Безмасляные пластинчатые вакуумные насосы

Безмасляные (сухие) пластинчато-роторные вакуумные насосы позволяют получать средний вакуум при полном отсутствии масляного выхлопа в выпускаемом воздухе. Глубина достигаемого вакуума (остаточное давление) составляет от 90 до 400 мбар в зависимости от модели. Это значит, что оставшееся в вакуумированной емкости давление будет составлять от 9 до 40% атмосферного давления.

Создать хороший безмасляный пластинчато-роторный насос достаточно сложно - число производителей в мире не так велико. В основном их делают в Европе. Насосы небольшой производительности также производят китайцы, тайваньцы и американцы.

Принцип действия

Сухие пластинчато-роторные вакуумные насосы имеют в целом тот же самый принцип действия, что и масляные. Однако есть некоторые отличия. В сухих насосах не используется масло для смазки движущихся частей и уплотнения. Поэтому лопатки сухих насосов изготавливаются не из металла, а из графитового композита. Графит имеет намного меньшее трение по сравнению с металлом, поэтому хорошо уплотняет камеру насоса и при этом медленно изнашивается.

Плюсы и минусы безмасляных пластинчато-роторных вакуумных насосов (по сравнению с масляными)

Сначала плюсы.

Отсутствие масла в выхлопе

Нет необходимости следить за уровнем и свойствами масла и периодически подливать его.

Более низкая цена по сравнению с маслоуплотняемыми насосами. Нет встроенной системы циркуляции масла, отсюда ниже себестоимость производства.

Теперь минусы.

Глубина достигаемого вакуума 90-400 мбар (9 - 40 % атмосферного давления). В то же время масляные пластинчато-роторные насосы обеспечивают вакуум до 0,1 мбар, а двухступенчатые модели еще на несколько порядков глубже.

Срок службы графитовых лопаток меньше металлических. У большинства производителей он не превышает 10 тысяч часов, в то время как у масляных насосов металлические лопатки работают по 50 тысяч часов. Уже при наработке 3 - 7 тысяч часов, что приводит к попаданию мелкой графитовой пыли в выпускаемый воздух.

Именно низкий срок службы графитовых лопаток и объясняет, почему китайцы пока не могут по настоящему подступиться к созданию безмасляных пластинчато-роторных вакуумных насосов - пока это удел европейских компаний. Подробнее об износе графитовых лопаток (пластинок) читайте в следующем абзаце.

Износ рабочих пластинок

Напомним, что в пластинчато-роторных насосах ротор цилиндрической формы эксцентрично посажен в цилиндрической рабочей камере. При этом длина ротора и длина камеры равны, но диаметр ротора меньше диаметра рабочей камеры (это понятно, иначе ротор не влез бы в камеру). Из ротора "торчат" рабочие пластинки, которые плотно прилегают к стенкам камеры и разделяют свободное пространство камеры на несколько небольших камер. При этом пластинки свободно входят и выходят из пазов ротора под воздействием пружин.

Ротор насоса крутится с большой скоростью (обычно 1400-1500 оборотов в минуту, поскольку используются 4-х полюсные электродвигатели), поэтому возникает проблема трения пластинок о внутреннюю поверхность рабочей камеры. В насосах с масляной смазкой эта проблема не стоит остро, поэтому рабочие пластинки (лопатки) могут быть как композитные, так и более долговечные металлические. Однако в сухих насосах пластинки могут быть только из графитового композита (carbon vanes). Несмотря на низкое трение, даже графитовые пластинки со временем начинают изнашиваться.

Износ графитовых лопаток (пластинок) ведет к утечкам воздуха и снижению глубины вакуума, а также производительности насоса. Каков средний срок службы лопаток безмасляных насосов? Большинство прозводителей стыдливо этот срок не указывают. Однако кое какой информацией мы владеем.

- Тайваньцы Vacuutronics указывают на срок 3 000 часов, после которого рабочие характеристики насоса начинают снижаться и рекомендуют менять лопатки.

- Итальянцы DVP пишут о сроке службы пластинок 10 000 часов. К нам в офис как-то пришел инженер, у которого работал насос SB 16 этой итальянской фирмы. Он рассказал о том, что насос отработал у них 20 000 часов (правда в режиме компрессора, но сути это не меняет), после чего перестал нормально работать (речь шла об износе лопаток, а не о поломке насоса). При этом выхлопные шланги внутри покрылись тонким слоем графитовой пыли. Этот пример говорит, что производитель указывает минимальный гарантированный срок службы лопаток, на практике они могут работать и больше, но при снижении рабочих параметров.

- Немцы Becker серии VX, KVX являются рекордсменами по сроку службы лопаток (увы и по цене насосов тоже) - не менее 20 000 часов, на практике от 20 до 40 тысяч.

При какой глубине вакуума КПД пластинчато-роторных вакуумных насосов становится наибольшим

КПД безмасляных пластинчатых насосов не является фиксированной величиной, а зависит от рабочей точки (глубины вакуума). При давлении близком к атмосферному (при грубом вакууме) КПД насоса очень низок и становится приемлемым (40% и выше) при глубине вакуума 300 мбар (700 мбар остаточного давления). Своего максимума (почти 60%) КПД достигает при вакууме 600-700 мбар (300-400 мбар абсолютного давления), а затем снова начинает снижаться до 40% по мере углубления вакуума.

Если сравнить, например, безмасляный пластинчато-роторный вакуумный насос и одноступенчатую вихревую воздуходувку, работающую в вакуумном режиме, то окажется, что эти 2 устройства не конкурируют друг с другом, а взаимно дополняют. При уменьшаемом давлении от -100 до -300 мбар вихревая воздуходувка показывает лучшие значения КПД, а при уменьшаемом давлении от -300 до -900 мбар гораздо эффективнее работает уже пластинчато-роторное устройство.