Откачной пост - крупное оборудование, функционал которого используется для создания вакуума в ограниченных объемах из нержавеющей стали. Это крайне полезная система, с помощью которой можно сформировать разреженную среду для выполнения технологических операций или научных исследований. Конструкция оснащена всеми необходимыми инструментами для удобной регулировки параметров создаваемого вакуума.
Конструкция откачного поста
Описываемый вакуумный пост является сложной системой, состоящей из целого комплекса небольших приборов. Все элементы соединены между собой для получения наиболее эффективного результата во время работы.
Конструкция откачного поста включает в себя следующие компоненты:
· Откачивающий насос EMT2200MK-BWB турбомолекулярного типа от японского производителя EBARA.
· Форвакуумный насос EBARA EV-S50P для предварительной подготовки обрабатываемой газовой среды к созданию вакуума.
· Затвор HVA 21712-1003R шиберного типа с пневматическим приводом.
· Набор датчиков для отслеживания состояния среды MTM9D.
· Набор вакуумных датчиков MTP4D.
· Блок управления, основанный на программируемом логическом контроллере от компании Siemens.
· Дополнительная арматура для соединения элементов в единую систему. Сюда входят различные шланги, магистрали, соединительные провода, переходники и адаптеры.
· Компрессор с обвязкой. Применяются компрессоры безмасляного типа, которые не загрязняют перекачиваемую среду и практически не изнашиваются в процессе эксплуатации.
· Охлаждающий чиллер.
· Платформа на колесиках. На эту платформу монтируются все элементы перекачивающие системы. Такой подход позволяет удобно перемещать пост по цеху или лаборатории, оперативно подключая его к тому или иному оборудованию.
При необходимости, пост может оснащаться дополнительными компонентами, значительно расширяющими возможности оборудования. Но это уже решается в индивидуальном порядке за дополнительную плату.
Технические характеристики турбомолекулярного насоса
Главным компонентом системы представляется турбомолекулярный насос, для подключения которого к системе используются стандартные входные и выходные фланцы ISO-B 250 и ISO-KF40. Оборудование питается от обычной однофазной сети с напряжением от 200 до 240 В с частотой 50-60 Гц. При этом максимальный поддерживаемый ток составляет 5.3 А при напряжении около 170 В. Потребляет насос не более 0.9 кВА.
Если показатель тока превысит 5000 А, произойдет короткое замыкание. Чтобы это не привело к плачевным последствиям, специальные предохранители вовремя отключают оборудование от сети при превышении определенных показателей.
для работы насоса используется электродвигатель, который во время работы выделяет достаточно много тепла. Во избежание перегрева предусматривается высококачественная охлаждающая система водяного типа, эффективно отводящая излишнее тепло от всех важных узлов. Таким образом, удается сохранить работоспособность конструкции на долгое время.
Равномерное вращение роторов и турбин обеспечивается современной магнитной подшипниковой системой, учитывающей перемещение в пяти координатах. Встроенный цифровой интерфейс Parallel I/o ver. 1 позволяет объединять турбомолекулярный насос с другими элементами в единую умную систему, управляемую при помощи автоматического контроллера.
Встроенный в систему насос способен обеспечить скорость потока газовой среды до 2200 л/с для азота и до 1800 л/с для водорода. Этого вполне достаточно для равномерного и эффективного перекачивания газовой среды из одной области в другую.
Турбомолекулярный насос гарантирует сжатие до 2х108 Па или 3х103 Па для азота и водорода соответственно. Предельное остаточное давление формируется на уровне 2х10-7 Па, чего хватает для проведения подавляющего большинства промышленных операций или научных экспериментов.
Максимальная скорость потока газовой среды составляет 8110 Па∙л/сек по азоту и 4970 Па∙л/сек по аргону. Насос также способен создавать форвакуумное давление с параметрами около 100 Па.
Рабочее давление внутри турбомолекулярного насоса при перекачке азота не должно превышать 220 Па, так как иначе возникнет риск нарушения целостности конструкции и утечки давления через образовавшиеся щели.
Чтобы обеспечивать нормальную работу этого вакуумного насоса, рекомендуется использовать вместе с ним в связке форвакуумный насос с производительностью не менее 120 м3/час. При этом частота вращения лопастей может достигать 27000 оборотов в минуту, чего достаточно для быстрого и эффективного перекачивания газовой среды из одной области в другую.
После включения оборудования до выхода на рабочий режим эксплуатации проходит не более й0 минут. Такой показатель позволяет использовать систему в составе ответственных производственны линий, для которых существенные задержки могут привести к негативным последствиям.
Фланцы насоса в процессе работы могут разогреваться до температуры не более 120 градусов. Важно следить за этим показателем, чтобы материалы не потеряли свои свойства раньше времени. Также фланцы достаточно чувствительны к вибрациям. Их уровень не должен превышать 0.01 μm.
Вес одного турбомолекулярного насоса составляет около 62 кг. Конструкцию можно располагать практически в любом положении, поскольку направление монтажа никак не влияет на эксплуатационные показатели системы.
Охлаждающая жидкость передвигается по своим магистралям со скоростью около 3-5 л/мин, чего вкупе с температурой жидкости -15-30℃ хватает для эффективного отвода тепла от важных компонентов системы.
Рабочая жидкость внутри насоса всегда находится под давлением, которое не должно превышать 0,6 МПа. Аппарат способен стабильно функционировать при температуре от 10 до 40 градусов по Цельсию. Причем уровень загрязнения перекачиваемой среды может быть вторым.
Во время работы издается шум не более 65 дБ, так что насос не создает чрезмерной нагрузки на слуховые органы находящихся поблизости людей. Конструкция надежно защищена от внешних воздействий, включая влаго- и пылезащиту уровня IP54. В корпус встроен контроллер для подключения к общему щитку автоматического управления.
Форвакуумный насос EV-S50P
Этот узел в составе вакуумного поста стоит разобрать подробнее. Безмасляный насос имеет в основе многоступенчатый механизм Рутса. В нем не могут использоваться винтовые ступени, поскольку это бы противоречило требованиям к системе.
Насос применяется для откачивания самых разных газовых сред из одной области в другую. Все материалы имеют надежное, устойчивое к коррозии покрытие, что позволяет использовать оборудование в том числе и для работы с агрессивными смесями.
Конструкция предполагает возможность подключения к системе удаленного мониторинга Ebara net, с помощью которой операторы смогут в любой момент определять уровень нагрузки на насос, а также вовремя производить корректировку параметров.
Система способна функционировать на скорости от 300 м3/час, перекачивая большие объемы газовой смеси. Предусмотрен регулятор вращения, отвечающий за параметры работы устройства непосредственно во время эксплуатации.
Форвакуумный насос способен создавать вакуум с остаточным давлением не более 0.5 Па. Для отвода тепла применяется специальная система магистралей, по которым передвигается охлаждающая жидкость под давлением около 0,4 МПа. Поток этой жидкости идет со скоростью 2-3 л/мин.
Внутри конструкции установлен электродвигатель мощностью до 3.6 кВт. Питание осуществляется током не более 20 А, а полная итоговая мощность оборудования составит не более 4.8 кВт. При этом потребляемая мощность не более 0.55 кВт.
Отвод тепла проводится исключительно водяной системой охлаждения. Применять воздушные системы не допускается, поскольку они не обладают достаточной эффективностью для работы с подобным уровнем нагрева.
Рабочая полость продувается азотом, расход которого составляет не более 20 Па*м^3/c.
Так как конструкция насоса предполагает безмасляное движение элементов, смазка используется только в подшипниковых узлах. При этом количество масла не превышает 0.1 л для всего насоса. Для работы можно использовать масла по типу BARRIERTA J100ES, BARRIERTA J100.
Впускной фланец насоса имеет диаметр не более 50 мм. Доступно подключение внешнего управления через разъемы RS-232C, D-sub 15 Pin + D-sub 25 Pin. Выпускной фланец имеет диаметр до 25 мм.
При работе оборудование производит шум на уровне 57 дБ, что не так уж много с учетом показателей мощности используемого в конструкции электродвигателя. Такой показатель достигается за счет продуманной компоновки системы, отсутствия дисбаланса и точности изготовления всех элементов.
Размеры форвакуумного насоса:
· длина – 472 мм;
· ширина – 230 мм;
· высота – 570 мм.
При таких габаритах общий вес насоса составляет не более 100 кг.
Питание обеспечивается от однофазной сети в 230В. Конструкция хорошо справляется с переменным током, не требуя установки внешних выпрямителей или каких-либо фильтров помех. Фильтры могут потребоваться только в том случае, когда необходимо обеспечить максимально стабильную работу оборудования на ответственном производстве.
На лицевой панели насоса можно увидеть удобный управляющий контроллер с небольшим LCD дисплеем, на который выводится вся необходимая информация о текущей конфигурации оборудования. Дополнительно присутствует тумблер мотор-автомата для защиты от перепадов в питающей сети. Спереди также есть интерфейс для удобной удаленной работы и розетка для подключения кабеля питания.
На выпускном фланце предусматривается глушитель. Для удобства работы также есть колеса и регулируемые опоры с качественной виброизоляцией и газобалластом.
Датчики
Одним из основных датчиков в системе вакуумного откачного поста представляется датчик на форвакуумной линии. Он способен измерять давление в диапазоне 1000 – 1х10-4 мбар, а избыточное давление составляет не менее 5000 мбар абсолютного давления.
При измерениях 1000 - 20 мбар погрешность составит не более 30%, а при измерении 20 – 2х10-3 мбар не более 10%. При повторных измерениях предел погрешности и вовсе может составить всего 2%, что позволяет с высокой точностью определять эксплуатационные показатели системы. Время отклика чувствительного элемента не более 100мс, так что информация передается оператору практически мгновенно.
Вакуумметр в процессе работы потребляет не более 2.5 Вт, что практически не ощутимо на фоне потребления других компонентов системы. Для питания используется напряжение 24 В. Датчик может перегреваться до 125 градусов. Более высокие показатели могут привести к потере свойств.
Для подключения используется стандартный интерфейс RS485. Дополнительно включены фланцы ISO KF16 или KF 25. Реле переключения представлено двумя компонентами 50 VAC/ 2A, 30 VDC/ 2A.
Датчики имеют уровень защиты от внешних воздействий не менее IP 40. Весит один компонент около 200 г с небольшой погрешностью в ту или иную сторону. Корпус изготовлен из прочной нержавеющей стали, способной выдерживать значительные нагрузщки на протяжении долгого времени.
Показания могут сниматься непосредственно с вакуумметра через беспроводной адаптер Bluetooth, что значительно повышает удобство работы с системой.
Широкодиапазонный датчик способен проводить измерения давления в диапазоне 1000 – 5х10^ (10–9) мбар. Погрешность также зависит от выбранного диапазона и может составлять от 30 до 10%. По своим характеристикам широкодиапазонные датчики похожи на обычные вакуумные датчики, однако они требуют больше питания и сами по себе весят около 500 г. Корпус также изготовлен из нержавеющей стали, устойчивой к разного рода воздействиям.
Шиберный затвор
Шиберный затвор изготовлен из нержавеющей стали и имеет сварное уплотнение вала, значительно повышающее прочностные характеристики конструкции. Система оснащена пневматическим приводом и электромагнитным клапаном, питающимся от сети 220 В.
Для уплотнения используется Витон. За счет этого удается добиться полной герметичности системы и практически мгновенного срабатывания затвора при открытии или закрытии магистралей. Корпус клапана может разогреваться до температуры 200 градусов в открытом положении и 10 градусов в закрытом положении. На открытие и закрытие чаще всего уходит не более 5 секунд.
Затвор обладает пропускной способностью не менее 12 000 л/с, позволяющей перекачивать большие объемы газовых смесей без каких-либо задержек. Весит конструкция около 75 кг.
Малошумный компрессор
Питание подается от однофазной сети 230В. Уровень шума во время работы не превышает 59 дБ. При этом производительность стабильно удерживается на значении 105 л/мин. Внутри установлен ресивер, вмещающий не менее 5 литров вещества.
Тележка
Все компоненты системы располагаются на удобной тележке с колесиками. Такой подход позволяет удобно перемещать систему по цеху, оперативно подключая ее к тому или иному промышленному оборудованию. При использовании откачного поста в условиях лаборатории удобство тележки также явно прослеживается.
Габариты и особенности конструкции тележки согласовываются с конкретным заказчиком, чтобы система полностью отвечала всем его потребностям. В качестве основного материала используется прочная конструкционная сталь, покрытая порошковой покраской, устойчивой к воздействию агрессивных сред. Для удобства перемещения внизу установлены поворотные колеса со стопорными механизмами, чтобы при остановке конструкция не двигалась самопроизвольно.
Охлаждающий чиллер
Важной частью вакуумного откачного поста представляется чиллер, для охлаждения рабочей жидкости, отводящей тепло от рабочих компонентов системы во время работы. Его показатели мощности и эффективности напрямую зависят от того, какая нужна температура рабочей жидкости и температура окружающей среды.
При выходной температуре в 0 градусов и окружающей температуре 30 градусов мощность составит 2.4 кВт. Если же снаружи наблюдается 25 градусов, показатель увеличивается до 2.7 кВт. Далее параметр возрастает вместе с ростом выходной температуры охлаждающей жидкости. И для получения жидкости +15 градусов Цельсия потребуется от 5.3 до 5.8 КВт мощности в зависимости от температуры окружающей среды.
Общая потребляемая мощность этого технологического оборудования обычно не превышает 2.7 кВт. Установка обладает следующими размерами:
· длина – 1130 мм;
· ширина – 610 мм;
· высота – 1380 мм.
Общая массу конструкции составляет не более 135 кг. Емкость для охлаждающей жидкости имеет объем не менее 60 л.
Управление реализовано при помощи программируемого логического контроллера с удобным сенсорным экраном. Через него можно настраивать параметры распределения электричества на различные участки конструкции, управлять пуском и установкой системы, а также при необходимости переходить на ручной режим управления. По умолчанию, все параметры регулируются автоматически. На экране отображается максимально полная информация о состоянии входящего в состав схемы оборудования.
Присутствует световая сигнализация, которая сможет вовремя оповестить о наличии каких-либо неполадок в системе. Также есть встроенная защита от включения, если в системе не достигнуто необходимое для полноценной работы давление. Информация с датчиков выводится на экран, с которого оператор сможет считать все необходимые значения. В качестве дополнительного элемента безопасности предусмотрена система защиты установки при резком падении давления в пневматической системе.