1. Классификация по принципу работы
Согласно международным стандартам вакуумной техники, вакуумные насосы научным образом делятся на две основные категории: газоперекачивающие насосы и газоулавливающие насосы.
1.1 Газоперекачивающие насосы
Газоперекачивающие насосы непрерывно всасывают, сжимают и выбрасывают газ, не накапливая его внутри корпуса. Благодаря стабильной работе и постоянному откачиванию газа они занимают доминирующее положение на промышленном рынке вакуумного оборудования. Данная группа подразделяется на объемные, импульсные и струйные насосы.
1.1.1 Объемные вакуумные насосы
Данные насосы периодически изменяют внутренний объем рабочей камеры за счет механического движения, осуществляя процессы всасывания и выхлопа. Они отличаются долговечностью и широко применяются в условиях грубого и низкого вакуума.
Пластинчато-роторный вакуумный насос: Классический масляный вакуумный насос, выпускаемый в одноступенчатом и двухступенчатом исполнении. Обеспечивает высокий предельный вакуум, имеет отработанную технологию и доступную стоимость. К недостаткам относятся масляное загрязнение и невозможность перекачки агрессивных газов. Применяется в лабораториях, вакуумной упаковке и малогабаритных вакуумных напылительных установках.
Поршневой возвратно-поступательный вакуумный насос: Разработан для большой производительности и устойчивости к пыли, имеет средние вакуумные характеристики. В основном используется в химической промышленности, очистке сточных вод и вакуумном обезвоживании.
Рутсовский вакуумный насос: Отличается высокой скоростью откачки и быстрым повышением давления. Для работы обязательно требуется предварительный насос. Широко применяется в химической ректификации, вакуумной сушке и производстве литиевых аккумуляторов.
Когтевой вакуумный насос: Безмасляный сухой вакуумный насос с двойными когтевыми роторами. Обеспечивает чистый вакуум, является предпочтительным оборудованием для фармацевтики, новых энергетических источников и тонкой химической промышленности.
Винтовой вакуумный насос: Оснащен бесконтактными винтовыми роторами. Отличается высокой устойчивостью к водяному пару и мелкой пыли, относится к высококачественному сухому вакуумному оборудованию промышленного назначения.
1.1.2 Импульсные вакуумные насосы
За счет высокоскоростных вращающихся лопастей или газовой струи ускоряются молекулы газа, что позволяет получать высокий и сверхвысокий вакуум. Данные насосы не могут работать самостоятельно и требуют установки предварительного насоса.
Турбомолекулярный насос: Работает при чрезвычайно высокой скорости вращения, обеспечивает безмасляный сверхвысокий вакуум. Основная сфера применения – полупроводниковая техника, аэрокосмическая отрасль и прецизионные аналитические приборы.
Диффузионный насос: Откачивает газ за счет струи высокотемпературного масляного пара. Имеет низкую стоимость и отработанную технологию, но подвержен масляному загрязнению. В основном используется в традиционных вакуумных напылительных процессах и металлургии.
1.1.3 Струйные вакуумные насосы
Струйные насосы не имеют подвижных механических деталей. Отрицательное давление создается за счет высокоскоростной подачи жидкости. Простая конструкция и отсутствие необходимости в техническом обслуживании обеспечивают высокую коррозионную стойкость.
Водоструйный вакуумный насос: Экономичный и долговечный насос, устойчивый к воде и коррозии. Часто используется в химической промышленности, очистке сточных вод и вакуумной кристаллизации.
Паровой струйный вакуумный насос: Обычно собирается в многоступенчатые комплексы для большой производительности по газу. Применяется в нефтехимической промышленности и крупных ректификационных установках.
1.2 Газоулавливающие насосы
Вместо выброса газа наружу газоулавливающие насосы фиксируют молекулы газа внутри корпуса путем адсорбции, конденсации и ионизации. Благодаря отсутствию вибраций и сверхчистой работе они незаменимы для получения сверхвысокого вакуума в полупроводниковой и аэрокосмической отрасли.
Криогенный конденсационный насос: Замораживает и улавливает молекулы газа при сверхнизкой температуре для получения предельного вакуума.
Ионный распылительный насос: Ионизирует и поглощает остаточные газы, обеспечивая стабильный сверхвысокий вакуум в течение длительного времени.
Адсорбционный насос: Использует адсорбцию молекулярных сит, имеет простую конструкцию и бесшумную работу, предназначен для малогабаритных лабораторных вакуумных систем.
2. Классификация по степени вакуума
Согласно международным стандартам разделения давлений, вакуумные насосы делятся на четыре категории для удобства промышленного подбора.
2.1 Грубый вакуум (10⁵ ~ 10³ Па)
Основные типы насосов: водокольцевой, струйный. Характеристики: большая производительность, низкая степень вакуума, устойчивость к воде и пыли. Сферы применения: химическое обезвоживание, вакуумная фильтрация, очистка сточных вод.
2.2 Низкий вакуум (10³ ~ 10⁻¹ Па)
Основные типы насосов: одноступенчатый пластинчато-роторный, когтевой. Характеристики: высокая экономичность, универсальность. Сферы применения: вакуумное дегазирование, вакуумирование форм, общая промышленность с отрицательным давлением.
2.3 Высокий вакуум (10⁻¹ ~ 10⁻⁵ Па)
Основные типы насосов: двухступенчатый пластинчато-роторный, рутсовский насосный агрегат, диффузионный. Характеристики: высокая степень вакуума, необходимость использования предварительного насоса. Сферы применения: вакуумное напыление, термообработка, производство литиевых аккумуляторов.
2.4 Сверхвысокий вакуум (< 10⁻⁵ Па)
Основные типы насосов: молекулярный, криогенный, ионный. Характеристики: сверхчистая безмасляная работа для прецизионного производства. Сферы применения: полупроводниковые чипы, оптическое напыление, аэрокосмические испытания.
3. Классификация по типу смазки и чистоте
3.1 Масляные вакуумные насосы
Преимущества: плотное уплотнение, высокий предельный вакуум, низкая себестоимость производства. Недостатки: загрязнение масляными парами, низкая химическая устойчивость, необходимость регулярной замены масла. Подходят для обычных промышленных отраслей без строгих требований к чистоте.
3.2 Сухие вакуумные насосы
Основные типы: когтевой, винтовой, спиральный, мембранный. Преимущества: безмасляная рабочая камера, чистый вакуум, устойчивость к водяному пару и слабым коррозионным средам. Недостатки: высокая стоимость производства, требовательность к точности механической обработки. Широко используются в фармацевтике, пищевой промышленности, полупроводниковой технике и отрасли новых энергетических источников.
4. Классификация по конструкции механического движения
4.1 Ротационные вакуумные насосы
Откачка газа осуществляется за счет непрерывного вращения ротора, работа плавная, с низкой вибрацией. К данной группе относятся пластинчато-роторные, винтовые, когтевые, рутсовские и молекулярные насосы.
4.2 Возвратно-поступательные вакуумные насосы
Работа основана на поршневом возвратно-поступательном сжатии. Сильная вибрация и шум ограничивают область применения, поэтому они используются только в тяжелых условиях грубого вакуума.
4.3 Жидкостно-струйные вакуумные насосы
Не имеют подвижных деталей. Отрицательное давление формируется за счет высокоскоростной струи жидкости, отличаются отсутствием обслуживания и высокой коррозионной стойкостью.
5. Классификация по коррозионной стойкости
5.1 Углеродистые стальные вакуумные насосы
Предназначены для перекачки сухого чистого воздуха без коррозионных примесей, применяются в общем машиностроении.
5.2 Нержавеющие антикоррозионные насосы
Изготовлены из нержавеющей стали марки 304/316, устойчивы к слабым кислотам, щелочам и водяному пару, подходят для химической и фармацевтической промышленности.
5.3 Антикоррозионные насосы с покрытием PTFE
Имеют внутреннее тефлоновое покрытие, выдерживают воздействие сильных кислот, щелочей и органических растворителей, используются в тонкой химии и при очистке гальванических отходных газов.
6. Сравнение популярных вакуумных насосов
6.1 Водокольцевой вакуумный насос
Преимущества: устойчивость к воде и пыли, взрывозащищенность, низкая стоимость. Недостатки: ограниченная степень вакуума, высокий расход воды. Сферы применения: химическая промышленность, горное дело, целлюлозно-бумажная промышленность, очистка сточных вод.
6.2 Пластинчато-роторный вакуумный насос
Преимущества: высокие вакуумные характеристики, низкий уровень шума, отработанная конструкция. Недостатки: масляное загрязнение, низкая коррозионная устойчивость. Сферы применения: лабораторные исследования, вакуумная упаковка, малогабаритные вакуумные напылительные процессы.
6.3 Рутсовский вакуумный насос
Преимущества: высокая скорость откачки, быстрое повышение давления. Недостатки: обязательное использование предварительного насоса, высокая рабочая температура. Сферы применения: химическая ректификация, вакуумная сушка, производство литиевых аккумуляторов, вакуумная металлургия.
6.4 Винтовой вакуумный насос
Преимущества: сухая безмасляная конструкция, высокая устойчивость к пару, длительный срок службы. Недостатки: высокая стоимость единицы оборудования. Сферы применения: фармацевтическое производство, новые энергетические материалы, тонкая химическая промышленность.
6.5 Молекулярный насос
Преимущества: сверхвысокий вакуум, безмасляная чистота. Недостатки: высокая стоимость инвестиций, низкая устойчивость к пыли. Сферы применения: производство полупроводников, оптическая промышленность, аэрокосмическая техника.
6.6 Струйный насос
Преимущества: отсутствие ежедневного обслуживания, максимальная коррозионная стойкость. Недостатки: высокое энергопотребление, низкий предельный вакуум. Сферы применения: крупные химические комплексы, нефтяная ректификация.
7. Тенденции развития рынка вакуумных насосов
Под влиянием модернизации китайской промышленности, активного развития отрасли новых энергетических источников и локализации полупроводниковой техники рынок вакуумных насосов имеет пять основных направлений развития: замена традиционных масляных насосов сухими безмасляными, улучшение антикоррозионных материалов, интеллектуальное частотное регулирование, снижение шума и энергопотребления, импортозамещение вакуумного оборудования отечественного производства. Ранее высококачественные вакуумные насосы в основном импортировались из Европы, Америки и Японии. В настоящее время отечественные винтовые, когтевые и молекулярные насосы активно реализуют импортозамещение благодаря постоянным технологическим прорывам.