Вакуумный насос: принцип работы, типы и что изнашивается

Вакуумные насосы стоят на упаковочных линиях, в сушилках, на фильтрах, в формовочных машинах, в лабораториях и на очистных сооружениях. Устроены они по-разному, но задача одна: удалить газ из объёма быстрее, чем он туда натекает и выделяется со стенок.

Насос создаёт вакуум, удаляя газ из объёма

Атмосферное давление около 101 кПа. Вакуумный насос не «тянет» газ, он захватывает часть газа, которая сама попадает в его рабочую камеру, и выталкивает её в атмосферу или в следующий насос. Чем ниже давление в объёме, тем меньше газа попадает в каждую порцию, поэтому скорость откачки по массе падает, и каждый насос имеет предельное давление, ниже которого опуститься не может.

ГОСТ 5197-85 «Вакуумная техника. Термины и определения» связывает диапазоны вакуума с отношением длины свободного пробега молекул к размеру сосуда. Для практики это значит: в низком вакууме газ ведёт себя как сплошная среда и работает объёмный насос с прямым выходом в атмосферу, в высоком вакууме молекулы летят почти без столкновений, и нужны другие принципы: турбомолекулярный или диффузионный насос с форвакуумным насосом за ним.

Время откачки считают по быстроте действия

Быстрота действия насоса S, в м³/ч или л/с, показывает объём газа при давлении на входе, который насос забирает за единицу времени. Для объёма V без натекания время откачки от давления p₀ до p в первом приближении равно t = (V / S) · ln(p₀ / p).

Пример: камера сушилки V = 1 м³, насос S = 100 м³/ч, откачка от 101 кПа до 1 кПа. Отношение давлений около 101, натуральный логарифм около 4,6. Время t = (1 / 100) · 4,6 = 0,046 ч, примерно 2,8 минуты. На практике дольше: быстрота действия падает у предельного давления, трубопровод снижает эффективную скорость, а стенки, продукт и уплотнения выделяют газ и пары. Негерметичная прокладка люка камеры добавляет натекание, и если оно сравнимо с производительностью насоса у нужного давления, этого давления не будет никогда.

Пластинчато-роторный насос отсекает газ лопатками

Пример на цифрах помогает понять, откуда берётся вакуум. Ротор, смещённый к верхней стенке корпуса, несёт в пазах две-четыре лопатки, и они скользят по стенке, прижатые центробежной силой. За один оборот каждая ячейка между лопатками сначала растёт со стороны входного патрубка, набирая газ при давлении камеры, затем закрывается, уменьшается в десятки раз и выталкивает газ через клапан на выхлопе, где давление немного выше атмосферного.

Масло отделяет глубокий вакуум от сухой откачки

В масляных насосах масло уплотняет зазоры между ротором, лопатками и корпусом и отводит тепло; двухступенчатые масляные насосы доходят до среднего вакуума. В сухих лопатки из графита работают без масла, предельное давление у них выше, но в откачиваемый объём не попадает масляный туман. Материал лопаток вакуумного насоса выбирают по смазке: текстолит в масляных машинах, графит в сухих.

Водокольцевой насос работает на вращающемся кольце воды

В корпусе эксцентрично вращается рабочее колесо с лопатками, корпус частично заполнен водой. Вода отбрасывается к стенке и образует кольцо, которое из-за эксцентриситета то удаляется от ступицы, то приближается к ней. Между лопатками и кольцом воды получаются ячейки переменного объёма; через окна в торцевом распределительном диске газ входит в растущие ячейки и выходит из сжимающихся.

Водокольцевой насос нечувствителен к влаге и пыли, работает с паром и конденсатом, но не даёт вакуума глубже давления насыщенных паров воды. Это физика: при 15 °C давление пара воды около 1,7 кПа, при 30 °C около 4,2 кПа. Поэтому температура подаваемой воды прямо определяет достижимый вакуум, и летом насос «держит хуже».

Сухие, мембранные и бустерные насосы закрывают особые задачи

Сухие винтовые и кулачковые насосы сжимают газ двумя роторами без контакта друг с другом и без масла в камере; их ставят в химии, фармацевтике, пищевой промышленности. Насос Рутса, двухроторный бустер, сам на атмосферу не работает: его включают перед форвакуумным насосом, и он многократно увеличивает быстроту действия в среднем вакууме.

Мембранный вакуумный насос перемещает газ колебаниями мембраны в камере с двумя клапанами. Он полностью сухой, рабочая камера отделена от привода, поэтому при мембране и клапанах из химически стойкого материала, например PTFE, подходит для агрессивных паров в лабораториях, но даёт только низкий вакуум и небольшую производительность. Мембрана здесь основной изнашиваемый элемент, её ресурс определяет интервал обслуживания.

Как работает вакуумный насос?

Вакуумный насос работает по объёмному принципу: в его камере образуется полость, которая соединяется с откачиваемым объёмом и заполняется газом, затем отсекается, уменьшается и выталкивает газ наружу через клапан или окно. В пластинчато-роторном насосе полости создают лопатки в пазах эксцентричного ротора, в водокольцевом кольцо воды и лопатки колеса, в мембранном колеблющаяся мембрана. Предельное давление ограничено перетечками и давлением паров рабочей жидкости.

Почему вакуумный насос перестал держать вакуум?

Вакуумный насос перестаёт держать вакуум по двум группам причин: сам насос потерял откачку или в систему натекает воздух. Отделяют их просто: перекрывают вход насоса и замеряют предельное давление на его фланце. Если оно в паспортной норме, ищут подсос в системе: прокладки люков, фланцы, кольца арматуры. Если нет, причина внутри насоса: масло, клапаны, лопатки, уплотнение вала.

Уплотнения вакуумного насоса держат давление снаружи внутрь

В вакуумном насосе атмосфера давит на уплотнения снаружи, и негерметичность проявляется не течью, а подсосом воздуха. Его не видно, зато видно по манометру: насос не доходит до паспортного предельного давления, а после остановки вакуум быстро падает. Кольца корпуса и крышек, манжета вала, прокладки входного фланца и выхлопного клапана, мембраны клапанов работают на эту герметичность.

Для резины в вакууме важны газопроницаемость и газовыделение: часть марок при низком давлении выделяет летучие и ухудшает вакуум, поэтому для среднего и высокого вакуума берут специальную вакуумную резину или фторкаучук. Поиск причины падения вакуума начинают с замера предельного давления, и ремонт вакуумных насосов строят от этого замера.

Мембраны, кольца и прокладки к насосам изготавливают по образцу

Для насосов, к которым нет ремкомплекта или он слишком дорог, детали делают по образцу. Наша компания производит стандартные уплотнительные кольца и нестандартные мембраны, манжеты вала, прокладки крышек и фланцев по чертежу, эскизу, фото или образцу снятой детали, заказ от 1 штуки, минимальный заказ 9 000 ₽ с НДС.

Для расчёта присылают модель насоса, место детали, образец или фото на листе с линейкой, откачиваемую среду (воздух, пар, растворители, агрессивные газы), температуру и рабочий вакуум, количество. Для мембран важно указать, работает ли она на атмосферу или между двумя полостями с вакуумом: от этого зависит выбор толщины и армирования, которые потом фиксируются в КП.

Нормы приведены по состоянию на октябрь 2026 года. Данные о материалах — ориентир для марок общего назначения; материал, размеры и допуски для вашего узла фиксируются в КП после технической оценки.