Вакуумний насос — це пристрій, який видаляє газові молекули з утічної камери або контейнера, створюючи частковий або повний вакуум. Вакуумні насоси широко використовуються в різних галузях промисловості та наукових дослідженнях, таких як авіація, електроніка, металургія, хімія, медицина та біотехнології. Вакуумні насоси можуть також використовуватися для таких застосувань, як вакуумне пакування, вакуумне формування, вакуумне покриття, вакуумне сушіння та вакуумне фільтрування.
У цій статті ми пояснимо, що таке вакуумні насоси, як вони працюють, які є їхніми основними характеристиками та типами, а також які є їхніми загальними застосуваннями.
Вакуумний насос визначається як пристрій, який зменшує тиск всередині камери або контейнера, видаляючи з нього газові молекули. Рівень вакууму, досягнутий вакуумним насосом, залежить від ряду факторів, таких як конструкція насоса, тип перекачуваного газу, об'єм камери, температура газу та швидкість утічки системи.
Перший вакуумний насос був винайдений Отто фон Геріке в 1650 році. Він продемонстрував свій пристрій, використовуючи дві напівкулі, які були евакуовані його насосом, а потім прикріплені разом. Він показав, що навіть команди кінь не могли їх розділити через атмосферний тиск, що діяв на них. Пізніше Роберт Бойль і Роберт Гук покращили дизайн Геріке та провели експерименти з властивостями вакууму.
Існує три основні характеристики, які характеризують вакуумний насос:
Тиск вичерпання
Ступінь вакууму
Швидкість перекачки
Тиск вичерпання — це тиск, виміряний на виході насоса. Він може бути рівним або нижчим за атмосферний тиск. Різні вакуумні насоси мають різні рейтингові тиски вичерпання. Зазвичай, насоси для створення високого вакууму мають низький тиск вичерпання. Наприклад, для створення дуже високого вакууму 10-4 або 10-7 Торр (одиниця тиску) потрібен дуже низький тиск вичерпання насоса.
Деякі насоси для високого вакууму потребують насоса-підтримки, щоб підтримувати низький тиск вичерпання перед тим, як вони зможуть працювати. Насос-підтримка може бути іншим типом вакуумного насоса або компресором. Тиск, створений насосом-підтримкою, називається підтримуючим тиском або передтиском.
Ступінь вакууму — це мінімальний тиск, який може бути створений вакуумним насосом всередині камери або контейнера. Його також називають крайнім тиском або базовим тиском. Теоретично неможливо створити абсолютний вакуум (нульовий тиск) всередині камери, але практично можна створити дуже низький тиск приблизно 10-13 Торр або нижче.
Ступінь вакууму, досягнутий вакуумним насосом, залежить від ряду факторів, таких як конструкція насоса, тип перекачуваного газу, об'єм камери, температура газу та швидкість утічки системи.
Швидкість перекачки визначається як швидкість, з якою насос може видалити газові молекули з камери або контейнера при заданому тиску. Вона вимірюється в одиницях об'єму на час, таких як літри на секунду (Л/с), кубічні футів на хвилину (КФ/хв) або кубічні метри на годину (м3/год). Швидкість перекачки також відома як пропускна спроможність або продуктивність.
Швидкість перекачки залежить від ряду факторів, таких як конструкція насоса, тип перекачуваного газу, різниця тисків між входом і виходом насоса, а також провідність системи.
На ринку доступні багато типів вакуумних насосів. Їх можна поділити на дві основні категорії: насоси зі змінним об'ємом та кінетичні насоси.
Насоси зі змінним об'ємом працюють, затримуючи фіксований об'єм газу на вході, а потім стискаючи його до більш високого тиску на виході. Вони можуть створювати низький до середнього вакуум (до 10-3 Торр). Деякі приклади насосів зі змінним об'ємом:
Роторні насоси з пластинами
Поршневі насоси
Мембранные насосы
Шнекові насоси
Скролеві насоси
Рутс-вентилятори
Роторні насоси з пластинами є одним з найпоширеніших типів насосів зі змінним об'ємом.
Вони складаються з циліндричного ротора з радіальними пластинами, які виїжджають вперед і назад, коли ротор обертається всередині статора. Пластина ділять простір між ротором і статором на камери, які змінюють об'єм, переміщаючись від входу до виходу. Коли камера переміщується від входу до виходу, вона затримує газ при низькому тиску, а потім стискає його до високого тиску, перш ніж випустити його на виход.
Роторні насоси з пластинами можуть бути масляними або сухими.
Масляні роторні насоси з пластинами використовують масло як смазку та герметик між пластинами і статором. Масло також допомагає охолодити та видалити деякі газові молекули з системи. Сухі роторні насоси з пластинами не використовують масло, але полагоджуються на інші матеріали або покриття, щоб зменшити тертя та зношення між пластинами і статором.
Роторні насоси з пластинами можуть створювати вакуум до 10-3 Торр з швидкістю перекачки від 0,5 до 1000 Л/с.
Поршневі насоси — це інший тип насосів зі змінним об'ємом, які використовують один або кілька поршнів для стиснення газу всередині циліндрів. Поршні рухаються взад-вперед всередині циліндрів, які мають клапани на обох кінцях для контролю потоку газу. Коли поршень рухається вперед, він виштовхує газ з одного кінця свого циліндра, а водночас втягує газ з іншого кінця через впускний клапан. Коли він рухається назад, він закриває впускний клапан, а відкриває випускний клапан, щоб випустити стиснутий газ.
Поршневі насоси можуть бути одноступінчастими або багатоступінчастими. Одноступінчасті поршневі насоси мають лише один циліндр на поршень, тоді як багатоступінчасті поршневі насоси мають два або більше циліндрів, з'єднаних послідовно на кожен поршень. Багатоступінчасті поршневі насоси можуть створювати більш високий вакуум, ніж одноступінчасті поршневі насоси, стискаючи газ кілька разів, перш ніж випустити його.
Поршневі насоси можуть створювати вакуум до 10-3 Торр з швидкістю перекачки від 1 до 1000 Л/с.
Мембранные насосы — це інший тип насосів зі змінним об'ємом, які використовують гнучкі мембрани для стиснення газу всередині камер. Мембрани прикріплені до валів, які рухаються
