Насосы форвакуумные – создание вакуума без масляного компонента
Средства откачки такого вида применяются в промышленности, медицине и фармакологии, науке. Есть ещё одна миссия, где заменить их функцию просто нечем.
Достижение чистого вакуума в отдельных системах одним нагнетающим средством любого типа – невозможно. Такую задачу по ступеням решают агрегаты, имеющие в составе приборы разного назначения и возможностей.
Диапазон откачки предварительного разрежения от 1 до 10-4 мм рт. ст. Это – зона средней степени разрежения. Получить в камере значения 10-8 – 10-15 Торр можно только с помощью турбомолекулярных нагнетательных приборов (ТМН). Высоковакуумному аппарату для начала функционирования необходимо предварительное разрежение в системе. Эту роль и берёт на себя форвакуумный насос.
Содержание:
- Принцип работы форвакуумного насоса
- Форвакуумные безмасляные насосы – обзор
- Спиральные форвакуумные аппараты
- Перечень основных производителей
Принцип работы форвакуумного насоса
Принцип работы форвакуумного насоса
По устройству механизма и принципу работы нагнетающие устройства предварительного разрежения делятся на нескольких типов:
- Водокольцевые.
- Плунжерные или золотниковые.
- Пластинчато-роторные.
- Винтовые.
- Спиральные.
- Роторно-поршневые.
- Насос Рутса.
1. Водокольцевые агрегаты имеют рабочий орган в виде ротора-эксцентрика с лопастями. Объём наполовину заполняется сервисной жидкостью. При вращении лопастей центробежная сила распределяет воду по стенкам, создавая в остальной части зону низкого давления, сформированную в серповидный объём. На его конце происходит сжатие воздушных масс с выводом через специальный порт.
2. В цилиндрическом корпусе вращается эксцентрик, с надетым на него втулкой-плунжером. Плунжер своей поверхностью скользит по стенке камеры, сжимает газовую смесь и проталкивает в нагнетательный клапан. Золотник в месте посадки на эксцентрик препятствует обратному движению смесей.
3. Ротор с лопатками устанавливается со смещением от центра рабочего объёма. При вращении лопасти плотно прилегают к её внутренней стенке, сжимают и проталкивают газ в отверстие для выпуска. Есть вариант пластинчато-роторного механизма с подачей в центральную зону масла для смазки и охлаждения. Нагревание в агрегатах без масла происходит быстрее.
4. Сжатие и удаление газов из объёма, производит при вращении внутри статора ротор, в виде винта. Благодаря канавкам на выступах газ движется в нужном направлении, сжимается и выводится через порт. Есть конструкции с несколькими винтами.
5. Принцип работы спиральных аппаратов: подвижная спираль вращается внутри статичной по определённой орбите. Между ними создаётся зона низкого давления, газ движется к центру с последующим сжатием и выводом наружу.
6. Устроены агрегаты по радиальному и аксиальному типу. В первом случае поршневая система располагается в виде звезды, во втором – внутри барабана. При этом поршни перемещаются по траектории, параллельной его оси.
7. Ведущий орган – пара роторов в виде «восьмёрки». При вращении их в противоположные стороны полный цикл завершается через четыре этапа: забор газовой смеси, отсекание в зоне выпуска, сжатие и выпуск через отверстие порта.
Форвакуумные безмасляные насосы – обзор
Последние годы полупроводниковая промышленность являлась ведущим потребителем и мотиватором развития техники для получения вакуума. Сегодня растёт спрос в металлургии, химической промышленности, где выдвигают свои требования: надёжность при длительной эксплуатации и нагрузке, скорость перекачки в диапазоне 1000 – 10-4 мбар, сохранение работоспособности оборудования в условиях запылённости. Это переключило внимание конструкторов на форвакуумные системы.
Форвакуумные безмасляные насосы – обзор
Основное направление разработок – исключение из процесса откачки нагнетающими аппаратами следов смазки.
Безмасляные системы с применением сухих средств откачки механического вида дают преимущество по сравнению с паромасляными и традиционными механическими средствами нагнетания:
- снижение энергопотребления;
- несложный сервис и ремонт;
- исключение переработки использованных масел, жидкостей;
- рост качества продукции.
Для повышения отдельных характеристик изготовители дополняют аппараты предварительного вакуума насосом Рутса. Предельные значения чистого разрежения и производительность вырастают в несколько раз. Есть технические решения для перекачки из сосудов больших объёмов и функционирования с высокими нагрузками при скорости в несколько десятков м3 / час.
На базе таких агрегатов изготавливают установки для выращивания структур кристаллов кремния. Дальнейшее применение – выпуск плоских экранов, солнечные батареи, использование в микросхемах. Здесь высоки требования к приборам по безотказной работе при высокой производительности откачки газовых смесей с твёрдыми включениями.
Лидируют здесь бесконтактные винтовые, когтевые и агрегаты Рутса с несколькими ступенями. Форма роторов у них разная. Высокоточная подгонка деталей делает минимальным обратный поток газовых смесей.
Компания Edwards – автор агрегатной системы из 2 – 3 когтевых приборов и одной ступени с использованием двухроторного аппарата Рутса.
Винтовые выпускают в нескольких вариантах:
- горизонтальной и вертикальной ориентации в пространстве;
- с постоянным или переменным шагом;
- с напуском газов в разных частях ротора.
Сегодня лучшие параметры среди форвакуумных безмасляных насосов имеют винтовые. Подтверждает факт своим переходом на выпуск этого вида аппаратов компания Edwards.
Заметная позиция в этой категории у Ebara и Ulvac из Японии – лидеров по продажам на внутреннем и азиатском рынках. В Южной Корее и странах Евросоюза Leybold проводит активную экспансию LOT Vacuum. Hanbell из Тайваня лидирует по продажам в Китае и на внутреннем рынке, где развёрнуто основное производство продукции радиоэлектронной промышленности. SIHI из Японии – основной поставщик винтовых нагнетающих средств для металлургии.
Существует конструкция безмасляных агрегатов предварительного разрежения из нескольких насосов Рутса. Лидируют в этом секторе Kashiyama (Япония) и Adixen (Alcatel) из Франции. Эта технология менее развита, потому что хуже приспособлена к функционированию в сложных и «грязных» условиях. Их область применения – приложения к основным производствам металлургии, радиоэлектроники, химической промышленности.
Спиральные форвакуумные аппараты
Этот тип агрегатов используется в установках для лабораторных исследований. Скорость откачки в диапазоне 3 – 35 м3 / час. Предельное отрицательное давление – 10-2 мбар.
Спиральные форвакуумные аппараты
Anest Iwata – автор и обладатель широкой линейки этой конструкции приборов. Производительность может достигать 60 м3 / час.
Busch, Varian, Edwards имеют своего заказчика в РФ.
Конкурентами этих компаний на рынке «чистого» вакуума выступают другие компании:
Adixen с насосами Рутса с малой скоростью откачки (от 14 до 38 м3 / час.) и несколькими ступенями;
Leybold (Oerlikon) и Pfeiffer – безмасляные аппараты поршневого типа. Скорость откачки – 15 – 40 м3 / час.
Практика показывает, что в зависимости от необходимого порога разрежения, в системах используются различные виды безмасляных спиральных агрегатов:
До 1 мбар применяются приборы диафрагменного типа. Обычно в лабораторных установках.
В промышленных агрегатах средней производительности (200 – 300 м3 / час.) – роторно-пластинчатые аппараты.
Там, где ведётся перекачивание больших объёмов со скоростью в несколько десятков м3 / час. и до конечного разрежения до 100 – 500 мбар – приборы Рутса с двумя роторами. Это – энергетика, нефтехимическая и газовая промышленности.
Использование традиционных насосов с масляным уплотнением, те не менее, продолжается, хотя заметно сокращается. Почти не осталось в высокотехнологичных областях, например, на производствах по изготовлению полупроводников.
Основное препятствие полному внедрению безмасляных откачных средств – их высокая стоимость. Этот главный недостаток уже подвергается сомнению. Масла, стойкие к химическому воздействию, стоят недёшево. Исключение затрат по утилизации отработанных масел, снижение трудозатрат по обслуживанию систем, подготовке персонала, делают общие затраты не выше, чем на классические системы откачки.
Перечень основных производителей
Перечень основных производителей
Лидерами среди безмасляных средств нагнетания являются:
- когтевой со ступенью Рутса;
- многоступенчатый Рутса;
- винтовой;
- спиральный.
Первую категорию представляют производители Busch, Edwards,PG Pedro Gil.
Следующий тип откачных насосов выпускают Adixen, (Alcatel), Kashiyama,PG Pedro Gil.
Наиболее широко выглядит линейка винтовых нагнетающих средств: Toyota, Ulvac,SVC ScrewStar, Busch, Ebara, Leybold (LOT Vacuum), Pfeiffer, Shinko Seiki, Sterling SIHI, Edwards, Hanbell, Kashiyama.
Спиральные безмасляные форвакуумные аппараты:Geowell (Вактрон), Anest Iwata, Edwards, Busch.
Российским производителям помогают конкурировать доступность и сравнительно высокое качество: «Ливгидромаш», «Насосэнергомаш», «Вакууммаш», «Мелком», НПО им. Фрунзе «Беском».
Современные технологии, применяющие сверхвысокий вакуум для получения новых материалов, проведения научных экспериментов, перекачки газов и газовых смесей, ставят требованием не только величину его численных параметров, а в равной мере – чистоту. Поэтому пользуются большим спросом и применением средства откачки с безмасляным устройством механизма.