внутри цилиндра образуется воздушное кольцо, равномерно расположенное относительно втулки рабочего колеса. При этом объемы воздуха, находящиеся между лопатками, будут одинаковы (рис. 113.6); поэтому раз режение воздуха образовываться не будет.

Рис. 113. Схема работы вакуум-насоса

Совершенно иная картина будет наблюдаться, если рабочее колесо посадить на вал, расположенный эксцентрично по отношению к корпусу насоса (рис. 113,в). При вращении рабочего колеса водяное кольцо будет в верхней части касаться втулки и постепенно отставать от нее в направлении к нижней части. При этом объемы воздуха между лопатками будут постепенно увеличиваться от 1 до 3 и уменьшаться от 4 до 6. При увеличении объемов воздушных камер в них будет образовываться вакуум, который позволит воздуху поступать через всасывающее отверстие внутрь вакуум-насоса. При уменьшении объемов воздушных камер воздух будет сжиматься и нагнетаться в нагнетательное отверстие. Общее конструктивное устройство вакуум-насоса изображено на рисунке 114.

Максимальное разрежение, создаваемое водокольцевыми вакуум-насосами, достигает 9-9,5 метра водяного столба. Оптимальная производительность вакуум-насоса наблюдается при вакууме от 4 до 7 метров водяного столба.


Рис. 114. Конструктивная схема вакуум-насоса


Рис. 115. Схема залива насоса при помощи вакуум-насоса.

насоса наблюдается при вакууме от 4 до 7 метров водяного столба.

Расчетная величина разрежения, создаваемая вакуум-насосом, должна быть равна допустимой вакуумметрической высоте всасывания центробежного насоса.

Производительность вакуум-насоса при его подборе определяется временем, потребным для создания рас­четного разрежения. Обычно это время принимается равным 3-5 минутам.

На насосной станции устанавливают не менее двух вакуум-насосов (один – рабочий, другой – запасной). Наша промышленность выпускает два типа водокольцевых вакуум-насосов: РИК и КВН. Вакуум-насосы типа КВН выпускаются в двух исполнениях: с муфтой для непосредственного соединения с электродвигателем и со шкивом для ременной передачи.

Схема установки для залива при помощи вакуум-насоса изображена на рисунке 115. Согласно схеме отсасывающая труба вакуум-насоса подсоединяется к верхней точке заливаемого насоса, а напорная – к бачку или непосредственно к канализации.

Перед пуском вакуум-насос заливают водой. При работе насоса необходимо, чтобы через него непрерывно циркулировала вода для поддержания постоянного объема водяного кольца и для отвода тепла. Для этой цели к отсасывающей линии подводится вода от специального бачка или водопровода. Температура воды, циркулирующей в вакуум-насосе, не должна превышать 40-50°. Нагрев регулируется изменением количества циркулирующей волы.

Вакуум-насосы можно применять только для работы на чистой воде. Их выключают тогда, когда вакуумметр, установленный на отсасывающей трубе, покажет требуемое разрежение. При этом условии включается центробежный насос.

Общие сведения

Вакуумом (от лат. vacuum — пустота) называют состояние газа или пара при давлении ниже атмосферного. Условно различают различные уровни вакуума:

  • Низкий — диапазон давления больше 100 Па
  • Среднее – диапазон давления больше 0,1 Па и меньше 100
  • Большое – диапазон давления от 10-5 Па до 0,1 Па
  • Сверхвысокое – давление больше 10-5 Па

При современном развитии оборудования, создать вакуум совсем несложно. Самый простой агрегат, способный создавать вакуум – это вакуумный насос.

Действие насоса всех видов основывается на одном принципе, а именно вытеснении. Оно лежит в основе работы всех насосов разных объемов и методах использования. Вытеснение подразумевает избавление от газа рабочего отсека. В ходе действия меняется давление, а газовые элементы движутся по правильной дороге. При современном развитии оборудования, создать вакуум совсем несложно. Самый простой агрегат, способный создавать вакуум – это вакуумный насос.

Есть типы насосов, используемые в повседневной жизни (например, удобное хранение одежды либо продление годности пищи). Найти надежное устройство для создания пространства с разряженным воздухом поможет знание принципа работы оборудования.

Эффективность насоса имеет прямую зависимость от качества действия вытеснительного принципа. На объем вакуума, который может быть создан в атмосфере замкнутого типа, влияет герметичность рабочего отсека. Она обеспечивается благодаря золотникам, рабочему колесу и пластине. Последние два элемента можно найти на внешней части вакуумного насоса.

Устройство вакуумного усилителя тормозов

Конструктивно вакуумный усилитель представляет собой герметичный корпус округлой формы. Он устанавливается перед тормозной педалью в моторном отсеке. На его корпусе располагается главный тормозной цилиндр. Существует еще одна разновидность устройства – гидровакуумный усилитель тормозов, который включен в гидравлическую часть привода.

Вакуумный усилитель тормозов состоит из следующих элементов:

  1. корпус;
  2. диафрагма (на две камеры);
  3. следящий клапан;
  4. толкатель педали тормоза;
  5. шток поршня гидроцилиндра тормозов;
  6. возвратная пружина.

Корпус устройства разделен диафрагмой на две камеры: вакуумную и атмосферную. Первая расположена со стороны главного тормозного цилиндра, вторая — со стороны педали тормоза. Через обратный клапан усилителя вакуумная камера соединена с источником разряжения (вакуума), в качестве которого на автомобилях с бензиновым двигателем используется впускной коллектор перед подачей топлива в цилиндры.

В дизеле же источником разряжения служит электрический вакуумный насос. Здесь разряжение во впускном коллекторе незначительное, поэтому насос является обязательным элементом. Обратный клапан вакуумного усилителя тормозов разъединяет его с источником разряжения при остановке двигателя, а также в случае, при котором вышел из строя электровакуумный насос.

Диафрагма соединена со штоком поршня главного тормозного цилиндра со стороны вакуумной камеры. Ее движение обеспечивает перемещение поршня и нагнетание тормозной жидкости к колесным цилиндрам.

Атмосферная камера в исходном положении соединена с вакуумной камерой, а при нажатой педали тормоза – с атмосферой. Сообщение с атмосферой обеспечивает следящий клапан, перемещение которого происходит при помощи толкателя.

В конструкцию вакуумника в целях увеличения эффективности торможения в экстренной ситуации может быть включена система экстренного торможения в виде дополнительного электромагнитного привода штока.

Устройство и принцип работы пластинчатого насоса

Иногда возникает необходимость в перекачке смесей, которые начинают густеть при снижении температуры, поэтому требуется особое насосное оборудование, способное обогревать транспортируемую массу и не давать ей загустевать. С этой задачей может справиться пластинчатый насос, который имеет специальную рубашку для обогрева рабочей смеси. Этот агрегат может перекачивать разные типы веществ: с содержанием абразивных частиц, кашицеобразные, с примесью посторонних мелких включений, смол и различных клейких смесей. Насос может выкачивать жидкости через шланг, погружённый в ёмкость. Этот агрегат имеет повышенную всасывающую силу и может функционировать с одинаковым усилием в двух направлениях.

Переделка компрессора

Существуют специализированные бытовые приборы по созданию вакуума. Они способны откачать воздух из упаковки и герметично запечатать ее. Но стоимость домашнего оборудования довольно высока. А между тем умельцы уже давно придумали, как сделать вполне продуктивный насос для откачки воздуха, используя вакуумный компрессор.

Компрессор для вакуумаИсточник ebayimg.com

Из холодильника

Если под рукой оказался сломанный холодильник или кондиционер, но с еще действующим компрессором, то последний можно переделать под бытовые нужды, для создания вакуума. Конечно же, большие объемы устройство не переработает. Но откачать воздух из упаковки вполне пригодно. И не только.

Действия необходимо выполнить минимальные:

  • Нужно ножовкой по металлу отпилить медные трубки, которые подключали прибор к испарителю и конденсатору. Необходимо оставить концы не больше 3-5 см.
  • Компрессор закрепляется для устойчивости на широкой доске.
  • Далее для эффективного использования создается узел контроля и управления. Он состоит из двух латунных тройников, которые соединены последовательно. С обоих концов устанавливаются обычные штуцера. А на вертикальные отводы навинчивается манометр и запорный кран.
  • Узел контроля надежно закрепляется на подставке.
  • Дюритовым шлангом соединяют компрессор с первым штуцером. Для прочности применяют хомуты.
  • На второй штуцер надевают шланг, на котором будут закрепляться приспособления для решения задачи.

Вакуумник из холодильного компрессораИсточник usamodelkina.ru

Например, для стабилизации древесины шланг одевается на штуцер, который закреплен в обычной металлической крышке для закатывания консервации. В банку заливается полимер и помещается деревянная деталь. Необходимо, чтобы жидкость полностью покрыла древесину.

Крышка плотно навинчивается на банку, а компрессор включается в сеть. Прибор отсосет весь воздух из емкости и тогда во все поры древесины поступит полимер. Для продуктивной работы оборудования необходимо лишь грамотно подсоединить его к сети. А перед выключением прибора не забывать медленно приоткрывать запорный кран, чтобы сбросить вакуум.

Аквариумный компрессор

Можно сделать малопроизводительный вакуумный насос из компрессора от аквариума. В устройстве есть маленький электродвигатель, который приводит в действие мембранный микронасос. Вот с последним и нужно поработать.

Компрессор для аквариумаИсточник main-cdn.goods.ru

Необходимо проделать следующие действия:

  • С помощью отвертки снимается крышка с корпуса.
  • Пинцетом и ключом отсоединяется тяга от мембраны.
  • Насос вынимается из гнезда и от него отделяется клапанная группа.
  • Необходимо поменять клапана местами.
  • Поскольку после операции крышка плохо становится на место, то необходимо немного спилить один из ее углов.

Аппарат собирается в обратном порядке.

Прибор получается очень маломощный, способный решить лишь самые простейшие задачи. Но если решено приобщить его к делу, то лучше на подводящем шланге установить бензиновый фильтр от автомобиля. Он убережет мембранный узел от пыли и влаги.

Автомобильный

Немного повысить мощность прибора можно если применить китайский насос для подкачки шин у легкового автомобиля. Производительность поднимется совсем немного, поскольку поршневой узел слишком мал. Но переделать прибор в вакуумную помпу легко.

Насос для подкачки шинИсточник static3.car.ru

Достаточно приклеить к отверстию выпускного клапана трубку из пластика. Использовать можно клеевой пистолет. Далее на всасывающей стороне устанавливается фильтр и по желанию манометр. Но чтобы пользоваться прибором необходимо смонтировать двенадцативольтовый источник постоянного тока.

Намного лучше подойдет для переделки китайский компрессор с производительностью 350 л/мин. Агрегат можно использовать в качестве полноценного вакуумного упаковщика или формовщика. Потому что он способен почти мгновенно создавать вакуум на глубину до 1 Бар.

Чтобы сделать вакуумный насос для откачки воздуха, нужно:

  • На головке цилиндра открутить воздушный фильтр.
  • Вместо него необходимо собрать узел из последовательно подсоединенных ресивера, манометра и автомобильного бензинового фильтра.
  • Собранный узел шлангом подключается к головке цилиндра компрессора.
  • На штатном ресивере необходимо вывернуть пробку для слива конденсата.

В качестве последнего рекомендуется применять стандартный пропановый баллон, емкостью в 50 литров. Он будет осушивать откачиваемый воздух. А также в момент запуска агрегата сгладит скачок давления.

Компрессор с ресиверомИсточник gmautoservice.ru

Виды вакуумных насосов – классификация оборудования

В связи с большим распространением вакуумных насосов, они могут отличаться между собой конструкцией и некоторыми другими особенностями. Среди наиболее часто используемых агрегатов следует выделить:

  • Пластинчато-роторные насосы – эти приборы делятся на масляные и безмасляные устройства. В первом случае рабочая поверхность пластинчато-роторного насоса смазывается специальным вакуумным составом. Во втором случае смазка не требуется. Рабочая камера пластинчато-роторного насоса состоит из двух секций с разным объемом. Движение лопастей и ротора регулирует циркуляцию газа по принципу замещения по очереди внутри каждого отсека. Перемещение газа из одной камеры воздушно-вакуумного насоса в другую способствует открыванию обратного клапана, сквозь который газ попадает внутрь камеры всасывания. Вакуумный насос для воды такого рода может быть одно- и двухроторным. Второй вариант отличается более высокой производительностью, однако потребляет больше электроэнергии;
  • Водокольцевые насосы – эти механические устройства очень напоминают приборы первого типа. В их конструкции давление понижается за счет ротора, вращающегося в жидкости. При этом жидкая среда должна регулярно попадать в прибор. Водокольцевой насос обладает массой преимуществ: простотой конструкции, высокой эффективностью и хорошими техническими характеристиками. Такой вакуумный водяной насос требует регулярного обслуживания, что считается его главным минусом;
  • Мембранно-поршневые насосы – в этих приборах поршень приводится в действия посредством вала электрического мотора, соединенного с шатуном при помощи эксцентрика. Поршневой насос чаще всего используется для дома. Он отличается бесшумностью и низким потреблением электроэнергии. При этом каждый бытовой насос мембранного типа показывает высокую производительность и обладает скромными габаритами, что позволяет использовать его для откачки воды из узких резервуаров.
  • Винтовые насосы – эти агрегаты отличаются тем, что не требуют монтажа компрессора и для их работы не нужно использовать масло. Винтовой насос отличается небольшими габаритами и достаточно высокой производительностью. Нередко в продаже можно найти ручной агрегат, который может использоваться исключительно для выкачивания небольших объемов чистой воды. Винтовой агрегат может быть одноступенчатым и двухступенчатым – второй вариант отличается большими размерами и более высокой мощностью;
  • Вихревые насосы – эти приборы могут быть эжекторными или пароэжекторными. Вихревой агрегат используется для поднятия воды из глубоких скважин. Эжекторный прибор отличается длительными сроками эксплуатации, однако потребляет значительное количество электроэнергии, что делает невыгодным его использование в быту. Пароэжекторный насос применяется исключительно в химической промышленности.

Помимо мембранно-поршневого агрегата, в быту также нередко используется и водокольцевой насос. Однако он не отличается длительными сроками эксплуатации, что не позволяет регулярно применять его для воды из скважины большого объема.

Пластинчатый насос: конструкция, преимущества, принцип действия, цены. Насос вакуумный пластинчато-роторный

За счет отличительных показателей и удобной конструкции пластинчатый насос приобрел широкое распространение в различных промышленных сферах. Он используется в фармацевтической, химической, косметической отрасли, а также в пищевой – для перекачки сгущенного молока, патоки, глазури.

В конструкции присутствует рубашка обогрева для перекачки веществ, приобретающих густую консистенцию при низкой температуре. Пластинчатый насос применяется для перемещения множества типов жидкостей: кашеобразных, абразивных, с наличием посторонних мелких частиц, а также смол и клейких масс на их основе. Возможно использование для выкачки через шланг, за счет опускания в емкость вбирающих патрубков. Данное устройство, в отличие от иных видов, имеет повышенную способность всасывания и работает с равным усилием в обе стороны.