Оформите заявку на сайте, мы свяжемся с вами в ближайшее
время и ответим на все интересующие вопросы.
Видеообзор системы
Состав установки, принцип совместной работы сухого винтового насоса и бустера Рутса, характеристики и практические сценарии.
Технический подкаст
Развернутый аудиоразбор безмасляной системы LeakLab SHH‑MBS продолжительностью около 26 минут.
Лаборатория контроля герметичности LeakLab предлагает компактную двухступенчатую откачную систему SHH-MBS. Установка объединяет сухой двухвинтовой насос CBVAC SSH20 и механический бустерный насос Рутса ULVAC MBS-053. Такое сочетание предназначено для откачки от атмосферного давления, ускоренного прохождения области низкого и среднего вакуума, получения чистого технического вакуума и проведения испытаний на герметичность на стационарных и выездных объектах.
Система питается от однофазной сети 220 В, использует воздушное охлаждение и не требует водяного контура. В вакуумном тракте отсутствует маслозаполненная рабочая камера пластинчато-роторного насоса. Поэтому при нормальной эксплуатации выхлоп не содержит характерного масляного аэрозоля, а риск загрязнения объекта углеводородными парами существенно снижается. При этом откачиваемый технологический газ остается в выхлопе и при необходимости должен направляться в вытяжную или газоочистную систему.
1. Назначение системы и область решаемых задач
SHH-MBS предназначена для тех процессов, где требуется совместить чистоту откачного тракта, питание от обычной однофазной сети, малую массу и более высокую быстроту откачки в области среднего вакуума, чем способен обеспечить один компактный форвакуумный насос. Основной эффект бустерной ступени проявляется при снижении давления, когда производительность небольшой форвакуумной ступени и проводимость трубопроводов начинают ограничивать темп откачки.
Система может использоваться для вакуумирования испытательных камер, герметичных емкостей, трубопроводных полостей, арматуры, экранно-вакуумной изоляции криогенного оборудования, аналитических установок и вспомогательных контуров гелиевых течеискателей. Для процессов микроэлектроники, производства чистых газов и медицинского приборостроения сухой тракт полезен тем, что исключает масляный туман от маслозаполненной рабочей камеры. Применимость к конкретному технологическому газу необходимо подтверждать по химической совместимости, допустимой газовой нагрузке и требованиям к отводу выхлопа.
2. Состав и принцип действия
2.1. Форвакуумная ступень CBVAC SSH20
CBVAC SSH20 представляет собой компактный сухой двухвинтовой насос. Два синхронно вращающихся винтовых ротора перемещают газ от входа к выпуску без масла в рабочей полости. Номинальная объемная производительность составляет 21,6 м³/ч, что соответствует 360 л/мин или 6,0 л/с. На странице изделия также указана пиковая скорость 6,3 л/с, что соответствует 378 л/мин. Предельное остаточное давление составляет не более 1 Па. Насос допускает запуск от атмосферного давления. [3, 4, 5]
SSH20 оснащен встроенным контроллером, локальным и дистанционным управлением, интерфейсом через 15-контактный разъем D-sub и линией RS-485. Номинальная мощность привода равна 750 Вт, опубликованная мощность при предельном давлении равна 510 Вт. Питание выполняется от однофазной сети 220 В с допуском ±10 процентов при частоте 50 или 60 Гц. Масса насоса составляет около 15 кг, габариты равны 381 × 273 × 227 мм. [3, 4]
2.2. Бустерная ступень ULVAC MBS-053
ULVAC MBS-053 является механическим бустерным насосом рутсового типа. Он устанавливается между объектом и форвакуумным насосом и не может использоваться как самостоятельная откачная ступень. Паспортная быстрота откачки составляет 50 м³/ч при входном давлении 100 Па. Максимальное отношение сжатия равно 25. Каталожное предельное давление 4 × 10⁻² Па указано при работе с соответствующим форвакуумным насосом. [1, 2, 7]
Насос использует бесщеточный двигатель постоянного тока с номинальной мощностью 200 Вт и максимальной потребляемой мощностью 250 Вт. Драйвер изменяет частоту вращения в зависимости от нагрузки. Это позволяет включать бустер при высоком входном давлении в правильно спроектированной системе, не допуская перегрузки двигателя и срыва магнитной муфты. Питание MBS-053 выполняется от однофазной сети 200-240 В, 50 или 60 Гц. [1, 2]
2.3. Совместная работа ступеней
На начальном этапе основную массу газа удаляет SSH20. По мере снижения давления бустерная ступень увеличивает объемную быстроту откачки на стороне объекта. При входном давлении около 100 Па MBS-053 достигает паспортного значения 50 м³/ч. При приближении к предельному давлению газовый поток уменьшается, а результат все сильнее определяется натеканием, газовыделением, проницаемостью материалов и проводимостью соединений.
Расчетная оценка предельного давления пары выполняется через предельное давление форвакуумного насоса и максимальное отношение сжатия бустера. При предельном давлении SSH20 не более 1 Па и отношении сжатия MBS-053, равном 25, идеализированная оценка дает 1 Па / 25 = 0,04 Па. Эта оценка относится к режиму малого газового потока. Она не заменяет приемочное измерение на собранной системе.
p₁ ≈ p₂ / Kmax ≤ 1 Па / 25 = 0,04 Па
Расчетная оценка давления на входе бустерной ступени при малом газовом потоке
3. Технические характеристики системы
| Параметр | Значение | Техническая оговорка |
|---|---|---|
| Тип системы | Двухступенчатая сухая система: винтовой насос и Roots-бустер | Безмасляная по вакуумному тракту |
| Форвакуумная ступень | CBVAC SSH20 | Сухой двухвинтовой насос |
| Бустерная ступень | ULVAC MBS-053 | Механический насос Рутса с регулируемым приводом |
| Паспортная быстрота бустера | 50 м³/ч, 833 л/мин, 13,9 л/с | Указана при входном давлении 100 Па |
| Номинальная быстрота SSH20 | 21,6 м³/ч, 360 л/мин, 6,0 л/с | Пиковое опубликованное значение 6,3 л/с |
| Целевое предельное давление | 4 × 10⁻² Па | Расчетная и приемочная характеристика собранной системы |
| Работа от атмосферы | Да | Основную газовую нагрузку при высоком давлении принимает SSH20 |
| Питание | Однофазное 220-240 В, 50 или 60 Гц | Требуется отдельная защита и заземление по проекту |
| Установленная мощность | Около 0,95 кВт номинально, до 1,0 кВт по максимальным входным данным приводов | Фактическая мощность зависит от давления и газовой нагрузки |
| Охлаждение | Принудительное воздушное | Водяной контур не требуется |
| Масса насосных ступеней | 26 кг | 15 кг SSH20 и 11 кг MBS-053, без рамы и арматуры |
| Температура окружающей среды | От 0 до +40 °C для системы | Общий диапазон ограничен требованиями MBS-053 |
| Стандартная откачиваемая среда | Сухой воздух или сухой азот | Применение других газов требует технической оценки |
| Параметр | CBVAC SSH20 | ULVAC MBS-053 |
|---|---|---|
| Принцип действия | Сухой двухвинтовой | Механический Roots-бустер |
| Быстрота откачки | 21,6 м³/ч номинально, 6,3 л/с пиково | 50 м³/ч при 100 Па |
| Предельное давление | ≤ 1 Па | 4 × 10⁻² Па с соответствующей форвакуумной ступенью |
| Максимальное отношение сжатия | Не нормируется в опубликованных данных | 25 |
| Максимальное входное давление | Атмосферное | Атмосферное в составе правильно спроектированной системы |
| Входной фланец | DN25 ISO-KF | JIS VG-40, в сборке применяется переходной узел |
| Выходной фланец | DN16 ISO-KF | JIS VF-40, в сборке применяется переходной узел |
| Питание | 220 В ±10 процентов, 1 фаза, 50 или 60 Гц | 200-240 В, 1 фаза, 50 или 60 Гц |
| Мощность | 750 Вт номинально, 510 Вт при предельном давлении | Двигатель 200 Вт, максимум 250 Вт |
| Частота вращения | 6800 мин⁻¹ | 3500 мин⁻¹ |
| Масса | Около 15 кг | 11 кг |
| Габариты | 381 × 273 × 227 мм | 167 × 410 × 130 мм |
| Уровень шума | < 60 дБА | < 65 дБА |
| Вибрация | < 1 мм/с | Отдельное значение не опубликовано |
| Охлаждение | Принудительное воздушное | Воздушное |
| Монтаж | Горизонтальный | Горизонтальный, отклонение по длинной оси не более ±0,5° |
| Смазка | Масло в редукторе вне рабочей полости | Около 70 мл SMR-200 вне откачной полости |
| Опубликованная герметичность корпуса | < 1 × 10⁻⁸ Па·м³/с | Отдельное значение не опубликовано |
4. Почему система называется безмасляной
Термин «безмасляная вакуумная система» в данном случае означает отсутствие масла в рабочем объеме, где происходит захват и сжатие откачиваемого газа. У SSH20 масло находится в редукторе и не должно контактировать с вакуумным трактом. У MBS-053 применяется около 70 мл масла SMR-200 для смазки механических узлов, а герметизация привода выполнена через магнитную муфту. Следовательно, корректная техническая формулировка звучит как «сухая система, безмасляная по вакуумному тракту». [2, 4]
Такое исполнение исключает масляный туман, который появляется на выхлопе пластинчато-роторного насоса при откачке от атмосферного давления. Оно также исключает один из основных путей обратного переноса углеводородов в объект. При этом сухой насос не делает выхлоп автоматически безопасным. Выхлоп содержит весь удаленный из объекта газ, включая пары растворителей, влагу, технологические примеси и пробный газ. При работе с опасными средами необходим герметичный выпуск, разбавление, нейтрализация или локальная вытяжка.
5. Быстрота откачки и влияние проводимости
Заявление о сохранении 50 м³/ч от атмосферного давления до 0,04 Па было бы технически некорректным. Быстрота MBS-053 нормирована при 100 Па. При высоком давлении привод ограничивает частоту вращения по нагрузке, а при низком давлении реальный газовый поток определяется отношением сжатия и остаточной газовой нагрузкой. Кроме того, объект видит не паспортную быстроту насоса, а эффективную быстроту с учетом проводимости трубопровода, клапанов и переходников.
1 / Sэфф = 1 / Sнас + 1 / C
Связь эффективной быстроты откачки с быстротой насоса и проводимостью вакуумного тракта
Для молекулярного режима проводимость прямой трубы по воздуху можно ориентировочно оценить как C ≈ 12,1 d³ / L, где C выражена в л/с, а внутренний диаметр d и длина L заданы в сантиметрах. Труба внутренним диаметром 25 мм и длиной 1 м имеет проводимость около 1,9 л/с. При подключении к насосу с быстротой 13,9 л/с эффективная быстрота составит около 1,7 л/с, то есть примерно 6 м³/ч. Короткий тракт DN40 длиной 0,1 м имеет расчетную проводимость около 77 л/с и позволяет получить эффективную быстроту около 11,8 л/с, то есть около 42 м³/ч. Именно поэтому прямое компактное соединение ступеней и широкий входной порт имеют принципиальное значение.
6. Электропитание, энергопотребление и мобильность
Обе ступени могут работать от однофазной сети 220-240 В. Суммарная номинальная мощность приводов составляет около 950 Вт, а сумма опубликованных максимальных входных значений не превышает примерно 1 кВт. Это позволяет использовать систему там, где отсутствует трехфазное питание. Фактическое энергопотребление определяется давлением, частотой вращения, температурой и продолжительностью цикла. Для объективного сравнения с масляной установкой следует учитывать не только установленную мощность, но и время достижения заданного давления.
Суммарная масса насосов равна 26 кг. Готовая установка будет тяжелее из-за основания, защитного кожуха, переходного фланца, клапанов, вакуумметров, кабелей и колесной тележки. При проектировании мобильного исполнения следует предусмотреть жесткое основание, фиксацию MBS-053 в горизонтальном положении, защиту горячих поверхностей и разгрузку вакуумного патрубка от механической нагрузки.
7. Контроль давления и вакуумметрический метод проверки герметичности
7.1. Возможности LeakLab VacuumTest
Вакуумметрический течеискатель LeakLab VacuumTest регистрирует абсолютное давление и изменение давления во времени после отсечения насосов. Опубликованный диапазон измерений по воздуху и азоту составляет от 1 × 10⁵ до 1 Па. Прибор использует термокондуктивный MEMS-датчик Пирани со встроенным бародатчиком, имеет TFT-дисплей, аналоговый выход и интерфейс RS-485 Modbus RTU. [6]
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Метод измерения | Термокондуктивный MEMS-датчик Пирани и встроенный бародатчик |
| Диапазон по воздуху или азоту | 1 × 10⁵...1 Па |
| Эквивалентный диапазон | 1 × 10³...1 × 10⁻² мбар |
| Типичная погрешность | ±5 процентов в диапазоне 0,001...100 мбар, ±25 процентов в диапазоне 100...1000 мбар, отдельная область ±10 процентов указана ниже 0,001 мбар |
| Повторяемость | ±2 процента в диапазоне 0,001...100 мбар |
| Время отклика | Не более 300 мс |
| Время прогрева | Не менее 60 с |
| Единицы | Па, Torr, mbar |
| Питание | 9-24 В постоянного тока |
| Потребляемая мощность | Не более 1,2 Вт |
| Аналоговый выход | 0,61-10 В, логарифмический |
| Цифровой интерфейс | RS-485, Modbus RTU |
| Вакуумное присоединение | KF16, нержавеющая сталь 304 |
| Максимальное давление на входе | До 130 кПа, избыточное давление не допускается |
| Рабочая температура | От 0 до +40 °C |
7.2. Расчет эффективного натекания
После достижения начального давления объект изолируют отсечным клапаном. При постоянном объеме и практически постоянной температуре суммарный эффективный газовый поток определяется по скорости роста давления. Метод изменения давления относится к общепринятым методам течеискания и определяется в терминологии ISO 20484 как измерение скорости изменения полного давления во времени. [8]
Qэфф = V · Δp / Δt
Расчет эффективного газового потока при постоянных объеме и температуре
Например, при объеме 0,10 м³, росте давления от 2,0 до 2,3 Па за 600 с получаем Qэфф = 0,10 × 0,3 / 600 = 5 × 10⁻⁵ Па·м³/с. Полученная величина является суммарной газовой нагрузкой. Она включает сквозные течи, газовыделение, проницаемость материалов, виртуальные течи и перетечки через отсечную арматуру.
QΣ = Qтечь + Qгазовыделение + Qпроницаемость + Qвиртуальная + Qарматура
Состав суммарного потока при испытании по росту давления
Однозначно разделить эти составляющие по одной кривой p(t) невозможно. Затухающая скорость роста часто указывает на преобладание десорбции, а близкий к линейному рост после стабилизации чаще соответствует постоянному натеканию. Для надежной интерпретации применяют повторные циклы откачки и выдержки, холостой тест оснастки, контроль температуры, перестановку отсечного клапана и локализацию дефекта гелием.
7.3. Нормативная оценка результата
Прибор не устанавливает норму герметичности самостоятельно. Начальное давление, время стабилизации, длительность выдержки, допустимый рост давления и допустимый поток должны быть заданы в конструкторской, технологической или отраслевой документации. ГОСТ 24054-80 устанавливает общие требования к выбору и проведению испытаний на герметичность, но конкретный критерий приемки определяет документация на изделие. [9]
8. Оценка времени откачки
Для предварительной оценки используют уравнение t = V / Sэфф × ln(pнач / pкон). Оно справедливо при постоянной эффективной быстроте и отсутствии значимой газовой нагрузки. В реальной системе быстрота зависит от давления, а на низком давлении время часто определяется влагой и газовыделением поверхностей.
| Объем объекта | От 10⁵ до 100 Па при 21,6 м³/ч | От 100 до 1 Па при 50 м³/ч | Суммарно до 1 Па |
|---|---|---|---|
| 20 л | 0,38 мин | 0,11 мин | 0,49 мин |
| 100 л | 1,92 мин | 0,55 мин | 2,47 мин |
| 500 л | 9,59 мин | 2,76 мин | 12,36 мин |
| 1000 л | 19,19 мин | 5,53 мин | 24,71 мин |
9. Примеры применения
| Задача | Преимущество системы | Обязательная проверка |
|---|---|---|
| Выездной контроль герметичности емкостей и трубопроводных полостей | Малая масса, питание 220 В, отсутствие масляного тумана | Проводимость подключения, прочность объекта под внешним давлением, герметичность оснастки |
| Предварительная откачка перед гелиевым течеискателем | Чистый тракт и быстрый переход к рабочему давлению течеискателя | Совместимость по входному давлению, защита течеискателя, отдельная проверка при высоком содержании гелия |
| Испытательные вакуумные камеры | Ускорение циклов и возможность автоматизации | Измеренная быстрота на камере, предельное давление, тепловой режим |
| Экранно-вакуумная изоляция криогенных резервуаров | Мобильность и ускорение откачки большого объема | Защита от влаги, пыли и ржавчины, максимально короткий широкий тракт |
| Вакуумная сушка и дегазация | Сухой винтовой насос лучше защищает процесс от масляного загрязнения | Допустимая паровая нагрузка MBS-053, конденсатор или ловушка, температура газа |
| Микроэлектроника и аналитические приборы | Снижение углеводородного загрязнения от насоса | Требования к частицам, материалам, чистоте сборки и технологическим газам |
| Установки чистых газов | Отсутствие масляного аэрозоля в выпуске | Чистота материалов, герметичный выхлоп, исключение обратного загрязнения от трубопроводов |
| Производство и испытание медицинского оборудования | Компактная чистая откачка для технологических операций | Регуляторные требования, биосовместимость, дезинфекция, запрет прямого применения как клинического аспиратора без сертификации |
| Испытание вакуумной арматуры методом vacuum decay | Автоматическая регистрация p(t) и расчет Qэфф | Калиброванный объем, собственная перетечка клапана, температура, критерий приемки |
10. Сравнение с пластинчато-роторной масляной системой
| Критерий | SHH-MBS | Пластинчато-роторная масляная система |
|---|---|---|
| Рабочая полость форвакуумного насоса | Без масла | Маслозаполненная |
| Масляный аэрозоль на выхлопе | Не образуется насосным маслом в рабочей полости | Возможен, особенно при откачке от атмосферы без фильтра |
| Обратный перенос углеводородов | Существенно снижен | Возможен через пары и обратную миграцию масла |
| Обслуживание | Контроль редукторной смазки, фильтров и состояния винтовой ступени | Регулярная замена и контроль масла, фильтра выхлопа и газобалласта |
| Работа с парами воды | Возможна в пределах допустимой нагрузки, для сборки ограничивается MBS-053 | Требует газобалласта и контроля эмульсии масла |
| Предельное давление | Цель до 0,04 Па в двухступенчатой конфигурации | Зависит от модели, масла и состояния насоса |
| Чистота лаборатории | Нет масляного тумана от рабочей камеры | Требуется фильтрация выхлопа и дисциплина обслуживания |
| Мобильность | Высокая при компактной сборке | Зависит от мощности и массы выбранной модели |
| Опасные технологические газы | Требуют герметичного отвода и оценки совместимости | Также требуют герметичного отвода, масло может дополнительно загрязняться |
11. Требования к проектированию и безопасной эксплуатации
| Узел или условие | Требование |
|---|---|
| Вакуумный тракт | Максимально короткий и широкий, предпочтительно DN40 на стороне объекта, без длинных гофрированных шлангов малого диаметра |
| Входная защита | Фильтр от частиц, пыли, ржавчины и посторонних предметов |
| Отсечной клапан | Устанавливается между объектом и бустером, обеспечивает испытание по росту давления |
| Напуск | Управляемый напуск сухого воздуха или азота по принятой последовательности остановки |
| Выхлоп | Не должен перекрываться, для технологических газов подключается к вытяжке или газоочистке |
| Вакуумметры | VacuumTest для диапазона до 1 Па, отдельный широкодиапазонный датчик для подтверждения 0,04 Па |
| Положение MBS-053 | Строго горизонтальное, отклонение по длинной оси не более ±0,5° |
| Температура | Защитный кожух и предупреждение о горячей поверхности, при большой газовой нагрузке корпус MBS-053 может превышать 90 °C |
| Давление выпуска | Не допускать внутреннего избыточного давления MBS-053 0,03 МПа и более |
| Электробезопасность | Заземление, автоматическая защита, кабели требуемого сечения, блокировка случайного пуска при обслуживании |
| Среда | Стандартное исполнение MBS-053 рассчитано на сухой воздух или сухой азот |
| Транспортирование | Перед перемещением MBS-053 выполнять операции с маслом по руководству, исключать наклон и удары |
Рекомендуемая последовательность остановки включает закрытие главного клапана со стороны объекта, остановку бустерной ступени, затем остановку форвакуумного насоса и управляемый напуск по принятой схеме. Конкретная автоматика должна исключать работу MBS-053 без форвакуумной ступени и запуск при закрытом или заблокированном выпуске. [2]
12. Приемочные испытания готовой сборки
Поскольку система объединяет насосы разных производителей и использует нестандартный переходной узел, точные характеристики готового изделия следует оформлять по результатам приемочных испытаний LeakLab. Минимальная программа должна включать следующие проверки.
| Проверка | Измеряемый результат | Критерий оформления |
|---|---|---|
| Предельное давление при закрытом входе | Давление после установленного времени прогрева и стабилизации | Указать тип, место установки и поверочный статус вакуумметра |
| Быстрота откачки при 100 Па | S = Q / p или расчет по калиброванному объему и кривой p(t) | Подтвердить или скорректировать значение 50 м³/ч для конкретной сборки |
| Кривая откачки | p(t) для нескольких калиброванных объемов | Опубликовать реальные времена достижения 1000, 100, 10 и 1 Па |
| Собственная герметичность установки | Рост давления в заглушенной чистой системе | Отделить вклад установки от объекта контроля |
| Электрические параметры | Ток, мощность, время разгона и останова | Указать режим сети и настройки приводов |
| Тепловой режим | Температура корпусов при длительной работе и максимальной газовой нагрузке | Подтвердить достаточность вентиляции и ограждений |
| Шум и вибрация сборки | Фактические значения на рабочем месте | Не выводить суммарный шум простым сложением паспортных дБА |
| Работа защит | Отключение при отказе форвакуумной ступени, перегрузке и закрытом выпуске | Оформить протокол функциональной безопасности |
13. Выводы
LeakLab SHH-MBS является рациональной компактной системой для чистой откачки, мобильного вакуумирования и вакуумметрического контроля герметичности. Сухой двухвинтовой насос обеспечивает откачку от атмосферного давления, а MBS-053 повышает быстроту в области среднего вакуума. Питание 220 В, воздушное охлаждение и суммарная масса насосов 26 кг позволяют создавать передвижные установки для работы в лаборатории и в производственных цехах.
Для научно-технически корректного описания следует указывать, что 50 м³/ч относится к MBS-053 при 100 Па, 0,04 Па является целевым предельным давлением, которое подтверждается испытанием готовой сборки, а термин «безмасляная» относится к вакуумному тракту. VacuumTest контролирует давление до 1 Па и рост давления во времени, но для подтверждения 0,04 Па нужен дополнительный широкодиапазонный вакуумметр.
Товары, услуги, обучение и руководства
- Бустерный вакуумный насос ULVAC MBS‑053
- Безмасляный винтовой насос CBVAC SSH20
- Вакуумметрический течеискатель LeakLab VacuumTest
- Сервис и техническое обслуживание вакуумных насосов
- Измерение давления и создание вакуума
- Курс повышения квалификации по вакуумной технике
- Руководство по эксплуатации ULVAC MBS‑053
- Руководство по эксплуатации CBVAC SSH20
- Другие технические публикации LeakLab
