Авторы: М.Л. Виноградов (ООО «ВАКТРОН» , официальный представитель Ulvac и Moresco в РФ);
Д.К. Кострин (Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»)
Опубликовано на портале «Химическая техника», август 2019
В данном обзоре приведены рекомендации по выбору и порядку замены масла вакуумного насоса. Рассмотрены масла для пластинчато-роторных, плунжерных, бустерных насосов типа Рутс и высоковакуумных диффузионных и эжекторных насосов. Помимо масел для чистых лабораторных применений приведены марки масел, адаптированных для откачивания паров воды, твердых частиц, кислорода и агрессивных веществ.
Специалисту, работающему с вакуумным оборудованием, необходимо обладать навыками оценки состояния рабочей жидкости в вакуумном насосе для проведения своевременной её замены. Корректный выбор и регулярная замена масла – это необходимое условие долговременной и устойчивой работы насоса и всей вакуумной установки.
Рабочие жидкости вакуумных насосов делятся на две группы:
- масла для механических насосов, например, пластинчато-роторных и бустерных насосов типа Рутс;
- масла для высоковакуумных струйных насосов, таких как диффузионные или бустерные эжекторные насосы.
По химическому составу масла для насосов бывают минеральные и синтетические. Перед выбором оптимального масла для вашей сферы применения следует провести диагностику состояния масла, залитого в вакуумный насос в настоящий момент.
Оценка состояния масла в насосе
Свойства вакуумного масла меняются не только от загрязнения и насыщения водой, но и со временем в течение эксплуатации и даже хранения. Для достижения в технологическом процессе давления, близкого к предельному давлению насоса, необходимо следить за маслом и проводить его замену с требуемой периодичностью. Оценка состояния масла в вакуумном насосе может быть выполнена с использованием цветовой таблицы (рис. 1, табл. 1).
Таблица 1
Шкала определения состояния вакуумного масла по цветовой таблице
| Состояние вакуумного насоса | Цвет минерального масла | Цвет синтетического масла |
| Хорошее состояние масла и вакуумного насоса | 0,5 – 1,5 | 0,5 – 2,5 |
| Оттенки тёмно-жёлтого цвета с инородными включениями или непрозрачным, мутным цветом – требуется произвести замену масла | 2,0 – 3,5 | 3,0 – 5,0 |
| Оттенок масла красного цвета говорит о необходимости промывки насоса. Промывка насоса должна проводиться только маслом, без использования каких-либо агрессивных жидкостей или растворителей | 4,0 – 4,5 | 5,5 – 6,5 |
| Если в процессе эксплуатации масло в насосе меняет свой цвет до оттенков коричневого или черного цвета, то насосу требуется обслуживание и ремонт | 5,0 – 8,0 | 6,5 – 8,0 |
Периодичность замены масла в насосе
Вакуумное масло при эксплуатации деградирует, насыщается частицами пыли и влагой, превращается в эмульсию, темнеет и теряет свои рабочие свойства. Инженерам и техническим специалистам, работающим с вакуумными насосами, важно проверять уровень и цвет масла в насосе. Пропуск регламентной замены масла влечет за собой дорогостоящее техническое обслуживание или необходимость покупки нового насоса.
Периодичность замены масла указывается производителем вакуумного насоса в инструкции по эксплуатации. При этом срок использования масла должен быть скорректирован в соответствии с технологическим процессом и учетом условий эксплуатации насоса. В насосах для измерительного и аналитического оборудования, в лабораторных установках масло рекомендуется менять каждые шесть месяцев или каждые 3000 моточасов.
Промывка насоса от загрязнений
Достигаемое вакуумным насосом давление напрямую зависит от качества масла в насосе. Если в процессе эксплуатации давление откачивания изменяется, то надо закрыть изолирующий клапан на входе насоса и измерить давление, которое достигает насос при работе «без нагрузки». Если результат неудовлетворительный, и давление значительно отличается от паспортной характеристики насоса, то масло необходимо заменить.
При интенсивном использовании насоса на стенках насоса внутри корпуса и на участках маслораспределительного тракта могут скапливаться остаточные продукты технологического процесса в виде отложений шлака, грязи и влаги. Как правило, данные отложения имеют высокое давление паров и негативно сказываются на работе насоса.
По этой причине процедура замены масла подразумевает необходимость выполнить операцию промывки насоса. Для промывки следует использовать только вакуумное масло – новое или очищенное и профильтрованное использованное масло, свободное от влаги и твердых частиц.
Промывка заключается в многократных операциях слива масла из насоса для вымывания остаточных продуктов из корпуса насоса. По завершении промывки следует залить новое вакуумное масло, соответствующее по характеристикам типу насоса и технологическому процессу.
Порядок замены масла на примере механического насоса
При откачке токсичных и опасных газов, не только сам насос, но и рабочие жидкости – вакуумные масла, использовавшиеся при эксплуатации насоса – становятся токсичными. При заливке масла необходимо использовать средства индивидуальной защиты, такие как резиновые перчатки.
Последовательность операций для замены масла:
- Перед сливом масла следует дать поработать насосу с открытым «на атмосферу» портом откачки 5 с. Это позволит более эффективно слить масло из насоса;
- Отсоединить трубки или другие элементы на выхлопе насоса, оставив выхлоп насоса свободным. Открытьсливной кран или открутить маслосливную пробку на корпусе насоса. Слить масло самотеком в заранее приготовленную емкость для масла, соблюдая меры предосторожности;
- Закрыть сливной клапан или закрутить маслосливную пробку на корпусе насоса и добавить требуемое количество нового масла в насос через маслоналивное отверстие. Включить насос на несколько минут и следить за состоянием масла. Если масло становится загрязненным, то надо остановить насос и слить отработанное масло. Затем долить следующую партию свежего масла, повторяя последовательность операций. Может потребоваться выполнить данные действия несколько раз, пока промывка насоса не завершится окончательно;
- По окончании промывки залить свежее масло, подключить насос к трубопроводам входа и выхлопа. Затем надо включить насос, прогреть его до требуемой температуры и проверить значение достигаемого давления;
- Если в насосе не обеспечивается требуемое давление после смены масла или промывка насоса не дает результата, и масло становится загрязненным очень быстро, то необходимо выполнить капитальный ремонт насоса в специализированном сервис-центре.
Критерии выбора масла для механического насоса
Идеальное масло для вакуумного насоса должно обладать следующими характеристиками:
- низкое давление насыщенного пара;
- вязкость, стабильная в рабочем диапазоне температур;
- устойчивость химического состава, в том числе при высоких температурах;
- инертность и нетоксичность;
- малая способность растворять газы:
- минимальная стоимость.
Рабочие жидкости синтетического происхождения превосходят по техническим характеристикам минеральные масла. Синтетическое масло имеет более точно воспроизводимые характеристики и устойчивый химический состав. Для высоковакуумных струйных насосов в настоящее время рекомендуется использовать только синтетические масла.
Минеральные масла, в свою очередь, обладают более низкой стоимостью. В табл. 2 и 3 приведены рекомендации по выбору масла для вакуумного насоса для определенных сфер технологического применения.
Таблица 2
Определение типа масла для механических насосов
| Сфера технологического применения | Быстрота откачки насосов | Химическое происхождение | Марка вакуумного масла |
| Общепромышленное и лабораторное применение. Откачивание чистых неагрессивных газов | Для малогабаритных насосов менее 30 м3/ч (< 500 л/мин) | Минеральное | Moresco Neovac MR-100 |
| Ulvoil SMR-100 | |||
| Ulvoil R-4 | |||
| Для насосов от 30 до 600 м3/ч (от 500 до 10 000 л/мин). | Минеральное | Moresco Neovac MR-200 | |
| Ulvoil MR-200 | |||
| Ulvoil R-7 | |||
| Вакуумирование систем с мелкими частицами и пылью. Выращивание кристаллов. Нанесение и осаждение покрытий | Минеральное | Moresco Neovac ST-200 (содержит добавки, связывающие абразивные частицы грязи и пыли) | |
| Вакуумирование сосудов с конденсированными парами воды и сорбированными его стенками | Минеральное | Moresco Neovac MR-200A (содержит добавки для повышения устойчивости к образованию эмульсии и к окислению при откачивании паров воды) | |
| Общепромышленное и лабораторное применение. Откачивание чистых неагрессивных газов | Для крупных насосов более 600 м3/ч (> 10 000 л/мин). Рекомендовано для насосов от 30 до 600 м3/ч с износом деталей | Минеральное | Moresco Neovac MR-250 (применяется также для насосов с увеличенными зазорами вследствие износа деталей) |
| Вакуумирование сосудов с конденсированными парами воды и сорбированными его стенками | Минеральное | Moresco Neovac MR-250A (устойчиво к откачке влаги и паров воды) | |
| Масло для применения в насосах Рутс | Масло для уплотнения приводного вала бустерных насосов Рутс | Минеральное | Moresco Neovac EP-83 для насосов Рутса |
| Универсальное вакуумное масло. Откачивание газов с содержанием кислорода. Производство полупроводников, выращивание кристаллов, нанесение покрытий, ионная имплантация, эпитаксиальное осаждение, плазменное травление и очистка, реактивное ионное травление и плазменная очистка | Для малогабаритных насосов менее 30 м3/ч (< 500 л/мин) | Синтетическое | Moresco Neovac SA-L (инертно, устойчиво к агрессивным газам) |
| Ulvoil R-2 (инертно, устойчиво к агрессивным газам) | |||
| Производство полупроводников, выращивание кристаллов, нанесение покрытий, ионная имплантация, эпитаксиальное осаждение, плазменное травление и очистка, реактивное ионное травление и плазменная очистка. | Для насосов от 30 до 600 м3/ч (от 500 до 10000 л/мин) | Синтетическое | Moresco Neovac SO-M (устойчиво к слабо коррозийным газам) |
| Синтетическое | Ulvoil SO-M
(устойчиво к слабо коррозийным газам) |
||
| Универсальное вакуумное масло. Вакуумирование сосудов с галогенами, летучими твердыми веществами, окислителями и пирофорными веществами, с абразивными частицами. Производство полупроводников | Синтетическое | Moresco Neovac SA-M (инертно, устойчиво к агрессивным газам) | |
| Для крупных насосов более 600 м3/ч (> 10 000 л/мин). Рекомендовано для насосов от 30 до 600 м3/ч с износом деталей | Синтетическое | Moresco Neovac SA-H (инертно, устойчиво к агрессивным газам) | |
| Производство полупроводников, выращивание кристаллов, нанесение покрытий, ионная имплантация, эпитаксиальное осаждение, плазменное травление и очистка, реактивное ионное травление и плазменная очистка | Синтетическое | Moresco Neovac SO-H (устойчиво к слабо коррозийным газам) |
Таблица 3
Определение типа масла для высоковакуумных струйных насосов
| Сфера технологического применения | Быстрота откачки насосов | Химическое происхождение | Марка вакуумного масла |
| Насосы общего применения.
Плавка металлов. Создание электрических приборов и схем электроники;. Запаковывание продуктов и жидкостей. Переработка древесины и изготовка бумаги. Испытание частей и компонентов авиакосмических агрегатов в условиях низкого давления. Медицинское производство |
Диффузионные вакуумные насосы 550…70 000 л/с | Синтетическое | Moresco Neovac SX для диффузионных насосов |
| Синтетическое | Ulvoil D-11
для диффузионных насосов |
||
| Процесс, требующие повышенную температурную устойчивость масла и особо низкие предельные давления.
Насосы в напылительных установках, системах вакуумной сушки и плавки, в вакуумных печах в металлургической промышленности, полупроводниковой электронике и других отраслях. |
Синтетическое | Moresco Neovac SY для диффузионных насосов (устойчиво к кислороду и агрессивным, токсичным парам) | |
| Процессы, не допускающие попадания углеродосодержащих частиц | Силиконовое | Силиконовое масло Ulvoil D-31 для диффузионных насосов | |
| Для откачивания больших потоков газов эжекторными (бустерными) насосами | Бустерные эжекторные насосы 8…8000 л/с | Синтетическое | Moresco Neovac DB-12 для бустерных эжекторных насосов |
Заключение
Для форвакуумного насоса, который эксплуатируется в нормальных условиях и работает с неагрессивными газами, может применяться минеральное масло.
Для малогабаритных форвакуумных насосов с быстротой откачивания менее 500 л/мин рекомендуются масла Moresco Neovac MR-100, Ulvoil SMR-100 и R-4. Их кинематическая вязкость составляет 50 мм2/с, а давление насыщенного пара – не более 10-2 Па.
Для форвакуумных насосов с быстротой откачивания от 500 до 10 000 л/мин – масла Moresco Neovac MR-200, Ulvoil MR-200 и R-7. Вязкость масел типа MR-200 составляет 70 мм2/с, давление пара – ниже 10-3 Па.
Для крупных насосов с быстротой откачивания более 10 000 л/мин предназначается масло Moresco Neovac MR-250, вязкость – 105 мм2/с, давление пара – не более 10-3 Па.
При откачивании паров воды – Moresco Neovac MR-200A и Moresco Neovac MR-250A.
При вакуумировании сред с абразивными частицами – Moresco Neovac ST-200.
Синтетическое вакуумное масло необходимо при работе при высоких нагрузках и температурах, а также при воздействии агрессивных сред, кислорода и смесей с хлоридами и фторидами.
Синтетическое масло для механических насосов с быстротой откачивания менее 500 л/мин с антиокислительными добавками и устойчивостью к активным газам – Moresco Neovac SA-L и Ulvoil R-2 (вязкость – 30 мм2/с, давление насыщенного пара – ниже 4.10-4 Па).
Moresco Neovac SA-M – это рабочая жидкость с антикоррозионными свойствами. Оно предназначено для насосов средней быстроты откачивания, в том числе применяемых в полупроводниковой и холодильной промышленности (вязкость – 64 мм2/с, давление пара – ниже 4.10-4 Па).
Масло вакуумное Moresco Neovac SA-H – это синтетическое масло для крупных насосов с быстротой откачивания от 10 000 л/мин. Данное масло применяется в насосах с масляным уплотнением для откачивания активных газов, паров кислот в процессах травления, химического осаждения из паровой фазы LPCVD, при высоких температурах и нагрузках (вязкость – 95 мм2/с, давление пара ниже 4.10-5 Па).
Масла для высоковакуумных струйных насосов должны быть подобраны особенно тщательно. В данной сфере используются силиконовые масла. Основными требованиями к ним являются низкое давление пара, высокая термическая стабильность, высокая устойчивость к атмосферному кислороду при нагревании, высокая молекулярная масса, отсутствие горючести и токсичности.
Масло для бустерных эжекторных насосов – Moresco Neovac DB-12 (вязкость – 24 мм2/с, давление насыщенного пара – не более 6.10-4 Па, температура вспышки 212oC, молекулярная масса 335). Бустерные масляные насосы применяются в вакуумных печах и установках, требующих откачивания больших потоков и максимальной производительности в диапазоне давлений рабочего вакуума до 0,1 Па. Данные насосы широко применяются в металлургии, а также в химическом производстве и на установках напыления на рулонные материалы.
Масло для диффузионных насосов общего применения – Moresco Neovac SX (вязкость – 22 мм2/с, давление насыщенного пара – не более 7.10-6 Па, температура вспышки 235oC, молекулярная масса 394). Диффузионные насосы отличаются от бустерных эжекторных насосов возможностью откачивания до более низкого предельного остаточного давления, поэтому требования к давлению паров масла для диффузионных насосов выше.
Масло с повышенной температурной стойкостью для диффузионных насосов – Moresco Neovac SY (вязкость – 26 мм2/с, давление насыщенного пара – не более 1.10-6 Па, температура вспышки 240oC, молекулярная масса 422). Это синтетическое масло, устойчивое к окислению при высоких температурах и к загрязнениям откачиваемой среды.
Замена масла должна производиться согласно инструкции по эксплуатации насоса с учетом особенностей сферы применения, но не реже, чем каждые шесть месяцев или каждые 3000 моточасов. В насосах аналитического оборудования в лабораторных условиях масло рекомендуется менять каждые шесть месяцев. Это справедливо для масс-спектрометрических течеискателей, микроскопов, спектрометров, хроматографов и другого высокотехнологичного оборудования, работающего с неагрессивными газами. Промышленное применение и активная откачиваемая среда вызывают необходимость в более частой смене рабочей жидкости вакуумного насоса.
Список литературы
- Yarmonov A.N. Basics of vacuum technique and technology. Publishing House of Perm State Technical University. Perm, 2010.
- Vinogradov M.L., Kostrin D.K. Characteristics, rules of replacement and operation of vacuum pump oils //AIP Conference Proceedings. AIP Publishing, 2019. Т. 2089. №. 1.
- Ammosova L.M., Zeitlin and A.B., Shiryaev A.T. Working fluids for vacuum pumps. Central Science Technical Institute of Oil and Chemical Engineering. Moscow. 1989.
- Vinogradov M.L., Barchenko V.T., Lisenkov A.A., Kostrin D.K. and Babinov N.A. Gas Permeation through Vacuum Materials // Vakuum in Forschung und Praxis. 2015. № 3. Р. 26–29.
