Насосы для лабораторной вакуумной установки

Сотрудники лабораторий и ученые систематически пользуются вакуумными насосами, зачастую настольными, для решения целого ряда задач, включая аспирацию/фильтрацию, регулирование или стимулирование испарения растворителя в концентраторах, а также в осушителях, вакуумных печах, эксикаторах и роторных испарителях.

Несмотря на то, что многие лабораторные установки для аспирации, фильтрации и контроля испарения растворителя применяют вакуумные насоса, но пожалуй одним из самых передовых применений вакуумных насосов в лаборатории является масс-спектрометр (МС). Как правило, это автономные устройства, размером примерно с бытовой холодильник, но могут быть настольными и включать в себя часть масс-спектрометра и вакуумный насос в одном модуле. Несмотря на высокую стоимость лабораторных вакуумных насосных систем, насосы, связанные с масс-спектрометрами, являются в значительной степени передовыми в вакуумной промышленности с точки зрения автоматизации, управления, компактности, эффективности, экономичности, бесшумной работы, а также низких затрат на техническое обслуживание и экономичности.

Масс-спектрометры позволяют практически мгновенно идентифицировать и измерять тысячи типов молекул (например, метаболиты, липиды, белки, малые молекулы и т.д.). Они позволяют достичь этого без использования дорогостоящих реагентов, а также дают подробную картину биологии и того, как клетки и ткани реагируют на медикаментозное лечение. Невозможно недооценить важность масс-спектрометров как с точки зрения передовых технологий в биомедицине, так и с точки зрения вспомогательных технологий в более широкой области лабораторных высоковакуумных насосов.

Для лабораторной вакуумной установки применяют пластинчато-роторный вакуумный насос с масляным уплотнением, мембранные вакуумные насосы, сухие винтовые вакуумные насосы и турбомолекулярные насосы. Каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками.

Преимущества и недостатки насосов для лабораторной вакуумной установки

Пластинчато-роторные вакуумные насосы

Пластинчато-роторные насосы хорошо известны своей высокой устойчивостью к водяному пару, что обеспечивает исключительную надежность при применении в химической среде. Пластинчато-роторные насосы с прямым приводом выпускаются в одно- и двухступенчатом исполнении с предельным остаточным давлением от 0,5 мбар до 2x10-3 мбар и диапазоном скоростей откачки от 4,6 до 630 м3/ч. Роторные лопатки и подшипники смазываются в автоматическом режиме при оптимальном давлении масла. Это приводит к снижению предельного давления и стабилизации температуры насоса, что, в свою очередь, продлевает срок его службы даже в экстремальных условиях. Выбранные материалы гарантируют хорошую химическую стойкость, гарантируя, что стандартные модели подходят для многих химических применений.

Эти насосы обладают малым весом, гибкой рукояткой, компактной конструкции и низким уровнем шума, что делают его портативным и гибким инструментом для использования в лабораторных установках. Но недостатком их является то, что они могут загрязнять окружающею среду и технологический процесс масялным туманом.

Мембранные вакуумные насосы

Чистая работа (без масла), низкая стоимость владения, высочайшая надежность – это лишь некоторые преимущества, которые лаборанты и ученые могут оценить, используя мембранный насос для лабораторных установок. 

Мембранные насосы работают полностью без масла, что имеет ряд преимуществ:

• меньшее техническое обслуживание по сравнению с другими технологиями, экономит время и деньги

• сухой вакуум позволяет очистить рабочее место и окружающую среду

• незагрязненная откачка газов приводит к получению более чистых образцов и отсутствию риска обратного потока масла.

Сухие винтовые вакуумные насосы

Безмасляный (сухой) форвакуумный винтовой насос имеет ассиметричные динамически сбалансированные роторы с уменьшающимся шагом витка, вращающиеся без соприкосновения друг с другом и корпусом. За сохранение зазоров отвечают синхронизирующие шестерни, камера которых герметизирована лабиринтным уплотнением. Такое исполнение обеспечивает устройству следующие достоинства:

• герметичность проточной камеры;

• чистота вакуума;

• низкий уровень шума;

• компактность конструкции;

• энергоэффективность — мощность электродвигателя всего 3.5 кВт.

Турбомолекулярные вакуумные насосы

Турбомолекулярные насосы используются для создания высокого и сверхвысокого вакуума в диапазоне давлений до от 10 -² Па до 10-⁸ Па с чрезвычайно высокой скоростью откачки. В качестве форвакуумного насоса может быть пластинчато-роторный или мембранный насосы. Эти насосы обладают безмасляный сверхглубокий вакуум, могут работать с инертными и коррозионными газами и с большими газовыми потоками, минимальное обслуживание, высокая скорость откачки тяжелых газов.

Факторы, которые следует учитывать при выборе насоса для лабораторной вакуумной установки

Технические специалисты и ученые традиционно используют в своих лабораторных задачах герметичные пластинчато-роторные вакуумные насосы с масляным уплотнением. Однако они требуют регулярной доливки масла, относительно дороги в эксплуатации, требуют регулярного технического обслуживания, а также (несмотря на современное оборудование масляного фильтра) неизменно выделяют некоторое количество масляного тумана в окружающую среду.

Существует ряд последовательных шагов для определения оптимального вакуумного лабораторного насоса, при этом “сухой” (т.е. безмасляный) насос является предпочтительным:

• Определите область применения насоса (и, исходя из этого, диапазон давления), который потребуется для обслуживания насоса. Путем сопоставления с таблицей диапазона давлений можно определить доступные варианты насосов.

• Для лабораторных установках предпочтительнее тихий насос, так как он будет работать в помещении где постоянно находятся люди.

• Вполне очевидно, что любое загрязнение, будь то обрабатываемые газы или удаляемые газы, будет противоречить поставленной задаче. Это особенно справедливо для герметичных пластинчато-роторных насосов, которые по самой своей сути вводят небольшое количество масла в технологический газ (какими бы эффективными ни были фильтрующие элементы масляного тумана). Кроме того, захваченные и переработанные масла необходимо будет очищать от конденсата, что, скорее всего (при всей тщательности и высоких технологиях) приведет к попаданию по крайней мере некоторого количества масляного тумана в лабораторную среду. Предпочтение все чаще отдается ”сухим” насосам.

• Габаритные размеры, управление и занимаемая площадь - это три взаимосвязанных фактора, которые необходимо учитывать при выборе лабораторной вакуумной насосной системы. Слишком большой насосный агрегат будет подразумевать излишне большую площадь, но, что более важно, такие большие агрегаты трудно контролировать, если требуются только определенные (и небольшие) потоки.

• Необходимо учитывать затраты, как с точки зрения первоначальных инвестиций, текущих затрат на электроэнергию, так и затрат на техническое обслуживание, включая расходные материалы (замена масла), расходные материалы (фильтрующие элементы) и рабочую силу.

Заключение 

Пластинчато-роторные насосы с масляным уплотнением хорошо зарекомендовали себя для создания лабораторного вакуума, в первую очередь благодаря своей проверенной технологии, надежности и низкой стоимости. Однако их доминирование в этой области компенсируется значительными преимуществами “сухих” насосов (т.е. безмасляных), которые не загрязняют ни технологические газы, ни окружающую среду. К преимуществам таких сухих насосов относятся: низкий уровень шума, отсутствие загрязнения потока газа маслом (и окружающей атмосферы), длительные интервалы технического обслуживания и отсутствие необходимости в дорогостоящей замене и утилизации масла.

Правильный выбор вакуумного насоса улучшит окружающую среду, удобство и производительность в лаборатории. Однако неправильный выбор, скорее всего, помешает достижению научных целей, приведет к значительным затратам на техническое обслуживание и создаст неприятные условия для работы.