Когтевые вакуумные насосы

Когтевые вакуумные насосы

Когтевые насосы, названные в честь характерных форм роторов, представляют собой двухвальные ротационные насосы с объемным вытеснением с конструкцией, аналогичной насосам Рутса. Это насосы сухого типа, то есть без каких-либо герметизирующих жидкостей, таких как масло и вода, и работают в бесконтактном движении между собой, а также между роторами и стенками. Уплотняющие зазоры обеспечивают внутреннее уплотнение компрессионных камер и между всасывающей стороной и стороной высокого давления. В отличие от насосов Рутса, когтевые работают от внутреннего сжатия. Это означает, что объем камеры уменьшается до открытия выпускного отверстия и сжимает закрытый газ до его выброса. Этот процесс управляется с помощью своей профилей, и таким образом, никакие отдельные выпускные клапаны не требуется.
В начале 1970-х годов, техническая литература описаны первые когтевые насосы, содержащие два типа роторов, основной и контрольный. Их особая геометрия гарантирует, что газ высвобождается полностью, и, таким образом, освобождается от ограничений насосов типа Northey. Это когтевые насосы с точным профилем. Теоретически, эжекционная камера сжатия сжимается до нулевого объема. Наиболее распространен когтевой насос с точным профилем.

Принцип работы когтевого насоса

Рисунок показывает принцип работы когтевых насосов типа Northey. Впускные и выпускные отверстия расположены  в осевом направлении. Вращение синхронизировано, обратное и бесконтактное. Уплотнительные зазоры приблизительно 1/10 мм (в холодном состоянии) обеспечивает уплотнение между роторами и стенками в осевом и радиальном направлениях. Выемки открывают входное и выходное отверстие в зависимости от положения и таким образом контролируют всасывание, сжатие, и выброс. Вращающиеся когти делят объем когтевого насоса на камеры, которые откачивают, сжимают и выбрасывают газ, увеличивая или уменьшая их объем.

Полный цикл когтевого насоса охватывает два оборота. В поз. 1, только открывается всасывающий патрубок, камера всасывания расширяется, как показано в поз. 2, в поз.3, устанавливается максимальный объем, и всасывающий патрубок закрывается. Роторы, как показано в поз. 4. на этом этапе вход и выход герметизируют, и нет уплотнительного зазора; Таким образом, атмосферный газ  заполняет всю камеру сжатия. Геометрически, поз. 5 соответствует поз. 1. Всасываемый газ во время предыдущего оборота теперь фиксируется внутри камеры сжатия. Объем этой камеры уменьшается, таким образом, происходит сжатие до объема в Поз. 6, выходное отверстие (2) открывается. Поз. 7 показывает продолжающийся выброс и в поз. 8, выброс прекращается, и выход закрывается. Роторы зацепляются и возвращаются в поз. 1.

В поз. 7, очевидно, что сжатый газ не выбрасывается целиком. Внутри когтевого насоса остается мертвое пространство (или мертвый объем), составляющий примерно 7% объема камеры. Закрытый газ, находящийся под давлением на выходе / в атмосфере, расширяется заново, когда роторы зацепляются. Теперь вход герметизирован, в отличие от условий в других насосах, где мертвое пространство может повторно расширяться на стороне всасывания и таким образом ограничивать получаемое предельное давление. Таким образом, расширение мертвого пространства немного увеличивает давление всасываемого газа в общем объеме, и , таким образом режет эффективность, но лишь косвенно влияет на конечное извлекаемое давление. Однако давление во всасывающей камере в поз. 1, охватывающий 7% от общего объема, а также, выше , чем входное давление, что приводит к потоку по направлению к стороне всасывания. По приблизительным оценкам, это составляет 7% от 7% объема когтевого насоса, таким образом, приблизительно 0,5%.

Когтевые насосы с точным профилем

В когтевых насосах с точным профилем, в отличии от Northey профиля, сжатый газ выбрасывается полностью. Теоретически, мертвое пространство имеет нулевой объем, а между роторами существует зазор между уплотнениями даже когда они входят в зацепление. Поэтому радиальный размер входного отверстия (6) , как показан на рисунке. Рисунок показывает наиболее распространенный профиль: конструкция двойного когтя типа с несущим винтом (1) и контрольным (2). Они делят объем когтевого насоса на четыре камеры: входную камеру (3), две транспортные камеры (4) и камеру сжатия (5). Контрольный открывает и закрывает выпускное отверстие. 
Откачка начинается в Поз. 1, камера всасывания увеличивает свой объем (поз.2) до тех пор, пока в поз. 3, входное отверстие отделено от всасывающей камеры, первоначально, главным ротором, а затем - управляющим. Они делят камеру всасывания на две транспортные камеры. В идеальном случае давление в транспортных камерах равно входному давлению. При постоянном давлении замкнутый газ просто перемещается, толкается до тех пор, пока транспортные камеры не объединятся и не образуют камеру сжатия (позиция 4). Газ сжимается в поз. 5; выход (7) открывается в поз. 6, и начинается выброс. Поз. 7 показывает продолжающийся выброс в поз. 8, газ полностью выталкивается и выход закрывается. Роторы зацепляются и возвращаются в исходное положение.
Очевидно, в поз. 4, и во время последующего цикла сжатия в поз. 8, доля слегка предварительно сжатого газа, расположенного между вращающимися зубьями, отделена от остальных. Эта пропорция составляет приблизительно 10% объема камеры, не выбрасывается и возвращается на входную сторону как мертвое пространство. Таким образом, эффективно транспортируемый объем уменьшается примерно на 12%, потому что давление в мертвом пространстве не равно давлению на выходе, но выше приблизительно на 16% входного давления. Поэтому, несмотря на снижение эффективности, данный эффект не оказывает никакого отрицательного воздействия на конечное давление, потому что мертвое пространство не обеспечивает выход воздуха в обратном направлении. В исследованном в когтевом насосе с точным профилем, всасываемый газ остается внутри насосной ступени примерно половину оборота, прежде чем она будет откачен. Однако, в Northey профиле, он остается в течение двух оборотов. Предполагая, что зазоры одинаковые, когтевой насос с точным профилем имеет меньший обратный поток. Когтевой насос с точным профилем плавно регулирует выброс сжатого газа , вплоть до нулевого объема , тогда как Northey не может получить такие значения. В принципе, тип Northey менее чувствителен к жидкости или твёрдым частицам, чем когтевой насос с точным профилем. Таким образом, несмотря на меньшую эффективность, он преобладает в тех областях, где это критично.

Сравнение с насосами Рутса

Принципиальная схема когтевого насоса и насоса Рутса очень похожа. Главным отличием в отношении процесса сжатия двух рабочих принципов является то, что когтевые насосы работают при внутреннем сжатии. Для того, чтобы иметь возможность сжимать газ внутри до выброса, выпускной клапан должен быть временно герметизирован. Таким образом, выпускное отверстие расположено в осевом направлении на боковых стенках и открывается и закрывается углублениями в управляющем роторе. Напротив, прохождение газа через насос Рутса значительно проще.

Многоступенчатые когтевые насосы и насосные установки

Когтевой насос способен производить конечное давление 30 - 50 гПа. Если требуется более низкое рабочее давление, используются двух- или многоступенчатые насосы. Имеются насосы с четырьмя каскадами, некоторые из которых сконструированы как комбинации когтей и Рутса.

Для многоступенчатых насосов внутреннее сжатие на отдельных ступенях является параметром, используемым при выборе насоса для конкретного применения. Шаги, то есть соотношения размеров, между отдельными этапами представляют собой дополнительные параметры, используемые для процесса выбора. Например, если ступень низкого давления больше, чем ступень высокого давления в двухступенчатом, потребление энергии при низком входном давлении уменьшается. Однако при высоких входных давлениях между ступенями будет возникать избыточное сжатие. Это показывает, насколько важны детали использования для выбора когтевого насоса.

Контроль скорости

Центробежные силы в когтевых насосах, в отличие пластинчато-роторных насосов и водокольцевых насосов, не являются частью принципа работы. Поэтому представляется целесообразным работать с когтевыми насосами с различными скоростями, чтобы выставить их в соответствии с требованиями конкретного использования. Очевидно, это может быть достигнуто путем оснащения насоса двухполюсным (3000 об / мин) или четырехполюсным (1500 об / мин) асинхронным двигателем. Однако уплотняющие зазоры должны изготавливаться более точно, чтобы предотвратить чрезмерное падение характеристических кривых на низких скоростях.

Если приложение требует переменных скоростей откачки, используются когтевые насосы с регулируемой скоростью вращения. Как правило, преобразователь частоты управляет асинхронным двигателем. Здесь скорость может регулироваться от примерно 1000 до примерно 4500 об / мин. Охлаждение двигателя определяет нижний предел, а термальная нагрузка, допустимая насосом, регулирует верхний предел.

Одноступенчатые когтевые насосы используются главным образом в пневматическом транспорте, полиграфии, вакуумных сетях и центральных вакуумных системах в больницах. Полупроводниковая промышленность и химические / фармацевтические процессы используют многоступенчатые насосы.

Компания «ТАКО Лайн» предлагает надежные и экономичные насосы от известной компании Agilent Technologies. На всю продукцию предоставляется полный пакет технической документации, сертификаты, а также обязательная гарантийная и постгарантийная поддержка.

Для заказа звоните по контактному номеру телефона или отправьте запрос, воспользовавшись формой вверху страницы – наши специалисты оперативно свяжутся с Вами.