Винтовые вакуумные насосы серии S компании Elmo-Rietschle

В чем специфика этих насосов, почему, несмотря на постоянно увеличивающийся спрос, не всем компаниям удается их производство?

Мы уже говорили, что одними из самых распространенных видов применяемых в настоящее время вакуумных насосов, являются масляные пластинчато-роторные машины. Основными причинами их популярности являются большая производительность  (до 1 300 куб.м в час), низкое остаточное давление (до 0,1 мбар), способность откачивать замкнутые, герметичные объемы от атмосферного давления до предельного остаточного, высокая технологичность, отлаженное производство,  простота эксплуатации и обслуживания. К перечисленным достоинствам необходимо также добавить, что указанные технические параметры достигаются только одним насосом, то есть одной ступенью. Тем не менее,  существуют отрасли, где применение этих насосов либо нежелательно, либо недопустимо. И связано это с выделением из выхлопного патрубка насоса (пусть и незначительных количеств - для самых совершенных моделей) паров масла, в  виде так называемого «масляного тумана». И как бы ни малы были эти выделения, они абсолютно недопустимы, например, в большинстве отраслей приборостроения, микроэлектроники, нанесении пленок и других, где существуют особо жесткие требования к составу окружающего воздуха. Даже на некоторых видах производства и переработки мяса и молока в ряде стран выпущены новые нормативы,  регламентирующие содержание в воздухе паров вакуумного масла. Нарушение этих норм карается суровыми штрафами. Поэтому появилась потребность заменить в этих отраслях масляные насосы на «сухие» (безмасляные), не имеющие недопустимого выхлопа.

Технической проблемой создания таких насосов является изготовление машины, не использующей никаких уплотнителей (и вакуумного масла в первую очередь), основным назначением которых, было препятствовать обратному перетеканию уже откачанного воздуха из окружающей атмосферы назад в вакууммируемую систему. Отсутствие  уплотнения в виде масла или воды приводит либо к неспособности насоса работать в одиночку при откачке от атмосферного давления, как это происходит у насосов типа Рутс, либо к невозможности  получить конечный вакуум лучше  120 мбар, как например, у безмасляных пластинчато-роторных насосов. Конечно, существуют  мембранно-поршневые и спиральные насосы, которые тоже не используют уплотнители и способные создавать вакуум порядка 1 мбар и лучше (до 0,01 мбар – спиральные). Однако, вследствие своей невысокой производительности, они не нашли  применения  для откачивания больших объемов.  Поэтому исследования по созданию больших насосов, способных заменить масляные, продолжались. В компании Elmo-Rietschle, в  итоге,  такими машинами стали винтовые сухие двухроторные насосы.

Винтовые вакуумные насосы Elmo-Rietschle представляют собой  машины, использующие «сухой» (без какого-либо уплотнителя) бесконтактный принцип сжатия. Сжатие откачиваемого воздуха производится парой роторов, имеющих специальный профиль, напоминающий винт. Такая форма профиля ротора позволяет не только отсекать рабочие объемы откачиваемого воздуха, но и последовательно многократно их сжимать, не применяя  дополнительного уплотнителя в виде масла или другой специальной жидкости. Вращение роторов навстречу друг другу производится электродвигателем с помощью специального редуктора, который отвечает за синхронность вращения валов. Высокая точность изготовления роторов,  небольшие зазоры (порядка сотых долей миллиметра) и абсолютная синхронность, позволяют создать недостижимую ранее для одноступенчатых сухих насосов степень сжатия во всем диапазоне давлений – от предельного остаточного до атмосферного. Они позволяют  получить не только скорость откачки до 720 куб м час, но и вакуум до 0,05 мбар.

Вследствие высокой степени сжатия происходит интенсивный нагрев рабочих органов насоса. Для того чтобы избежать заклинивания роторов, насос охлаждается подачей воды в специальную рубашку охлаждения. Производителем предусмотрены варианты с замкнутой системой охлаждения и с добавлением свежих порций хладоагента.

Благодаря принципу бесконтактного сжатия, винтовые роторы не подвергаются механическому износу и, вследствие этого, имеют огромный ресурс работы. Так как производительность насоса зависит от геометрических размеров камеры и роторов, которые остаются неизменными, и от частоты их вращения, которую можно изменять, компания Elmo-Rietschle рекомендует использовать совместную работу штатного электродвигателя с частотным преобразователем. Изменение частоты переменного тока от 25 до 60 Гц позволяет более, чем в два раза изменить производительность насоса, что в свою очередь, приводит к существенной (до 40%) экономии потребляемой электроэнергии, а также и увеличению ресурса работы насоса.  Достигнув необходимого показателя остаточного давления в системе, нет необходимости постоянно поддерживать высокую производительность насоса. Ее можно автоматически понизить, контролируя при этом давление в системе.

Очень важной особенностью работы винтовых насосов Elmo-Rietschle является рост производительности в диапазоне остаточных давлений от 100 до 1 мбар. На графике зависимости скорости откачки от остаточного давления можно увидеть прирост производительности до 12%. Это еще одна черта, которая отличает их от масляных пластинчато-роторных насосов, на смену которым они и предназначаются. Именно эта область вакуума, ранее недоступная сухим одноступенчатым машинам, и считается основной областью деятельности винтовых насосов.

Сравнение с представленными ранее масляными пластинчато-роторными и жидкостно-кольцевыми вакуумными насосами выявило следующие преимущества.

1. Винтовые насосы Elmo-Rietschle обеспечивают стабильный уровень вакуума (один и тот же показатель остаточного давления) в системе с изменяющимся давлением, затрачивая для этого ровно столько энергии, сколько необходимо. Это позволяет снизить затраты энергии пропорционально нагрузке.
2. Винтовые насосы Elmo-Rietschle, использующие сухой (безмасляный) принцип откачки воздуха на выходе имеют чистый, без каких-либо примесей, выхлоп  из насоса, что позволяет использовать их в тех областях применения, где отсутствие загрязнения атмосферы является решающим фактором.
3. Бесконтактный принцип работы исключает износ рабочих поверхностей, что в несколько раз продлевает период  работы без какого-либо обслуживания. Это фактор не только снижает затраты на обслуживание, но и исключает вынужденные простои оборудования на сервисные работы, а значит и производственные издержки за счет этих простоев.
4. Принцип действия насосов на многие годы исключает регулярную замену вакуумного масла и масляных фильтров, включая фильтры масляного тумана.
5. Винтовые насосы Elmo-Rietschle в отличие от одноступенчатых пластинчато-роторных и жидкостно-кольцевых имеют существенный (до 12%) рост производительности в диапазоне остаточных давлений от 100 до 1 мбар и ниже. Именно резкое снижение производительности большинства насосов при достижении 10% остаточного давления является в некоторых случаях решающим фактором  для достижения максимальной степени откачки системы за счет обратного натекания атмосферного воздуха вследствие негерметичности  системы.  В этих случаях обычно либо применяют насосы с большей, чем необходимо, производительностью, чтобы иметь запас на этот случай, либо применяют вторую - бустерную ступень.  В случае же правильного подбора винтового насоса необходимость в этих мерах исчезает.

Основные области применения винтовых вакуумных насосов Elmo-Rietschle диктуются их отличиями и характеристиками.

1. Электронная и полупроводниковая промышленности. Технологии нанесения пленок и напылений.
2. Вакуумная упаковка и производство пищевых продуктов и напитков.
3. Вакуумная сушка в машиностроении.
4. Химическая промышленность
5. Вакуумная металлургия и термообработка