Если поставить параметры 2V80 и V0100 рядом, у многих первая реакция — невыгодно: у обоих насосов двигатель 3 kW, у одноступенчатого V0100 скорость откачки 100 m³/h, у двухступенчатого 2V80 — только 74 m³/h. Скорость откачки меньше, мощность та же — зачем выбирать двухступенчатый.
Ответ спрятан в другой строке таблицы параметров — предельный вакуум. У V0100 это 0.1 mbar, у 2V80 — 4×10⁻⁴ mbar. Между этими числами разница не в небольшом запасе, а в два порядка, и она же определяет, что в некоторые процессы одноступенчатый насос просто не выйдет.
1. В чём разница в конструкции
У одноступенчатого насоса только одна рабочая камера: впуск, сжатие, выпуск — всё за один раз. Предельный вакуум ограничен тем, какое отношение давлений способна создать последняя ступень, плюс влиянием выпускного клапана, перетечек через зазоры и давления насыщенных паров масла; 0.1 mbar для обычной одноступенчатой конструкции — уже привычный уровень.
У двухступенчатого насоса две камеры включены последовательно: газ сначала сжимается первой ступенью до промежуточного давления, затем поступает во вторую ступень, сжимается и выходит. Отношение давлений, приходящееся на каждую ступень, меньше, относительное влияние перетечек и обратных потоков снижается, и давление, достижимое на конце, получается гораздо ниже. 2V80 с закрытым газобалластом доходит до 4×10⁻⁴ mbar, 2V275 — до 5×10⁻⁴ mbar.
Плата тоже прямая: та же мощность должна приводить две ступени, плюс появляется дополнительный канал между ступенями, поэтому номинальная скорость откачки при 50 Hz составляет только 74 m³/h (2V80). В числителе — потери эффективности двухступенчатого сжатия, в знаменателе — дополнительные механические потери.
2. Различия между двумя насосами
| Параметр | 2V80 (двухступенчатый) | V0100 (одноступенчатый) |
|---|---|---|
| Номинальная скорость откачки 50/60 Hz | 74 / 90 m³/h | 100 / 110 m³/h |
| Предельный вакуум (газобалласт закрыт) | 4×10⁻⁴ mbar | 0.1 mbar |
| Предельный вакуум (газобалласт открыт) | 5×10⁻³ mbar | 0.5 mbar |
| Мощность двигателя | 3 kW | 3.0 kW |
| Впускной / выпускной патрубок | ISO40(KF40) / NW25(KF25) | G1 1/4" / G1 1/4" |
| Шум | 70 dB | см. шильдик модели |
| Объём масла | 5 L | 2 L |
| Масса | 125 kg | 75 kg |
В таблице стоит внимательно посмотреть на строку с открытым газобалластом. У одноступенчатого V0100 при открытом газобалласте предельный вакуум снижается до 0.5 mbar, у двухступенчатого 2V80 при открытом газобалласте остаётся 5×10⁻³ mbar. При откачке материалов с водяным паром и растворителями газобалласт приходится держать открытым долго, и давление, которое способны удержать эти насосы, различается ровно на два порядка. Для сушки, дегазации и предварительной откачки влажных материалов это значит больше, чем предельное значение при закрытом газобалласте.
3. Пример расчёта: камера 1.2 m³ до 5×10⁻² mbar
Возьмём термическую печь с чистым объёмом камеры 1.2 m³ (без учёта места под оснастку), процесс требует откачки до 5×10⁻² mbar, такт — 20 минут до выхода на режим.
Оценим по обычной для этапа черновой откачки формуле с постоянной скоростью откачки:
t = (V / S) × ln(P₁ / P₂)
где V — объём камеры, S — номинальная скорость откачки насоса (m³/s), P₁ — атмосферное давление 1013 mbar, P₂ — целевое давление.
2V80, при 50 Hz скорость откачки 74 m³/h = 0.0206 m³/s:
постоянная времени V/S = 1.2 / 0.0206 ≈ 58.4 s отношение давлений ln(1013 / 0.05) ≈ 9.92 t ≈ 58.4 × 9.92 ≈ 579 s, около 9.6 минут
Для V0100 по той же формуле: скорость откачки 0.0278 m³/s, постоянная времени 43.2 s, результат около 7.1 минут — посчитать можно, но при условии, что насос выходит на 5×10⁻² mbar. Его предельный вакуум — 0.1 mbar, это целевое давление он не удержит, и вторая половина формулы теряет смысл.
Теперь о запасе. Приведённая оценка предполагает постоянную скорость откачки, отсутствие течей в камере и отсутствие газовыделения со стенок — на практике не выполняется ни одно из трёх условий. В инженерных расчётах разумно закладывать запас порядка 1.5: фактическое время откачки 2V80 оказывается в диапазоне 14~15 минут и всё ещё укладывается в 20-минутное окно; если камера с теплоизоляцией, площадь поверхности оснастки велика или сам материал содержит газ, этот коэффициент нужно увеличивать, и запас до 20 минут становится небольшим.
Если такая же печь имеет объём порядка 4 m³, постоянной времени 2V80 уже не хватает — берут 2V275 (255 m³/h, 7.5 kW, 5×10⁻⁴ mbar): постоянная времени 56.5 s, идеальное значение около 9.3 минут, после запаса 1.5 — около 14 минут.
4. В каких процессах стоит выбирать двухступенчатый насос
- Целевое давление ниже 0.1 mbar. Это жёсткое требование: одноступенчатая конструкция до него не доходит, обсуждать здесь нечего.
- Нужно долго держать газобалласт открытым. При откачке влажных материалов, растворителей, побочных продуктов реакции двухступенчатый насос с открытым газобалластом удерживает уровень 10⁻³ mbar, одноступенчатый — только 0.5 mbar.
- Чувствительность к обратному потоку масла. При последовательном включении двух ступеней отношение давлений на каждой меньше, градиент давления между ступенями и на стороне выпуска более плавный, путь возврата масла при остановке короче, чем у одноступенчатого насоса. Там, где к чистоте камеры предъявляют высокие требования, это влияет на выход годной продукции сильнее, чем предельный вакуум.
- Нужен более глубокий фон, а к нему — насос Рутса. Ступень Рутса увеличивает скорость откачки, но предельное давление форвакуумного насоса определяет минимальное давление всей системы. Если форвакуумный насос останавливается на 0.1 mbar, любой насос Рутса ниже не опустит.
5. В каких процессах двухступенчатый насос не нужен
- Вакуумный захват, перемещение, упаковка, установка компонентов и подобные операции, где используется от десятков до сотен mbar: 0.1 mbar одноступенчатого насоса здесь с большим запасом;
- производственные линии с большой запылённостью и коротким межсервисным интервалом: разборка и осмотр двухступенчатой конструкции требуют больше работ, объём масла 5 L против 2 L, и стоимость замены масла выше;
- ограниченное пространство и несущая способность на площадке. 2V80 весит 125 kg, V0100 — 75 kg, раму и виброопоры нужно пересчитывать под массу.
6. Три вещи, которые легко упустить при обвязке
- Патрубки нельзя подгонять. У 2V80 впуск ISO40(KF40), у V0100 — резьба G1 1/4", трубопроводы и арматуру нужно подбирать под диаметр заново, не стоит соединять через переходники: потери давления на переходном участке на этапе черновой откачки — это самая настоящая потеря скорости откачки.
- Выпуск нужно отводить. Выпускной патрубок двухступенчатого насоса — NW25(KF25), он заметно меньше впускного; как только растёт противодавление на выпуске, предельный вакуум ухудшается, поэтому диаметр и длину выпускного трубопровода нужно проверять по расходу газа на выпуске.
- Для регионов с 60 Hz — сначала уточнить. При 60 Hz скорость откачки 2V80 составляет 90 m³/h, но часть моделей не предназначена для регионов с 60 Hz; перед заказом по экспортным проектам необходимо уточнить соответствие источника питания и модели.
Вернёмся к исходному вопросу: стоит ли 4×10⁻⁴ mbar — решает не то, у кого в таблице параметров цифра больше, а то, по какую сторону оказывается целевое давление процесса. Если цель выше 0.1 mbar, 100 m³/h у V0100 достаточно; если нужно войти в 10⁻² mbar или ниже, либо долго откачивать влажные материалы с открытым газобалластом, то 74 m³/h у 2V80 — это тот насос, который подходит, и большей скоростью откачки давление не заменить.
См. также
- [Достаточно ли 0.1 mbar для одноступенчатого масляного насоса: как оценить форвакуумный насос для напыления](/ru/news/0-1-mbar-enough-co