Когтевые насосы: принцип работы

Содержание:

1. Общие сведения о когтевых насосах
2. Устройство когтевого насоса
3. Принцип работы когтевого насоса
4. Типы когтевых насосов
5. Виды когтевых насосов
6. Основные характеристики когтевых насосов
7. Преимущества и недостатки когтевых насосов
8. Сфера применения когтевых насосов
9. Популярные бренды когтевых насосов

Когтевые или кулачковые насосы представляют собой высокоэффективное перекачивающее оборудование для работы с воздушными и жидкостными средами при температуре не более 150 градусов по Цельсию. Это устройства роторного типа, работа которых связана с взаимным вращением двух кулачковых механизмов внутри корпуса. Активно используются в разных сферах промышленности, помогая получать разреженную воздушную среду в замкнутой области. Характеризуются герметичностью, долговечностью и неприхотливостью.

Общие сведения о когтевых насосах

Когтевые насосы – разновидность перекачивающего вакуумного оборудования, получившая свое название из-за характерной формы используемых в конструкции роторов. Это классические двухвальные ротационные нагнетатели с объемным вытеснением. Конструкция во многом похожа на обычные насосы Рутса.

В работе не используются герметизирующие жидкости, что позволило добиться абсолютной чистоты перекачиваемой среды. Детали функционируют бесконтактно, при этом обеспечивая нужное усилие для нагнетания.

Важным отличием от насоса Рутса является функционирование за счет внутреннего сжатия. Камера расширяется в момент открытия впускного клапана, а затем уменьшается для сжатия воздуха перед выбросом через выходное отверстие.

Впервые насосы такого типа были описаны в 1970-х годах. На тот момент в конструкции использовались основные и контрольные роторы с особой геометрией. Рабочая камера в процессе работы в теории может сжиматься до нулевого объема.

Устройство когтевого насоса

Когтевые насосы по своей конструкции напоминают другие шестеренчатые нагнетатели и аппараты Рутса. Стандартный набор включает в себя следующие детали:

• электродвигатель, создающий усилие для вращения роторов;
• кулачковые роторы, дополненные воздушной системой охлаждения для отвода лишнего тепла;
• впускной и выпускной клапаны;
• блок управления для настройки рабочих параметров и программирования настроек;
• крепкая рама, на которой фиксируются элементы конструкции;
• закрытый герметичный корпус, исключающий утечки.

Компрессоры этого типа могут существенно отличаться друг от друга по техническим характеристикам и комплектации. Обязательной частью является пара валов, имеющих 204 выступа. Они фиксируются через распределяющий редуктор или синхронизирующий механизм.

Роторы бывают разных форм, однако зазоры между ними всегда должны оставаться минимальными. Иначе невозможно добиться нужного давления для получения вакуума.

В процессе работы детали не соприкасаются друг с другом, так что не изнашиваются и не выходят из строя слишком быстро.

Принцип работы когтевого насоса

Насосы когтевого типа отличаются несложным принципом работы, обусловленным минимальным количеством используемых внутри конструкции деталей.

К ротору нагнетателя крепят вал, обеспечивающий передачу мощности вращению. Выделяют решения с одним ротором и двумя валами или модели с двумя валами и двумя роторами. Лопасти подвижных деталей расположены под определенным углом, который рассчитывается на этапе проектирования насоса. При движении они не соприкасаются ни друг с другом, ни с обшивкой корпуса. Между лопастями всегда остается небольшой зазор, который помогает быстро выходить на нужный уровень производительности.

Для синхронизации подвижных деталей в схему интегрирована пара шестеренок, которые также отвечают за предотвращение дисбаланса системы. Дополнительно могут быть установлены особые уплотнители, сводящие вероятность утечек среды к нулю.

При запуске насоса из зоны всасывания начинает быстро выкачиваться газовая среда, оставляя вакуум. Газ перемещается в центр рабочей камеры, где он сжимается при помощи вращающихся роторов, а затем выводится из рабочей полости наружу.

Типы когтевых насосов

Когтевые насосы бывают:

• Двухлепестные. Предполагают движение кулачков внутри конструкции в двух плоскостях.
• Трехлепестные. Роторные элементы движутся в трех плоскостях.

Для работы со средами, имеющими механические включения, используются двухлепестные модели. В этом случае вещество практически не контактирует с кулачковым механизмом и сохраняет свою структуру на всех этапах откачивания.

Виды когтевых насосов

Нагнетатели когтевого типа также рассматривают в рамках нескольких видов в зависимости от области применения, массогабаритных характеристик и требований к параметрам электропитания. Чаще всего аппараты работают от сети 220 или 380 вольт частотой 50 Гц.

Отдельно рассматривают сметную стоимость оборудования с учетом расходов на монтаж и эксплуатацию. Выбор в пользу того или иного аппарата делается на основе предварительных расчетов.

Основные характеристики когтевых насосов

Чтобы когтевой нагнетатель мог эффективно работать при решении производственных или исследовательских задач, важно правильно выбрать конструкцию. Устройства характеризуются простотой ухода и надежностью. Детали изготовлены из добротных материалов, способных справляться с очень высокими нагрузками. Даже длительная эксплуатация практически не сказывается на состоянии основных элементов.

Большое значение уделяется вопросу герметизации корпуса, чтобы предотвратить попадание летучих веществ в атмосферу или загрязнение перекачиваемой среды.

Ориентироваться стоит не столько на величину эксплуатационных показателей (производительность, скорость откачки и предельное остаточное давление), сколько на возможность интеграции в конкретную вакуумную систему с конкретными техническими характеристиками.  При наличии сомнений стоит обратиться за помощью к специалисту.

Преимущества и недостатки когтевых насосов

Нагнетатели этого типа прекрасно работают в составе многочисленных вакуумных систем, позволяя создавать оптимальные условия для протекания многочисленных производственных процессов. К преимуществам когтевых нагнетателей относят:

• Возможность плавной регулировки производительности при помощи встроенных элементов управления.
• Минимизация вероятности появления взрывоопасных газов в вакуумной системе.
• Долговечность. Большая часть таких аппаратов работает значительно дольше гарантийного срока.
• Относительно небольшие размеры. Насосы могут устанавливаться даже в небольших цехах или лабораториях, обеспечивая при этом нужную производительность откачки.
• Отсутствие масляного уплотнения деталей. Перекачиваемая среда остается чистой и экологичной. Так что нагнетатели используются в том числе в пищевой промышленности, медицине и фармацевтике.
• Нет трущихся деталей. Во время работы внутри конструкции не появляется механический мусор в виде металлической стружки.
• Поддержка высокой производительности в течение долгого времени.
• Энергоэффективность. За счет минимальных потерь оборудование оказывается крайне экономичным.
• КПД составляет от 70 до 85%. Конкретное значение зависит от конструкции применяемых когтей.
• Возможность использования для работы с воспламеняющимися или взрывоопасными газами. Внутри конструкции нет трущихся деталей, которые в теории могли бы создать искру.
• Невысокий уровень шума. Особенно тихими оказываются модели в специальных шумопоглощающих камерах.
• Герметичный газонепроницаемый корпус, позволяющий использовать когтевые насосы в мощных промышленных системах вентиляции.
• Равномерное нагнетание давления без пульсаций и нежелательных скачков. Это будет крайне полезно для проведения лабораторных исследований или различных испытаний в аэродинамических трубах.

Есть у представленных устройств некоторые недостатки:

• Высокая чувствительность к жидким или твердым включениям в перекачиваемой среде.
• Необходимость организации отдельной системы охлаждения при работе с некоторыми газами.
• Сложный ремонт при поломке.
• Без качественной шумоизоляции когтевые аппараты достаточно шумные и не могут применяться в помещениях с людьми.
• Даже незначительные повреждения подвижных частей могут привести к заклиниванию или потере производительности.
• Ограничения по диапазону рабочих температур.
• Компрессор не способен быстро реагировать на изменения состава перекачиваемой среды.

Сфера применения когтевых насосов

Когтевые насосы активно применяют практически повсеместно. Они прекрасно подходят для аэрации каких-либо смесей, создания очистных систем, а также формирование условий для пневматической транспортировки веществ.

Среди наиболее частых применений этого типа вакуумного оборудования выделяют:

• создание печей, использующих методы обжарки материалов воздухом;
• сублимационные аппараты для производства сухих соков и всевозможных экстрактов;
• обеспечение необходимых условий в медицинских барокамерах;
• нагнетание давления в системах пневматической обкатки двигателей;
• создание среды повышенного давления для протекания определенных химических процессов;
• изготовление полиэтилена;
• производство пластмасс;
• моделирование разнообразных условий для проведения испытаний (тесты спортивных машин, самолетов и т.д.);
• работа высокоточных пневматических инструментов на производствах или в хирургии;
• создание нужного давления для холодной сушки фруктов, овощей, а также продукции покрасочной отрасли;
• аэрация воды при искусственном выращивании различных рыб;
• выравнивание пластиковой тары;
• изготовление краскопультов для нанесения красителей на различные поверхности;
• промышленные пескоструйные машины;
• полиграфия;
• центральные вакуумные системы в больницах;
• полупроводниковая промышленность;
• фармацевтика и косметология;
• деревообрабатывающая отрасль;
• металлургия.

На деле приборы будут полезны везде, где так или иначе требуется нагнетать газовую среду.

Популярные бренды когтевых насосов

В магазинах есть огромное количество кулачковых насосов. Оборудование отличается габаритами, техническими характеристиками, ценой и возможностью работы с конкретными средами.

Оборудование выпускается российскими и зарубежными компаниями.

Известнейшие бренды:

• Edwards. Британский производитель, который вот уже более 90 лет занимается разработкой и выпуском разнообразных вакуумных систем. Когтевые насосы представлены моделями GV (стандарт), EDP (для взрывоопасных агрессивных сред) и EDC (новейшие компактные системы). Все оборудование характеризуется высоким качеством, надежностью и неприхотливостью к обслуживанию.
  
• Busch. Производитель из Германии, создающий современные когтевые насосы в линейке Busch Mink. Аппараты помогают создавать экологичный безмасляный вакуум глубиной от 20 до 200 мбар. Это промышленные агрегаты, созданные специально для непрерывной интенсивной эксплуатации.
• Leybold. Еще один немецкий бренд, под которым на рынок выходят самые надежные и современные нагнетатели. Когтевые аппараты линейки CLAWVAC способны работать на скорости 65-300 м3/час и оставлять давление в пределах 50 мБар.
• DVP. Итальянские кулачковые насосы DVP PA рассчитаны на использование в самых разных отраслях. Скорость откачки составляет 155-250 м3/час при остаточном давлении 150-200 мБар.
• Atlas Copco. Этот шведский производитель занимается выпуском когтевых нагнетателей сери DZS, способных работать на скоростях 65-300 м3/час и поддерживать давление 50-140 мБар.
• ERSTEVAK. Проверенный временем российский бренд, создающий современные и энергоэффективные вакуумные насосы когтевого типа в рамках серии Claw-A. Сухие нагнетатели просты в использовании и почти не требуют технического обслуживания. Могут работать на скорости около 150 м3/час, обеспечивая предельное остаточное давление 100 мБар.

При выборе нового когтевого нагнетателя стоит ориентироваться именно на продукцию перечисленных брендов. Аппараты этих компаний достаточно надежны, функциональны и способны обеспечить нужную производительность для самых разных процессов.