Меню

Устройство вакуумной установки и процесс работы

Устройство и работа вакуумной системы

Многочисленные области производства не мыслят свое существование без использования технологий вакуума. Металлургия, медицина, химическая индустрия, сушка, промышленность полупроводников – это лишь несколько примеров того, где используется вакуумная техника. Самым известным примером является упаковка продуктов, которые мы покупаем ежедневно в магазине, кто с нас не видел мясо в «вакуумной упаковке».

Однако применение этих технологий связано не только с потребительским сегментом. Исследования в области химии и медицины уже давно не представляют своего будущего без вакуума. Инструменты исследовательской аналитики не могут функционировать без определённых условий.

Но более всего, конечно, выигрывает от этих систем промышленность и водоподготовка.

Что такое вакуумная система?

Некоторые приборы попросту не функционируют без условий вакуума, поэтому эти условия создаются искусственно. Для этого необходима целая система поддержания состояния в отсеке или контейнере, состоящая из насоса и других компонентов, которые обеспечивают его бесперебойную работу. Кроме того, область вакуума необходимо ограничивать, что делается при помощи предохранителей, клапанов и затворов. И им же нужно управлять, для чего подключаются регулировщики каждого сегмента, которые бывают электронными или механическими, а также оснащаются тепловыми, ионизационными и деформационными датчиками.

Сама же система может создавать вакуум следующих уровней:

  • Вакуум низкого уровня, который применяется в упаковочной сфере и промышленности
  • Вакуум среднего уровня, который имеете зачастую металлургическое и фармацевтическое применение
  • Вакуум высокого и сверхвысокого уровня используется при создании устройств из категории высоких технологий (чипов, плат, телескопов, микроскопов и т.д.)

Вакуумом считается состояние газа с показателями давления ниже атмосферного. Соответственно, чем ниже давление в системе, тем более «высокого» вакуумного уровня оно считается. Значения областей давления за сверхвысоким порогом достигает 10 -11 Па, тогда как низкий вакуум начинается с 10 5 Па. Четких границ не существует, поскольку важны еще и условия создания такого пространства. Одно и то же давление в области при наличии дополнительных параметров считается, как средним, так и высоким вакуумом.

Разделение на категории происходит по силе взаимодействия молекул между собой, а именно в зависимости от длины их свободного пробега.

Особенности каждого вида вакуума следующие:

  • Низкий вакуум имеет усреднённую длину пробега молекул ниже размеров области или сосуда (диаметр трубопровода, например)
  • Средний вакуум имеет длину пробега молекул, которая равна размерам области или сосуда

Сверхвысокий вакуум имеет также свою особенность: он практически не меняет свойства свободной от газа поверхности за какое-либо существенное время.

Создание определенного уровня вакуума зависит от применения насосов. Их количество варьируется в зависимости от сложности установки и целевого назначения всей системы. Концентрация молекул уменьшается во время процесса откачки.

От насосов и конденсаторов (их типов и количества) зависит степень дегазации пространства. Конденсаторы называют ловушками, потому что они собирают газы и пары на холодных поверхностях, а также впитывают их при помощи пористого сорбента (другой тип ловушки). В некоторых случаях для удаления отдельных элементов газов используется ионизация.

Схема простой вакуумной системы

Вакуумные системы состоят из таких компонентов:

  • Два/три насоса, соединённые в определённой последовательности
  • Регуляторов давления и потоков газа
  • Ловушек, улавливающих пары
  • Приборов для измерения состояния области вакуума
  • Затворов, предотвращающих разгерметизацию
  • Трубопроводов, по которым перемещается газ и производится откачка

На схеме видно, как последовательно должны включаться высоковакуумный и низковакуумный насосы для откачки. Низкий вакуум при этом создается с помощью форвакуума. Все насосы в обязательном порядке соединяются с ловушками, которые устанавливают над устройствами. Ловушки служат предохранителями сосуда с откачиваемым объектом. Их предназначение в том, чтобы не допустить попадания вещества насосов в вакуумную среду, а также поймать нежелательные в области откачки газы.

Низковакуумный насос в предложенном примере оснащен ловушкой, которая предохраняет высоковакуумный насос от попадания паров форвакуума.

Вся система соединяется при помощи клапанов и затворов. На схеме трубопроводы отображаются простыми основными линиями, какого бы функционального назначения они не были.

Основная часть вакуумной системы – это камера, в которой и создаются необходимые условия за определённое время на определённый период. На схеме данная камера названа «откачивающим объектом».

Существует классификация камер по типу применения оборудования по созданию вакуума для следующего:

  • Механической обработки
  • Термообработки
  • Синтеза металлов или элементов
  • Проведения экспериментов
  • Нагрева

Кроме того, камеры подразделяются по степени охвата сопутствующего оборудования для работы в вакууме:

  • Машина или агрегат, в которой содержится все оборудование (основное и дополнительное)
  • Механизм – эта часть технических устройств находится внутри

Функциональное назначение камер вакуума бывает следующее:

  • Ввод-вывод – загрузка и транспорт объекта обработки
  • Предварительная подготовка для материалов, передающихся потом к основному узлу
  • Шлюзовая камера, где создаётся или понижается давление последовательно

Соединения между камерами, ловушками и насосами обеспечивают трубопроводы, которые также бывают разных типов (форвакуумный, вакуумный, байпасный и т.д.). Это основная часть любой схемы вакуумной системы, поскольку она соединяет все элементы воедино, обеспечивая бесперебойную работу и взаимосвязанные процессы включения/отключения оборудования.

Что собой представляет автоматическая вакуумная система?

Автоматика используется в таких процессах, которые требуют долгого времени бесперебойной работы вакуумной установки.

Сферы применения таких систем вакуума обычно включают:

  • Большие заводы и производства с налаженными автоматическими линиями
  • Сферы, где требуется загрузка/выгрузка тяжелых грузов (например, древесины)
  • Пожарные автомобили для систем водозаполнения насосов
  • Медицинские учреждения
  • Промышленность всех видов
  • Автомобильное устройство
  • Системы умного дома

В отличие от обычных вакуумных систем автоматические системы оснащены встроенными логическими контролирующими элементами. Именно контроллер управляет всеми частями работы установки, а в случае ошибки или поломки подключает резервные системы. Таким образом, для обслуживания не нужно постоянное или даже временное присутствие персонала, а достаточно проверять состояние вакуума по экранам контроллеров.

Также автоматизированные системы внедряются централизовано, чтобы охватить несколько областей производства или экспериментальных процессов на предприятии. Автоматика позволяет управлять работой установок централизовано и удаленно. Небольшие вакуумные системы имеют около 20 различных параметров, которые настраиваются под пользователя и его нужды. Крупные установки могут оснащаться расширенным функционалом.

Преимуществами автоматических вакуумных систем:

  • Отсутствие необходимости сложного техобслуживания: замены пластин, фильтров масла или самого масла в камере
  • Отсутствие высокого риска смешивания масляной пыли с откачиваемыми газами, поскольку компоненты блокируются автоматически
  • Энергоэффективность, поскольку за счёт упрощения процессов и потребление энергии сокращается

Как правило, автоматика оснащается двумя и более насосами, поскольку один требует гарантии проведения техобслуживания (для этого систему и должны отключить). Два насоса обеспечивают надежность работы, а если в установке их три, то ещё и гарантируют включение резервной системы при возможных неполадках. В зависимости от назначения создания вакуума системы откачки используются параллельно или попеременно.

Устройство вакуумных систем

Как уже упоминалось, система вакуума – это набор устройств, которые призваны создавать, поддерживать и регулировать состояние вакуума в определенной области. В систему входят элементы измерения, откачки, связующие звенья, устройства герметизации и другие сборочные элементы. Конструкция вакуумной системы зависит от ее назначения и характеристик элементов, входящих в ее состав.

Основные элементы устройства вакуумной системы:

  • Камеры, в которых и создаются условия вакуума
  • Трубопроводы, которые перемещают газы по системе
  • Запорно-регулирующие аппараты, предназначенные для герметичности и перекрытия коммуникаций внутри системы
  • Противоаварийные установки, служащие для перекрытия трубопроводов при возникновении неполадок (работают за доли секунды)
  • Напускные установки для плавного регулирования давления, которые запускают воздух или газ в систему
  • Соединения, обеспечивающие герметичность и взаимосвязанность всех элементов установки
  • Насосы для дегазации

Классификация всех элементов производится по их назначению в конкретно взятой вакуумной системе. Камеры и трубопроводы имеют самый большой разброс характеристик, поскольку могут находиться в разных частях установки и применяться, как промежуточные звенья, так и конечные элементы системы.

Запорные аппараты, которые регулируют все процессы внутри сложной агрегатной системы, применяются на всех уровнях вакуума:

  • Клапаны
  • Маятники
  • Шиберные затворы

Все они бывают разных приводов: от полноценной механики до электрических модификаций в автоматических системах (электро-механические, электромагнитные, пневматические или гидравлические). Не последнюю роль играет способ, которым эти «малыши» обеспечивают герметизацию всех узлов вакуумной системы. Применяется уплотнитель или расплавляемые металлы.

В условиях высокого и сверхвысокого вакуума клапаны срабатывают очень часто, особенно при прогревах, поэтому, в таких системах используют усиленную герметизацию.

Соединения запорных аппаратов и других элементов системы подразделяют установки вакуума на такие виды:

    Разъемные, которые можно спокойно разбирать, и детали не будут деформированы или разрушены в процессе

Выбор одного из двух способов стыковки элементов зависит от условий создания вакуума и рабочих температур.

Работа вакуумных систем

Получить вакуум можно при помощи удаления газа из камеры. В одном случае газ направляется вне вакуумной системы, а в другом связывается внутри установки. Для этого используются насосы, запускающие весь процесс создания условий в камере.

Газ перемещается по системе порциями, но непрерывно. Его удаление происходит через изоляцию в рабочей камере насоса, а затем передачу за пределы откачивающего элемента. Это происходит при помощи сжатия газа в процессе перемещения так, чтобы его давление было больше, чем давление на выходе из насоса.

Во время работы откачивающих систем вакуума возможны следующие негативные явления:

  • Проникают пары в объект откачки (в вакууме)
  • Откачиваемые вещества загрязняют насос
  • Происходит потеря рабочей жидкости

Во всех этих случаях применяются ловушки, которые запускаются вместе с насосами в системе. Обычно на каждый насос существует своя ловушка, которая выступает предохранителем для условий, создающихся в камере.

Цикл откачки и удаления нежелательных элементов повторяется снова и снова, пока в камере не будет достигнуты необходимые условия вакуума. Поддержание этого состояния зависит от регулярности работы насоса, а также клапанов системы. Насосы, которые связывают газы, не откачивают их, а захватывают в твердом состоянии. И те, и другие имеют трудности и ограничения, особенно, когда необходимо откачать водород или неон.

Последовательное соединение насосов обеспечивает их цикличную работу на разных ступенях. Это применяется для создания сверхвысокого и высокого вакуума. Откачка газа проходит несколько этапов регуляции и изменения давления в системе, постепенно достигая нужной отметки дегазованности. Впоследствии условия поддерживаются в камере через повторное включение насосов и герметизацию объекта откачки.

Примером тому является система принудительного вытеснения. Она имеет ручной водяной насос, который внутри самого себя способен создать герметичную область вакуума. Происходит перепад давления и жидкость из целевой камеры (например, колодца) перемещается в эту область, после чего она закрывается со стороны целевой камеры, но открывается в сторону атмосферы. В процессе область сжимается до минимально возможного размера, что и выталкивает жидкость дальше. Поддержание в насосе вакуума обеспечивается расширением и закупориванием области перемежающимися периодами прохождения через полость воды.

источник

Читайте также:  Снятие и установка датчика температуры охлаждающей жидкости

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector