8-812-740-66-02
8
-812-989-04-49
info@vactron.org


Конспект лекций "Вакуумная техника"

Преподаватель Конев С.А.

Лекция 4


Молекулярные насосы

Молекулярные насосы



Работа данных насосов основана на молекулярно-кинетических явлениях.
Ротор 1 с большой быстротой вращается в направлении стрелки около оси 7. Между камерой 2 и ротором 1 имеется зазор 3, который на участке между впускной (n) и выпускной (m) сторонами значительно уже. Здесь ширина h зазора в большей части технических моделей составляет 2/100-5/100 мм.

Рассматриваются явления, которые происходят в насосе при отсутствии межмолекулярного столкновения. Молекулы, входящие в насос по впускной трубке 4 со стороны n, ударяются в ротор 1 и получают дополнительный импульс в направлении в сторону выпускного патрубка 5. Зазор h между m и n создаёт очень большое сопротивление обратному потоку газа непосредственно через этот зазор. В результате этого между выпускной и впускной сторонами возникает разность давлений. Эту разность давлений показывает манометр 6. В результате расчётов , где w- частота вращения ротора, M- молекулярный вес откачиваемого газа. Наибольшее выпускное давление молекулярных насосов не должно превышать 0,1 мм рт.ст.. Их предельное давление ниже 10-6 мм рт. ст.
Преимущества:

  • Для начала работы насосы требуют мало времени. По мере достижения предусмотренного числа оборотов они уже работают с полной производительностью.
  • Пары масла не должны сходить в состав остаточных газов.
  • Насосы нечувствительны к прорыву воздуха.
  • Свойство этих насосов быстрее откачивать тяжёлые газы, что в ряде случаев имеет большое значение.

Недостатки:

  • В большинстве конструкций зазоры в этих насосах не должны превышать несколько сотых миллиметра. Такая точность значительно удорожает насос.
  • Наличие подвижных деталей приводит к износу насосов.
  • Насосы чувствительны к загрязнениям и от попадания в них металлических или стеклянных частиц приходят в негодность.
  • Достигаемые значения быстроты действия значительно ниже, чем у диффузионных насосов.
  • Работа молекулярных насосов связана со значительным шумом.

            Принцип действия турбомолекулярного насоса основан на сообщении молекулам разреженного газа направленной дополнительной скорости быстро движущейся твёрдой поверхностью.
            На рисунке представлена принципиальная схема турбомолекулярного насоса. Рабочий механизм насоса образован роторными 3 и статорными 2 дисками, имеющими радиальные косые пазы- каналы, боковые стенки которых наклонены относительно плоскости диска под углом 40-150; причём пазы статорных дисков расположены зеркально относительно пазов роторных дисков. Между статорными дисками и валом ротора и между роторными дисками и корпусом насоса имеются зазоры. При молекулярном режиме течения газа в насосе, т.е. при давлениях ниже 1-10-1 Па, такая система подвижных и неподвижных пазов обеспечивает преимущественное прохождение молекул газа в направлении откачки. Действительно, молекула газа, прошедшая через статорный паз, попав в паз роторного диска, имеет большую вероятность пройти через него, т.к. боковая стенка 1 роторного паза уходит с пути молекулы, а стенка 2 не может её нагнать, в то время как такая же молекула, подходящая к роторному диску справа, т.е. против направления откачки, вошедшая в паз, будет с большой вероятностью задержана стенкой 2 роторного паза и отражена обратно в направлении откачки. Молекулы, отражённые роторным диском, кроме тепловой скорости, приобретают дополнительную скорость. Эта скорость равна окружной скорости роторного диска и направлена параллельно оси насоса. Благодаря соответствующему углу наклона боковых стенок статорного паза здесь также обеспечивается преимущественное прохождение молекул в направлении откачки. Эффективность насоса возрастает с ростом окружной скорости Vокр ротора и с уменьшением наиболее вероятной скорости молекул Vв.
            Расчёты показывают, что максимальная быстрота действия достигается при угле наклона пазов около 300. С другой стороны для получения достаточно высокой степени сжатия в одной ступени (от 3 до 5) угол наклона паза должен быть не более 200. Поэтому в современных насосах высоковакуумные ступени выполняются с углом наклона 350, а остальные- 200.
            Турбомолекулярные насосы имеют очень высокий коэффициент сжатия для тяжёлых газов, то во время работы эти насосы являются надёжным барьером против проникновения тяжёлых молекул масла из форвакуумной полости насоса.
Конструкции и характеристики:
            Турбомолекулярные насосы выполняются:

  • с горизонтально расположенным;
  • с вертикально расположенным ротором.

            Ротор ТМН может иметь следующие опоры:

  • подшипниковые;
  • на магнитном подвесе;

  • на газодинамических опорах.

            На рисунке показана типичная зависимость быстроты действия турбомолекулярного насоса от впускного давления. Быстрота действия насоса остаётся постоянной в широком диапазоне давлений. При давлении 10-1 Па начинает сказываться изменение режима течения газа через диски насоса, а при давлении ниже 10-6Па, на быстроту действия начинает оказывать влияние водород, выделяющийся из стенок насоса и перетекающий со стороны форвакуумной полости насоса.
Достоинства турбомолекулярных насосов:

  • быстрый запуск;
  • малая селективность при откачке различных газов;
  • отсутствие паров масла и продуктов его разложения с остаточной атмосфере;
  • возможность получения сверхвысокого вакуума без использования ловушек на входе;
  • механизм насоса не повреждается при прорывах атмосферного воздуха.

Практические указания по эксплуатации:
            Недопустима длительная выдержка остановленного ТМН под форвакуумным давлением (ниже 10 Па), т.к. при этом пары масла могут проникнуть со стороны форвакуума через роторный механизм на сторону высокого вакуума. Остановленный ТМН должен быть заполнен осушенным воздухом или азотом до атмосферного давления через кран, имеющийся в форвакуумном патрубке насоса.
            Небольшое количество паров масла, попавшее на вход ТМН, обычно легко удаляется прогревом корпуса в области впускного патрубка до 100-120 0С при работающем ТМН. Большую опасность для работы насоса представляет попадание в него твёрдых частиц. При наличии такой опасности во входном патрубке насоса должна быть установлена металлическая сетка с размерами ячейки 1х1 мм.
тема: адсорбционные насосы
            Принцип действия адсорбционных насосов основан на способности предварительно обезгаженных пористых твёрдых тел поглощать газы и пары в основном за счёт физической абсорбции.
            Адсорбционные насосы нашли применение в системах безмасляной откачки как для создания предварительного разряжения, так и для получения и поддержания весьма низких давлений в высоковакуумных сосудах. В качестве поглощающих материалов (адсорбентов) могут применяться силикагели, алюмогели, цеолиты и активированные угли.
            Наибольшее распространение получили цеолиты, представляющие собой алюмосиликаты щелочного или щелочноземельного металла, природного или искусственного происхождения. Пористую структуру и очень хорошие адсорбирующие свойства они приобретают после прокаливания.
            Недостатками цеолитов, как и других адсорбентов, является то, что они плохо поглощают инертные газы, в частности аргон. Кроме этого они неэффективны по отношению к газам с очень низкой точкой кипения (Н2, Не, Ne). Поскольку равновесное давление над поверхностью адсорбента, он обычно охлаждается жидким азотом, жидким гелием или водородом.
            С целью получения низких предельных остаточных давлений рекомендуется осуществлять предварительную откачку сосуда до давления 104 Па водоструйным или механическим вакуумным насосом. Иногда в качестве насоса для форвакуумной откачки используют другой адсорбционный насос.
            Основным достоинством адсорбционных насосов является полное отсутствие органических загрязнений откачиваемого сосуда. Недостатки насосов- необходимость использования жидкого азота, периодическая регенерация и довольно значительное время охлаждения насоса.



{jlcomments}

Дополнительная профессиональная образовательная программа «Основы течеискания и вакуумной техники» 25 – 27 сентября 2018

Основы течеискания и вакуумной техники»Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В. И. Ульянова и ООО «ВАКТРОН» приглашают сотрудников предприятий принять участие в курсе повышения квалификации «Основы течеискания и вакуумной техники» 25 – 27 сентября 2018 года.

Базовые темы обучения:

  • Контроль герметичности в авиационной и космической отрасли
  • Обслуживание и ремонт течеискателей ULVAC HELIOT и ТИ1-50, ТИ1-30, ТИ1-22
  • Аттестация сотрудников и лаборатории неразрушающего контроля
  • Герметичность объектов военного назначения
  • Сервис пластинчато-роторных, бустерных, спиральных, золотниковых и плунжерных насосов. Выбор вакуумного масла
  • Выбор вакуумных насосов и течеискателей для металлургии, научных исследований и коммерческих задач
  • Контроль герметичности компрессорного и холодильного оборудования, приборов СВЧ, микроэлектронных изделий
  • Стенды для проверки топливных шлангов, колесных дисков, топливных баков, компрессоров
  • Поверка и калибровка в сфере контроля герметичности
  • Локализация утечек теплообменников, водонагревателей, реле и литиевых батарей

После прохождения итогового тестирования специалист получает методические материалы, видеозапись занятий и удостоверение о повышении квалификации государственного образца по университетской программе дополнительного профессионального образования. Занятия будут проходить в Санкт-Петербурге в аудиториях университета СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Для направления на обучение необходима предварительная регистрация. Регистрация участников: 8 (812) 740-66-02, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Скачать приглашение и новую программу курса (DOC)
Политика конфиденциальности


8-812-740-66-02
8-812-989-04-49
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.