Винтовые насосы

Винтовой механизм, повсеместно используемый в компрессорах, может быть адаптирован для использования в качестве вакуумного насоса. В данном механизме пара винтов вращается с одинаковой высокой скоростью в противоположных направлениях

Существует несколько вариантов конструкции винтового насоса: с одинарным шагом, с переменным шагом, ступенчатым шагом. Винты расположены параллельно с небольшим зазором. Откачиваемый газ движется вдоль оси винтов от впускного патрубка к выпускному. Конструкция является безмасляной.

В насосе обеспечивается высокая степень сжатия. Считается, что максимальное сжатие происходит на последнем витке спирали, около выпускного окна. Насос «выжимает» газ к маленькому выпускному клапану, который открывается и закрывается. Газ «пульсирует» около выпускного отверстия, расширяясь и сжимаясь на каждой стадии (каждом обороте винта). При этом выделяется много тепла. Таким образом, на выходе насоса создается область высокой температуры, в то время как на входном патрубке, из-за низкой степени сжатия, температура остается низкой.

В современных винтовых насосах, температура газа на выходе насоса достигает 300 °С (в когтевых насосах – 180 °С). Высокая температура газа может быть отрицательным фактором в некоторых химических производствах, где откачиваемый газ или частицы вещества могут самовоспламеняться при данной температуре.

Незначительное снижение данной высокой температуры можно достигнуть впрыском холодного газа (воздуха или азота), но для этого требуется большое количество газа (в случае использования азота это может привести к значительным расходам). Еще одна проблема, возникающая при впрыске холодного газа в том, что это приводит к локальному охлаждению и появлению возможности конденсации паров и местной коррозии. Также может приводить к охлаждению частей насоса, в частности ротора. При использовании атмосферного воздуха возникает проблема попадания влаги внутрь насоса и вакуумной системы.

При низком давлении КПД винтового насоса ниже, чем у двухроторного насоса Рутса, из-за более низкой степени сжатия.

Обычно в винтовых насосах, как и в насосах Рутса, один ротор приводится в движением двигателем, а на другой крутящий момент передается через шестерню. Тем не менее, некоторые производители используют для вращения роторов разные электродвигатели, работающие синхронно. В результате отсутствует проблема смазки шестеренок и потери мощности. Винтовые роторы отшлифованы и сбалансированы и относительно друг друга, что приводит к необходимости замены всех роторов, если один поврежден.

Винтовые роторы вращаются со скоростью до 6000 оборотов в минуту, и поэтому к ним предъявляются высокие требования по твердости и стойкости к повреждениям поверхности. Один из способов обеспечить это – нанесение защитного покрытия, которое истирается на начальном этапе работы насоса, пока не произойдет образование рабочих поверхностей.

По геометрическим размерам и величине предельного остаточного давления, винтовые насосы сходны с когтевыми насосами и насосами Рутса. Средняя производительность достигает значения около 70 м3/ч, предельное давление составляет, в зависимости от модели, как правило, от 0,1 до 0,001 мбар.