Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Спиральный вакуумный насос — это сухой (безмасляный) насос объёмного действия, в котором газ захватывается, сжимается и вытесняется парой вложенных одна в другую спиралей. Ниже разобрано, как работает спиральный вакуумный насос: устройство неподвижной и орбитальной спиралей, образование камер сжатия, принцип безмасляной откачки, основные параметры, области применения и обслуживание.
По классификации вакуумных насосов (устройств, предназначенных для создания, повышения и поддержания вакуума) спиральный насос относится к механическим насосам объёмного действия. Он работает от атмосферного давления и выбрасывает газ прямо в атмосферу, поэтому его применяют как самостоятельный насос среднего вакуума и как форвакуумный (backing) насос в связке с высоковакуумными агрегатами.
Спиральный вакуумный насос создаёт средний вакуум и служит первичным (форвакуумным) звеном там, где недопустимо загрязнение откачиваемого объёма парами масла. В отличие от пластинчато-роторных насосов, у которых рабочая полость уплотняется масляной плёнкой, спиральный насос уплотняется механически — за счёт прецизионных зазоров и полимерных уплотнений, а смазанные подшипники изолированы от газового тракта. В результате на выходе получается чистый, сухой вакуум.
Ключевая особенность спирального насоса — сухая откачка от атмосферы до среднего вакуума при единственной подвижной детали в газовом тракте.
Сам принцип спиральной машины запатентовал французский инженер Леон Крё в 1905 году (патент США № 801 182). Однако конструкция требует очень высокой точности изготовления спиралей, поэтому массово спиральные компрессоры и насосы стали выпускать лишь после развития прецизионной механической обработки — примерно с 1980-х годов.
Основу насоса образуют две спирали одинакового профиля (как правило, эвольвентного), вложенные одна в другую со сдвигом. Одна спираль неподвижно закреплена в корпусе, вторая совершает орбитальное движение.
Неподвижная спираль жёстко связана с корпусом. В её центральной части расположено выпускное отверстие, через которое сжатый газ выходит наружу — обычно через обратный (невозвратный) клапан, препятствующий обратному натеканию при остановке.
Подвижная спираль установлена на эксцентрике приводного вала и приводится электродвигателем. Она не вращается вокруг собственной оси, а совершает плоское орбитальное движение по окружности, сохраняя постоянную угловую ориентацию. От проворота её удерживает противоповоротный механизм, а неуравновешенность эксцентрика компенсируется противовесом — это снижает вибрацию.
Малый радиус орбиты относительно размеров узла обеспечивает плавный ход, малый износ и низкий уровень вибраций — при этом спиральный механизм не требует впускных и выпускных клапанов на отдельных ступенях сжатия.
При орбитальном движении подвижной спирали её стенки в нескольких точках почти соприкасаются со стенками неподвижной спирали, образуя ряд замкнутых серповидных камер. Именно эти камеры переносят и сжимают газ.
Процесс непрерывен: за каждый оборот на периферии образуются новые камеры, поэтому всасывание, сжатие и выпуск идут одновременно в разных камерах. Отсюда — равномерный крутящий момент, стабильная быстрота действия в широком диапазоне давлений и низкие пульсации потока. Внутренняя степень сжатия у спиральной пары высока, что позволяет достигать среднего вакуума без дополнительных механических ступеней; встречаются и двухступенчатые исполнения.
Q
S
p
Q = S · p
S = 12 м³/ч ≈ 3,33·10⁻³ м³/с
p = 100 Па
Q = 3,33·10⁻³ · 100 ≈ 0,33 Па·м³/с
Главное преимущество спирального насоса — полностью сухой газовый тракт. Ни масла, ни другой рабочей жидкости в откачиваемой среде нет, поэтому нет и риска загрязнения объёма углеводородами. Обеспечивается это тремя решениями.
По вершине спиральной стенки в специальную канавку укладывается полимерное уплотнение — как правило, из ПТФЭ (политетрафторэтилена). Оно создаёт осевое уплотнение между торцом стенки одной спирали и днищем другой, отсекая соседние камеры друг от друга. Радиальную герметичность дополнительно обеспечивают минимальные зазоры между стенками спиралей, достигаемые прецизионной обработкой.
Приводной узел отделяется от вакуумной полости сильфоном. Это исключает попадание смазки подшипников в откачиваемый газ и, наоборот, защищает подшипники от воздействия перекачиваемой среды. Именно герметичная развязка делает насос по-настоящему «сухим».
Для откачки конденсируемых паров (воды, растворителей, разбавленных кислот и щелочей) применяют газобалласт — контролируемый напуск воздуха или инертного газа в ступень сжатия. Он предотвращает конденсацию паров внутри насоса. В ряде исполнений газобалласт двухступенчатый, что расширяет диапазон допустимой паровой нагрузки.
ПТФЭ-уплотнения химически стойки, но подвержены механическому износу: это расходный элемент, определяющий межсервисный интервал. Их состояние напрямую влияет на предельное остаточное давление насоса.
Ниже — ключевые термины, которыми описывают работу спирального насоса, и их стандартные определения.
Типовые эксплуатационные характеристики спиральных вакуумных насосов приведены ниже. Значения даны как ориентировочные диапазоны — конкретные величины зависят от типоразмера, числа ступеней и режима работы, поэтому их следует уточнять по документации на выбранную модель.
Паспортное предельное остаточное давление, как правило, достигается после некоторого времени приработки; ускорить выход на режим помогает работа с газобалластом или продувка азотом. Базовое давление и быстроту действия измеряют по стандартным методикам испытаний вакуумных насосов объёмного действия.
Спиральные насосы выбирают там, где нужен чистый вакуум без углеводородного загрязнения. Основные направления:
Для сравнения ориентиров при выборе: если требуется давление глубже среднего вакуума, спиральный насос ставят форвакуумной ступенью под турбомолекулярный насос; при умеренных требованиях (грубый вакуум) достаточно более простых сухих насосов, а спиральный оправдан прежде всего требованием сухого и чистого тракта.
Спиральный насос неприхотлив, но имеет расходные элементы и ограничения, которые нужно учитывать.
ПТФЭ-уплотнения изнашиваются и периодически заменяются — это основная регламентная операция. Ориентировочный ресурс — от одного-двух до нескольких лет в зависимости от режима; у современных конструкций сервисные интервалы доходят до нескольких лет. При износе растёт предельное остаточное давление и падает быстрота действия. Многие модели рассчитаны на обслуживание на месте, без специнструмента.
Продукт износа ПТФЭ — мелкая пыль, часть которой скапливается в выпускном тракте. Её нужно учитывать в чистых зонах и при периодическом обслуживании; на входе целесообразно ставить пылевой фильтр.
Пары следует откачивать с открытым газобалластом, иначе они конденсируются внутри насоса. Взрывоопасные среды в стандартном исполнении не откачивают; для агрессивных газов проверяют совместимость материалов уплотнений и корпуса.
Две вложенные спирали — неподвижная и орбитальная — образуют серповидные камеры. Орбитальная спираль движется по окружности, камеры отсекаются от входа на периферии, смещаются к центру, уменьшаются в объёме и сжимают газ, который затем выбрасывается через выпуск в центре неподвижной спирали.
Рабочая полость уплотняется механически — полимерными наконечниковыми уплотнениями и прецизионными зазорами, а не масляной плёнкой. Привод и подшипники отделены от вакуумной полости сильфоном, поэтому смазка не попадает в откачиваемый газ.
Спиральные насосы работают в области среднего вакуума. Предельное остаточное давление без газобалласта — порядка 10⁻² мбар (около 1 Па), у отдельных моделей ниже. Для более глубокого вакуума насос используют как форвакуумную ступень под турбомолекулярный насос.
Пластинчато-роторный насос уплотняется маслом, спиральный — сухой. Спиральный даёт чистый вакуум без углеводородов, но имеет расходные ПТФЭ-уплотнения; масляный проще и дешевле, но требует замены масла и не подходит там, где недопустимо загрязнение.
Основной расходный элемент — наконечниковые уплотнения из ПТФЭ. Их меняют по мере износа: ориентировочно от одного-двух до нескольких лет, в зависимости от режима и паровой нагрузки. Износ проявляется ростом остаточного давления и снижением быстроты действия.
Да, при использовании газобалласта, который предотвращает конденсацию паров внутри насоса. Для агрессивных сред необходимо проверять химическую стойкость уплотнений и корпуса, а взрывоопасные газы в стандартном исполнении откачивать нельзя.
Турбомолекулярный насос не выбрасывает газ прямо в атмосферу и требует форвакуума. Спиральный насос создаёт на его выходе нужное давление и при этом сохраняет чистоту тракта, поэтому широко применяется как сухой форвакуумный насос в масс-спектрометрии и электронной микроскопии.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.