Турбомолекулярные насосы принцип работы, конструкция


СОДЕРЖАНИЕ:

Турбомолекулярный насос. Принцип работы. Применимость.

Турбомолекулярный насос — один из видов вакуумных насосов, служащий для создания и поддержки высокого вакуума. Действие турбомолекулярного насоса основано на сообщении молекулам откачиваемого газа дополнительной скорости в направлении откачки вращающимся ротором. Ротор состоит из системы дисков. Вакуум, создаваемый турбомолекулярным насосом, — от 10 −2 Па до 10 −8 Па (10 −10 мбар; 7.5 −11 мм рт ст). Скорость вращения ротора — десятки тысяч оборотов в минуту. Для работы требует применения форвакуумного насоса.

Турбомолекулярные насосы (ТМН) позволяют получать средний, высокий и сверхвысокий вакуум с остаточными газами, молекулярная масса которых меньше 44.

ТМН представляет собой многоступенчатый осевой компрессор, роторные и статорные ступени которого снабжены плоскими наклонными вдоль радиуса лопатками. При вращении роторных ступеней с высокой скоростью происходит откачка молекул газа из-за их различной вероятности перехода через наклонные каналы ступеней в прямом и обратном направлениях.

ТМН рассчитан на работу в условиях молекулярного режима течения газа. Для обеспечения работоспособности ТМН необходимо обеспечить на выходе из его последней ступени молекулярный режим течения газа любым насосом предварительного разрежения (форвакуумным насосом) с выхлопом в атмосферу.

Молекулярный насос (МН) состоит из молекулярных ступеней, установленных на одном роторе. Для обеспечения его работоспособности возможно применение форвакуумного насоса (в зависимости от конструкций ступеней МН).

Гибридный ТМН (ГТМН) содержит первые ступени от турбомолекулярного насоса, а последние ступени от молекулярного насоса. Роторные ступени ГТМН закреплены на общем валу. Назначение молекулярных ступеней — обеспечить нормальную работу последним ступеням ТМН при повышении давления на входе в ТМН, а также возможность применения более дешёвых одноступенчатых форвакуумных насосов с большим предельным давлением.

Турбомолекулярный насос состоит из серии вращающихся (ротор) и неподвижных (статор) пропеллеров. Пропеллеры ротора и статора чередуются и имеют противоположный наклон лопаток.

Работа насоса основана на передаче момента энергии от поверхности быстро вращающегося пропеллера
к молекуле газа.

Скорость движения поверхности должна быть высокой для того, чтобы достичь оптимальной эффективности откачки (скорости откачки и отношения сжатия).

При столкновении молекулы газа с поверхностью пропеллера составляющая скорости движения молекулы, направленная вниз (см рис.1) увеличивается, вследствие чего вероятность движения молекулы в направлении А-В значительно возрастает в сравнении с вероятностью движения в направлении В-А. Чередование ступеней ротора и статора в обычном турбомолекулярном насосе обеспечивает отношение сжатия.

Турбомолекулярный “drag” насос работает по следующему принципу:

picture2
Молекула газа сталкивается с быстро перемещающейся плоскостью и «протягивается» по каналу в сторону области с более высоким давлением.

Обычные турбомолекулярные насосы обеспечивают достаточно высокую скорость откачки, но имеют низкое отношение сжатия при давлении в линии форвакуума выше 10-1 мбар. “Drag” насосы имеют низкую скорость откачки, но обеспечивают высокое отношение сжатия при давлении в линии форвакуума до 10 мбар. Когда оба типа насосов объединены в один корпус (расположены на одной оси вращения), как у Varian MacroTorr, насос может работать в широком диапазоне давлений в линии форвакуума (смотри описание принципа работы MacroTorr).

Турбомолекулярные насосы в аналитических инструментах: Эволюция развития аналитических приборов потребовала эквивалентного улучшения технологии вакуумных систем. Компактность, невысокая цена, надежность – это общие требования для всего спектра оборудования, но для каждого конкретного применения есть ряд специфических требований. Понимая это, фирма Varian сфокусировала разработку на достижение оптимальных решений для каждой специфической задачи.

Турбомолекулярный насос

В зависимости от требований различных технологических процессов, возникает необходимость создания различной степени разрежения. Турбомолекулярные насосы относятся к механизмам, позволяющим создавать глубокий вакуум, максимально приближенный к абсолютному.

Турбомолекулярный вакуумный насос получил распространение в установках напыления металлов, авиационной промышленности, научных лабораториях, для откачки газов низкой плотности (водорода и гелия). Высокая скорость вращения ротора потребовала разработки специальных высокоточных керамических подшипников и магнитных подвесок. Существуют турбомолекулярные насосы с подшипниками на обоих сторонах ротора, комбинированные (магнитный подвес с одной стороны и подшипник с другой) и полностью на магнитных подвесах.

Даже незначительный дисбаланс может привести к полному разрушению насосов, поэтому очень важно контролировать состояние магнитных подвесов и подшипников. При изготовлении насосов очень тщательно балансируют ротор, на котором находятся тарелочки, для предотвращения излишних нагрузок на подшипники.

Принцип работы турбомолекулярных насосов

Турбомолекулярный насос, принцип работы которого основан на том, что при вращении ротора установленные на нем тарелочки толкают молекулы воздуха при соприкосновении, является сложным устройством, обеспечивающим создание глубокого вакуума. Таким образом каждая молекула получает ускорение, которое откидывает ее в направлении выхода из насоса. На всех тарелочках имеются лопасти, расположение и угол наклона которых влияет на скорость откачки и степень разрежения, обеспечивает постепенное повышение давления к выходу.

Корпус насоса (статор) имеет ответные тарелочки, расположенные параллельно тарелочкам ротора. На них также имеются канавки, направляющие движение молекул строго по заданной траектории.

Каждая тарелочка ротора расположена на минимальном расстоянии от статора и его тарелочек, что позволяет ускорять все доступные молекулы и обеспечивать создание глубокого вакуума. При этом на выходе может создаваться значительное давление, что потребует применения дополнительного форвакуумного насоса. Степень сжатия и скорость откачки среды зависят от:

геометрии канавок на статоре;

Скорость вращения ротора, в зависимости от модели, может достигать 90 000 об/мин, что обеспечивает достаточное ускорение молекул откачиваемой среды. Самыми слабыми местом турбомолекулярных насосов являются подшипниковые соединения. Даже незначительный дисбаланс приводит к быстрому выходу их из строя.

К достоинствам турбомолекулярных насосов относятся:

возможность создания и поддержания глубокого и сверхглубокого «чистого» вакуума (без содержания масла);

высокая скорость откачки;

работа с любыми газами, включая инертные и коррозионные;

быстрый запуск в работу.

К недостаткам следует отнести:

незначительный дисбаланс подшипников может привести к разрушению корпуса и ротора насоса;

при откачке газов с высоким давлением происходит значительный нагрев, поэтому требуется применение форвакуумных насосов, обеспечивающих предварительное разрежение;

сложная смазка роторных подшипников;

скачек давления может привести к разрушению лопастей ротора;

выполнять регламентные и ремонтные работы должен только обученный и квалифицированный персонал.

Схема турбомолекулярного насоса:

Турбомолекулярный насос ТМН

Турбомолекулярные насосы марок ТМН наиболее часто применяются в:

  • течеискателях;
  • масс-спектрометрии;
  • производстве электронных приборов;
  • фармацевтике.

Вакуумные насосы марок ТМН могут выполняться в горизонтальном и вертикальном вариантах, обладать различной мощностью и производительностью. Они также различаются скоростью откачки и максимальным создаваемым разряжением.

Для улучшения теплоотдачи и повышения надежности в процессе работы рабочие колеса выполняют из сплавов титана или алюминия. В качестве примера можно рассмотреть турбомолекулярный насос ТМН -150/63, в котором применены керамические подшипники. Универсальное исполнение значительно упрощает установку насоса и позволяет монтировать его как горизонтально, так и вертикально. Скорость вращения ротора достигает 42 000 об/мин, что позволяет достигать остаточного давления до 1,3х10-6 мм ртутного столба. Желательно применение форвакуумного насоса, обеспечивающего предварительную откачку газов до нужного разрежения.

Высококачественные керамические подшипники в данной модели турбомолекулярного насоса способны безотказно отработать до 7 000 часов. Скорость откачки зависит от типа газов (азот до 150 л/с, гелий до 60 л/с). Охлаждение воздушное, поэтому температура корпуса может достигать 120оС.

Фотография турбомолекулярного насоса ТМН-500:

Турбомолекулярный насос KYKY

Китайская компания KYKY Vacuum разработала несколько турбомолекулярных насосов, пользующихся заслуженной популярностью на мировом рынке. К ним относятся все насосы серий F и FF. Они выполняются в горизонтальном и вертикальном исполнении, что обеспечивает удобство монтажа. Применение керамических высокоточных подшипников обеспечивает значительный ресурс эксплуатации и более низкую стоимость, что позволяет составлять конкуренцию более известным производителям.

Существуют модели с воздушным и водяным охлаждением, что также положительно сказывается на возможностях применения турбомолекулярных насосов KYKY. Монолитный ротор (выполненный как одно целое с нагнетающими тарелочками) обладает более высокой механической прочностью и лучшим балансом (что исключает возникновение вибраций), в сравнении со сборными конструкциями.

Турбомолекулярные насосы KYKY применяются:

  • при ядерных исследованиях;
  • в напылительных установках;
  • для электронно-оптических систем;
  • в фармацевтике и медицине;

Внешний вид турбомолекулярных насосов KYKY серии FF:

Ремонт турбомолекулярных насосов

Ремонт турбомолекулярных насосов должен выполнять обученный и квалифицированный персонал. Для небольших предприятий хорошим решением будет привлечение специалистов сервисных организаций, поскольку турбомолекулярные насосы редко выходят из строя.

При правильной организации обслуживания, согласно рекомендаций производителей, периодической замене подшипников и смазки в них, турбомолекулярные насосы способны длительное время обходиться без ремонтов. При замене подшипников следует тщательно проверять балансировку ротора, это позволит избежать серьезных и дорогостоящих ремонтов.

Турбомолекулярные насосы с магнитными подвесами являются более современными и способны автоматически выполнять балансировку в подвесах. Кроме того, модели с магнитными подвесами также сигнализируют о неисправностях и способны автоматически останавливать работу насосов при опасности разрушения. Системы автоматики обеспечивают разгон до рабочей частоты вращения ротора и плавную остановку, позволяя избежать резких нагрузок на подшипники и лопасти. Обслуживание таких насосов не требуется, но существует необходимость периодической очистки и замены фильтрующей системы. При значительном износе лопастей дисков также снизится производительность и максимальное разрежение. Такая неисправность также потребует привлечения высококвалифицированного персонала и выполнения балансировочных работ.

Так как скорость вращения ротора всех видов турбомолекулярных насосов очень велика, попадание даже незначительных механических загрязнений внутрь может привести к разрушению тарелочек и полному выходу насоса из строя. Китайские модели, ротор которых выполнен совместно с тарелочками, ремонту после таких повреждений не подлежат. Модели других производителей могут потребовать замены тарелочек и даже полностью корпуса, что сопоставимо со стоимостью всего насоса, поэтому обязательно нужно следить за системой фильтрации и своевременно ее обслуживать. Корпус восстановлению не подлежит, поэтому износ лопастей потребует его замены, что составляет большую часть стоимости ремонта.

Вертикальный турбомолекулярный насос в разрезе:

Турбомолекулярный насос: принцип работы, констуркция

Турбомолекулярный насос впервые был представлен в 1958 году, за это время он набрал серьезную популярность за счет своих уникальных свойств и характеристик. Узнать более подробную информацию о нем вы сможете на сайте http://vacuumpro.ru/vakuumnyj-nasos/turbomolekulyarnyj, здесь вы также сможете купить его по довольно приемлемой стоимости. А мы выделим несколько особенностей этого насоса, поговорим за общие характеристики и о сфере его применения.

Что такое турбомолекулярные насосы

  1. В авиационной промышленности.
  2. Во время создания электронной техники.
  3. Также его часто используют во время работы с атомом.

Также свое применение он получил и в других сферах, но подробнее об этом останавливаться не будем. Если говорить за его особенности, то стоит отметить, что турбомолекулярные насосы – это модифицированная модель привычных пароструйных. Последние изжили себя из-за того, что они не показывают достаточную мощность и характеристики.

Принцип работы насоса основан на переносе молекул из откачиваемого газа с дисками на скоростной ротор, который располагается в малом зазоре между дисками. Такой принцип работы позволяет добиваться отличной мощности, сохраняя при этом все характеристики.

Конструкция

Конструкция таких насосов сейчас выглядит следующим образом (смотрите фото):

Обратите внимание! Турбомолекулярные насосы могут быть выполнены в горизонтальном или вертикальном положении. Разницы в их работе от конструкции не зависит, скорее это было сделано для удобства.

Что собой включает конструкция:

  1. Вал с рабочими дисками.
  2. Корпус насоса.
  3. Это закрепленные статорные диски. Они крепятся непосредственно к корпусу самого устройства.
  4. Ротор.

Как вы могли заметить, в его конструкции нет ничего сложного. Однако во время его изготовления всегда используются только проверенные материалы и современные разработки, даже не смотря на то, что конструкция и принцип работы был продуман много лет назад.

Также читайте статью: как подключить посудомойку.

Турбомолекулярный насос

Турбомолекулярный насос один из множества моделей вакуумных насосов, который создает глубокий вакуум (давлением до 10−8 Па). Представляет собой многоступенчатую компрессорную систему, состоящую из комплекса роторов и статоров. На турбомолекулярные насосы цена образовывается по принципу увеличения производительности (создания наиболее глубокого вакуума).

Турбомолекулярный насос в разрезе

-Принцип работы турбомолекулярных насосов

Эффективность откачивания газов из технологических камер основана на огромной скорости вращения дисков внутри насоса (скорость может достигать десяти тысяч оборотов в минуту и более, в зависимости от производительности). Откачивание газов выполняется приданием молекулам дополнительной скорости и направлением их в необходимую сторону. Уникальная конструкция внутреннего блока компрессора не позволяет молекулам газа переходить через наклонные каналы вдоль радиуса внутреннего корпуса. В комплексе с форвакуумным насосом, который обеспечивает выход откачиваемого газа с последней ступени турбомолекулярного насоса в атмосферу, можно достичь среднего, высокого и сверхвысокого вакуума с остаточными газами. Принцип работы турбомолекулярного насоса основан на удалении остаточного газа весом молекулярным весом до 44. Турбомолекулярный насос характеристики может иметь различные, самые основные – объем камеры с роторами, их количество и диаметр, и как следствие – производительность в литрах откачиваемого воздуха за час.

Турбомолекулярный насос ТМН

Турбомолекулярный вакуумный насос ТМН – безмасляный турбомолекулярный насос, который предназначен для создания высокого и сверхвысокого вакуума. Универсальная конструкция позволяет применять его в различных производственных и исследовательских областях:

Благодаря высоким показателям компрессии и неприхотливости к условиям применения нашел применение во многих отраслях. Турбомолекулярный насос ТМН имеет в своей конструкции износоустойчивые керамические подшипники, что значительно повышает ресурс работы. Он может работать в любом положении без потери эффективности. Турбомолекулярный насос ТМН 500 имеет встроенное воздушное охлаждение.

Турбомолекулярный насос ТМН 150/63

Турбомолекулярный насос KYKY

Китайская компания KYKY является неоспоримым мировым лидером в производстве турбомолекулярных, молекулярных и гибридных насосов, ведь именно эта компания и стала первопроходцем в данной сфере, разработав надежный насос для создания глубокого вакуума. Турбомолекулярный насос KYKY используется по всему миру, во всевозможных отраслях – от производства до научных лабораторий. Такая популярность объясняется продуманному подходу к конструкции насоса еще на этапе производства каждой модели. Это безмасляный насос, который проходит подробный контроль качества на всех этапах производства, а также подвергается испытаниям в работе на протяжении нескольких суток. Он удобен в обслуживании – легкий доступ ко всем уплотнителям и подшипникам, простое смазывание подвижных деталей. Керамические подшипники обеспечивают высокий ресурс работы в любых условиях. Отличительной частью насосов этого производителя является поставка с специальным контролером, который позволит настроить все необходимые параметры под конкретное оборудование.

Турбомолекулярный насос KYKY

Ремонт турбомолекулярных насосов

Основная проблема ремонта турбомолекулярных насосов – их обслуживание должно осуществляться только специально обученным персоналом, желательно, чтобы это были представители магазина, где насос был куплен, или завода-производителя (второе предпочтительнее). Особенно на ремонт специалистами нужно обратить внимание, если насос стоит на гарантийном или послегарантийном обслуживании. Самостоятельное вмешательство в такую сложную конструкцию даже при незначительных поломках может значительно увеличить стоимость ремонта, который в итоге все равно придется доверить специалистам.

Самой распространенной проблемой в таких насосах является износ расходников – подшипников и уплотнителей. Поломки такого типа не должны быть неожиданностью – на то они и расходники, чтобы часто меняться. При выборе насоса изначально нужно ориентироваться на такой параметр, как возможность доступа к расходникам – это значительно упростит сам ремонт, сократит его время и позволит не терять оборотов поставленного технологического процесса. Регулярная и запланированная замена уплотнителей и смазывание подвижных деталей поможет избежать неожиданных остановок насоса.

Более серьезной проблемой является поломка ротора. Она обычно возникает из-за резкой разгерметизации емкости насоса, роторы на огромной скорости раскалываются и разбивают корпус насоса. К сожалению, в большинстве случаев, после такой аварии насос не подлежит ремонту – слишком большой объем повреждений, поэтому приходится покупать новый.

Турбомолекулярный насос купить можно во многих магазинах, однако это стоит делать только в проверенных магазинах, которые предоставляют гарантию на поставляемое оборудование. Также можно обратиться на завод-изготовитель, который еще более качественно будет отвечать за собственную продукцию. Там же легче договориться и насчет регулярного обслуживания.

ТУРБОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ НАСОСЫ

Принцип действия турбомолекулярного насоса основан на сообщении молекулам разреженного газа направленной дополнительной скорости быстро движущейся твердой поверхностью.

Рабочий механизм насоса образован роторными и статорными дисками, имеющими радиальные косые пазы — каналы, боковые стенки которых наклонены относительно плоскости диска под углом 40—15°; причем 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 10-1—1 Па, такая система подвижных и неподвижных пазов обеспечивает преимущественное прохождение молекул газа в направлении откачки. Действительно, молекула газа, прошедшая через статорный паз (или отразившаяся от статорного диска и движущаяся к роторному диску слева), попав в паз роторного диска, имеет большую вероятность пройти через него, так как боковая стенка роторного паза уходит с пути молекулы. Стенка не может ее 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 роторного паза и отражена обратно в направлении откачки. Молекулы, отраженные 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.

Таким образом, каждая ступень, состоящая из роторного и статорного дисков, создает перепад давлений. Причем наибольшее отношение давлений по обе стороны ступени (степень сжатия) равно приблизительно отношению вероятностей перехода молекул через паз в направлении откачки и в обратном направлении, а наибольшая возможная быстрота ступени пропорциональна разности 21-2- 22-1. В области достигнутых окружных скоростей в современных промышленных турбомолекулярных насосах разность XI-2- характеризуется почти линейной зависимостью, т. е. эффективность насоса возрастает с ростом окружной скорости ротора и с уменьшением наиболее вероятной скорости молекул. Расчеты показывают, что максимальная быстрота действия достигается при угле наклона пазов около 30°. С другой стороны, для получения достаточно высокой степени сжатия в одной ступени (от 3 до 5) угол наклона паза должен быть не более 20°.

Поэтому в современных насосах высоковакуумные ступени выполняются с углом наклона 35°, а все остальные — 20°. Для «быстрых» молекул (легких газов) окружная скорость ротора является относительно меньшей, чем для «медленных» молекул (тяжелых газов), поэтому коэффициент сжатия ступени заметно меньше для легких газов. Каждый роторный и статорный диск создает небольшой перепад давлений, однако благодаря большому количеству последовательных ступеней (30—40) обеспечивается высокий коэффициент сжатия насоса в целом (102—103 по водороду, 107—109 по азоту). Так как турбомолекулярные насосы имеют очень высокий коэффициент сжатия для тяжелых газов, то во время работы эти насосы являются надежным барьером против проникновения тяжелых молекул масла из форвакуумной полости насоса.

Конструкции и характеристики. Высокая надежность насосов достигается тем, что они приводятся во вращение от высокочастотного электродвигателя, ротор которого расположен в форвакуумной полости на общем валу с ротором насоса. Таким образом, исключается вакуумный ввод вращения, манжеты которого подвержены износу. Ротор вращается с частотой около 18 ООО об/мин и перед сборкой насоса подвергается тщательной динамической балансировке, что обеспечивает работу насоса без шума и вибраций, а также долговечность подшипников.


Смазка подшипников осуществляется маслонасосом, имеющим небольшой собственный электродвигатель. В случае аварийного отключения электроэнергии подача смазки прекращается, а ротор турбомолекулярного насоса способен по инерции вращаться еще 40—60 мин. Однако это не ведет к повреждению подшипников, имеющих текстолитовые сепараторы. Небольшой поток воды используется для охлаждения статорной обмотки электродвигателя и торцевых крышек, отделяющих подшипники от полости на выходе последнего форвакуумного диска насоса с тем, чтобы уменьшить в этой области давление паров масла. Основным остаточным газом является водород (массовое число 2). Кроме того, содержится небольшое количество паров воды (массовое число 18), смесь окиси углерода и азота (массовое число 28) и двуокиси углерода (массовое число 44). Таким образом, в остаточных газах тяжелые углеводородные соединения не обнаруживаются, и турбо-молекулярные насосы с достаточным основанием считаются безмасляными средствами откачки, хотя в их форвакуумных полостях присутствуют пары масла, используемого для смазки подшипников насоса, и пары масла, попадающие туда из механического вакуумного насоса. Быстрота действия остается постоянной в широком диапазоне давлений — от 10″1 Па, когда начинает сказываться изменение режима течения газа через диски насоса, до 10

® Па, когда на быстроту действия оказывает влияние водород, выделяющийся из насоса и перетекающий со стороны форвакуумной полости насоса. Предельное остаточное давление турбомолекулярных насосов составляет 10s—10“7 Па. Достоинства турбомолекулярных насосов — быстрый запуск, малая селективность при откачке различных газов, отсутствие паров масла и продуктов его разложения в остаточной атмосфере, возможность получения сверхвысокого вакуума без использования ловушек на входе. Механизм насоса не повреждается при прорывах атмосферного воздуха. Все это обусловило их широкое применение во многих отраслях науки и промышленности.

При эксплуатации турбомолекулярных насосов необходимо контролировать поступление масла к подшипникам (для чего в насосе предусмотрены смотровые окна) и отсутствие шумов, появление которых свидетельствует об износе подшипников. Недопустима длительная выдержка остановленного турбомолекулярного насоса под форвакуумным давлением (ниже 10 Па), так как при этом пары масла могут проникнуть со стороны форвакуума через роторный механизм на сторону высокого вакуума.

Остановленный турбомолекулярный насос должен быть заполнен осушенным воздухом или азотом до атмосферного давления через кран, имеющийся в форвакуумном патрубке насоса. Небольшое количество паров масла, попавшее на вход турбомолекулярного насоса, обычно легко удаляется прогревом корпуса в области впускного патрубка до 100—120 °С при работающем турбомолекулярном насосе. Большую опасность для работы насоса представляет попадание в него твердых частиц. При наличии такой опасности во входном патрубке насоса должна быть установлена металлическая сетка с размерами ячейки 1 х 1 мм.

Турбомолекулярный насос

Турбомолекулярный насос предназначен для создания в герметичной системе глубокого вакуума. Он, в отличие от установок, способных выполнить эту же задачу, способен еще и поддерживать соответствующее давление на протяжении необходимого количества времени. Благодаря этим особенностям установки данного типа активно используются в авиационной промышленности. Нередко с их помощью создают электронную технику. Ученые, конструкторы, работающие с атомом, нередко используют турбомолекулярные насосы.

Это лишь часть функциональных возможностей установок данного типа. Необходимо отметить, что оборудование создавалось на базе пароструйных установок, которые не показывали необходимых характеристик производительности.

Турбомолекулярный насос состоит из следующих основных элементов:

  • вала с дисками;
  • корпуса;
  • закрепленных статорных дисков, которые находятся на корпусе
  • ротора.

Конструкция установки достаточно простая, но, при создании турбомолекулярных насосов используются высокотехнологичное оборудование и качественные и надежные материалы. Турбомолекулярный насос постоянно совершенствуется, поэтому, для того, чтобы элементы конструкции выдерживали нагрузку, производители и продумывают каждую мелочь.

Принцип работы турбомолекулярных насосов

Турбомолекулярный насос представляет собой лопастную турбину, которая сжимает газы. Для этого используются лопасти ротора, которые осуществляют быстрое вращение. За счет наличия в системе движущихся частей, а так же накапливания тепловой скорости при столкновении части, происходит сжатие газов.

Каждый электрик должен знать:  Кухонная вытяжка Krona трещит в режиме свет

Изменение ненаправленного перемещения частиц, на направленное обеспечивает откачку систему. Сталкивание частиц с ротором происходит в тот момент, когда длина пути частиц превышает зазор между лопастями. Таким образом, происходит эффективная откачка системы. Основная особенность заключается в отсутствии взаимодействующего влияния газов различного типа. Процесс достигается при условии, что давление не будет составлять менее 10-3 мм рт. ст.

Ламинарный режим протекает при давлениях, которые превышают показатель в 10-3 мм рт. ст. Он представляет собой тот же процесс, но, из-за частого сталкивания частиц между собой, действие ротора снижается. Говоря простыми языком, установка не способна создавать предварительное разряжение, поэтому необходимо использование форвакуумных насосов. В их роли могут выступать только те модели, которые имеют сухой тип. Как правило, это пластинчато-вакуумные безмасляные насосы. Установки данного типа способны вкупе создать высокий вакуум и поддерживать его на протяжении длительного времени.

Турбомолекулярный насос ТМН

Турбомолекулярные насосы имеют узкую специализацию. С их помощью создается высокий вакуум в системе, который необходим для выполнения сложных задач. К установкам данного типа относятся ТМН-200 и ТМН-500.

Безмасляный турбомолекулярный насос ТМН-200 имеет высокую популярность не только на Европейском рынке, но и на мировом. Он имеет высокую производительность, надежность, долговечность. Для установки оборудования требуется помощь специалистов, поскольку самостоятельно ее производить не рекомендуется. Особенностью ТМН-200 является возможность последовательно включать вращательные кольца с уплотнением. Это позволяет управлять мощность и постепенно увеличивать давление и напор.

В состав турбомолекулярного насоса ТМН-200 входит компрессор с большим количеством ступеней, а так же статорные диски. Производители установки сконструировали лопасти таким образом, что их наклон варьируется в пределах о 14 до 40 градусов. Скорость вращения вала составляет 1000 об/мин. За секунду установка способна прогонять более 200 литров воздушной смеси.

Еще один насос – это ТМН-500. Он имеет более высокую производительность. Это выражается в параметрах быстродействия и создаваемого остаточного давления. Особенностью турбомолекулярного насоса ТМН-500 является его способность быстро откачивать газовые смеси различного качества.

Остаточный спектр установки не включает тяжелых углеводов. Установка имеет длительный срок службы. Деталью, которую необходимо периодически менять, является подшипник. Другие элементы, как правило, служат долго. При этом периодически необходимо производить техническое обслуживание с заменой статорных й роторных лопаток. Благодаря созданию установки из качественных стойких металлов, она способна к длительной беспрерывной работе с производительностью в 500 л/с. Значение коэффициента сжатия при это имеет значение 2000 отн.ед.

Турбомолекулярный насос KYKY

Компания KYKY производит выпуск турбомолекулярных насосов серии F и FF. Китайский производитель создает высокую конкуренцию аналоговым Европейским образцам. С помощью турбомолекулярных насосов производят солнечные батареи.

Турбомолекулярные насосы KYKY F

Турбомолекулярный насос KYKY F предназначен для создания и поддержания вакуума в системе. Как и в других установках данного типа, воздушная смесь откачивается за счет вращения ротора. Скорость его вращения позволяет создать глубокий вакуум в оборудовании.

Благодаря наличию большого количества дисков в нем, которые способны работать последовательно, можно создавать не только сверхвысокий, но и высокий со средним вакуумы. Все модели серии представляют собой многоступенчатые осевые компрессоры, на ступенях которых имеются плоские лопатки.

В молекулярном насосе имеется насколько ступеней, которые установлены на роторе. Для того чтобы создавать вакуум с высоким и сверхвысоким давлением необходимо использовать насос для предварительного разряжения.

Гибридная установка имеет две составляющие. Первые ступени заимствованы из ТМН, а последние из молекулярного насоса. Работа установки заключается в откачивании газа во время вращения ступеней ротора на высоких скоростях. Наклонные каналы ступеней действуют прямом и обратном режиме.

Турбомолекулярный насос KYKY имеет следующие преимущества:

  • экологическая чистота;
  • чистота проведения процесса;
  • наличие системы балансировки, которая обеспечивает стабильную работу;
  • простота в эксплуатации;
  • простота в техническом обслуживании;
  • наличие в комплекте контроллера.

Турбомолекулярные насосы серии F, которые производит компания KYKY, созданы на высокотехнологичном оборудовании. Благодаря этому они имеют длительный срок службы и способны всегда выполнять функциональное предназначение на заявленных характеристиках.

Турбомолекулярные насосы KYKY FF

Турбомолекулярные модели серии FF имеют большую популярность на мировом рынке. Компания KYKY, которая их производит, постоянно производит исследования, которые позволяют усовершенствовать модели серии.

Насосы работают без вакуумного масла и активно применяются в системах, в которых основным параметром производительности является быстрота откачки. Дополнительным бонусом является увеличенный срок службы установки. Надежность и доступная цена – это составляющие, которые заставляют обращать внимание на модели компании. Насосы активно используются при необходимости разрабатывать комплектации для вакуумного оборудования.

Благодаря тому, что в турбомолекулярном насосе имеются необслуживаемые керамические подшипники, их можно устанавливать как в вертикальном, так и в горизонтальном положении. Заготовка ротора насоса – единая. Это позволило увеличить прочность, по сравнению с более старыми моделями, а так же уменьшить уровень шума и вибрации при работе. Предприятие может заказать насос с воздушной или водяной системой охлаждения. Установки достаточно экономичны, компактны и ремонтопригодны.

Ремонт турбомолекулярных насосов

Техническое обслуживание и ремонт турбомолекулярных насосов это отдельный вопрос, которым должны заниматься специалисты. В отличие от других типов насосов, установки для произведения глубокого вакуума создаются на высокотехнологичном оборудовании. Для того чтобы произвести ремонт установки, необходимо использовать специальное балансировочное оборудование, иначе установка, в лучшем случае, потеряет производительность или ухудшатся другие характеристики.

Вакуумные насосы

Вакуумные насосы получили широкое распространение в самых различных отраслях промышленности и науки. Основное применение вакуумных насосов это удаление воздуха или газа из герметично замкнутого объема и создания в нем разряжения . Мы рассмотрим наиболее распространенные типы, характеристики вакуумных насосов их принцип работы и основные применения.

Классификация насосов по диапазону давления

Вакуумные насосы классифицируются по диапазону рабочих давлений на :

  • первичные (форвакуумные ) насосы,
  • дожимные насосы
  • вторичные насосы.

В каждом диапазоне давлений применяются различные типы вакуумных насосов, отличающихся друг от друга по конструкции. Каждый из этих типов имеет свое преимущество по одному из следующих пунтков: возможный диапазон давления, производительность, цена и периодичность и простота технического обслуживания.

Независимо от конструкции вакуумных насосов, основной принцип работы один и тот же. Вакуумный насос удаляет молекулы воздуха и других газов из вакуумной камеры (или из выходного патрубка вакуумного насоса более высокого давления , при подключении последовательно).

При уменьшении давления в камере, последующее удаление дополнительных молекул становится экспоненциально сложнее . Поэтому промышленные вакуумные системы должный охватывать большой диапазон давлений от 1 до Торр. В научной сфере данный показатель достигает торр или ниже.

Выделяют следующие диапазоны давления:

  • Низкий вакуум:> от атмосферного давления до 1 торр
  • Средний вакуум: от 1 торр до 10-3 торр
  • Высокий вакуум: 10-3 торр до 10-7 торр
  • Сверхглубокий вакуум: от 10-7 торр до 10-11 торр
  • Экстремальный высокий вакуум: Классификация вакуумных насосов по принципу работы с газом

Выделяют две основные технологии работы с газом в вакуумных насосов:

  • Перекачка газа
  • Улавливание газа

Насосы работающие по технологии перекачки газа подразделяются на кинетические насосы и насосы объемного вытеснения.

Кинетические насосы работают по принципу передачи импульса молекулам газа от высокоскоростных лопастей для обеспечения постоянного перемещения газа от входного патрубка насоса к выходному. Кинетические насосы обычно не имеют герметичных вакуумных камер, но могут достигать высоких коэффициентов сжатия при низких давлениях.

Насосы объемного вытеснения работают путем механического улавливания объема газа и перемещения его через насос. В герметичной камере газ сжимается до меньшего объема при более высоком давлении и после этого, сжатый газ вытесняется в атмосферу (или в следующий насос).

Обычно кинетические и объемные работают последовательно для обеспечения более высокого вакуума и расхода. Например, очень часто турбомолекулярный (кинетический) насос поставляется собранным последовательно с винтовым (объемным) насосом в единую установку.

Насосы работающие по технологии улавливания газа, захватывают молекулы газа на поверхностях в вакуумной системе. Данные насосы работают при меньших расходах, чем перекачивающие насосы, но при этом могут создавать сверхвысокий до торр, и безмасляный вакуум. Улавливающие насосы работают с использованием криогенной конденсации, ионной реакции или химической реакции и не имеют движущихся частей.

Типы вакуумных насосов в зависимости от конструкции

В зависимости от конструкции вакуумные насосы можно разделить на масляные(мокрые) и сухие (безмасляные), в зависимости от того, подвергается ли газ воздействию масла или воды в процессе перекачки.

В зависимости от конструкции вакуумные насосы можно разделить на масляные(мокрые) и сухие (безмасляные), в зависимости от того, подвергается ли газ воздействию масла или воды в процессе перекачки.

В конструкции мокрого насоса используется масло или вода для смазки и / или герметизации. Данная жидкость может загрязнять перекачиваемый газ. Сухие же насосы не имеют жидкости в проточной части и зависят от уплотненных зазоров между вращающимися и статическими частями насоса. В качестве уплотнения чаще всего используют полимер (PTFE) или диафрагму для отделения механизма насоса от перекачиваемого газа. Сухие насосы снижают риск загрязнения системы масла по сравнению с мокрыми насосами.

В качестве первичных (форвакуумных ) насосов чаще всего используются следующие конструкции, описанные ниже.

Первичный форвакуумный насос. Принцип работы. Варианты конструкций

Маслозаполненный ротационный лопастной насос

В ротационном лопастном насосе газ поступает во входное отверстие и захватывается эксцентрично установленным ротором, который сжимает газ и передает его в выпускной клапан Подпружиненный клапан позволяет выпускать газ при превышении атмосферного давления. Масло используется для герметизации и охлаждения лопастей. Давление, достигаемое с помощью роторного насоса, определяется количеством ступений. Двухступенчатая конструкция может обеспечивать давление 1 ×10-3 мбар. Производительность составляет от 0,7 до 275 м3/ч.

Водокольцевой вакуумный насос. Конструкция и принцип работы

Водокольцевой насос сжимает газ с помощью вращающегося рабочего колеса, расположенного эксцентрично внутри корпуса насоса. Жидкость подается в насос и посредством центробежного ускорения образует движущееся цилиндрическое кольцо. Это кольцо создает серию уплотнений в промежутках между лопастями рабочего колеса, которые и являются камерами сжатия . Эксцентриситет между осью вращения рабочего колеса и корпусом насоса приводит к уменьшению объема между лопатками рабочего колеса и тем самым к сжатию газа и выпуска его его через выходной патрубок. Этот насос имеет простую, прочную конструкцию, так как вал и рабочее колесо являются единственными движущимися частями. Водокольцевой насос имеет большой диапазон мощности и может обеспечивать давление 30 мбар при использовании воды температурой 15 ° С. При использовании других жидкостях возможны и более низкие давления. Диапазон доступных производительностей от 25 до 30 000 м3/ч.

Диафрагменный вакуумный насос

На диафрагменных насосах используется гибкая диафрагма, которая соединена с штоком и попеременно перемещается в противоположных направлениях, так что газ попадает в пространство над диафрагмой и полностью заполняет его. Затем впускной клапан закрывается , а выпускной клапан открывается, чтобы выпустить газ.

Диафрагменный вакуумный насос компактный и очень легко обслуживается. Срок службы диафрагм и клапанов обычно составляет более 10 000 часов работы. Диафрагменный насос используется для поддержки небольших турбомолекулярных насосов в чистом, высоком вакууме. Это насос малой мощности, широко используемый в научно-исследовательских лабораториях для подготовки проб. Типичное предельное давление 5 ×10-3 мбар. Производительность от 0,6 до 10 м3 / ч (от 0,35 до 5,9 фут3 / мин).

Спиральный вакуумный насос

Основными элементами насоса являются спиральные ротор и статор. Расширенный газ попадает в большие круглые пространства, которые сужаются, при достижении центра спирального вращающегося ротора. Уплотнение из полимера PTFE обеспечивает герметичность между спиральными элементами насоса без использования масла в перекачиваемом газе. Достигаемое давление 1 × мбар. Производительность от 5 до 46 м3/ч.

Дожимные (бустерные) насосы

Двухроторный вакуумный насос

Двухроторные насосы в основном используется в качестве дожимных (бустерных) насосов и предназначены для удаления больших объемов газа. Два ротора, не касаясь друг друга, вращаются, чтобы непрерывно передавать газ в одном направлении через насос. Это повышает производительность первичного / форвакуума насоса, увеличивая скорость откачки примерно 7: 1 и улучшает окончательное давление, примерно 10: 1. Бустерные насосы могут иметь два или более роторов. Типичное предельное давление Кулачково-зубчатый насос

Кулачково-зубчатый насос имеет два кулачка , которые вращаются в противоположные друг другу стороны. Схема работы вакуумного насоса аналогична роторному насосу, за исключением того, что газ передается в осевом направлении, а не сверху вниз. Очень часто кулачковый и двухроторный насосы применяются в комбинации. На одном общем валу устанавливаются ступени роторов и ступени кулачков. Данный тип насосов предназначен для суровых промышленных условий и обеспечивает высокую производительность. Типичное предельное давление 1 × 10-3 мбар. Производительность же составляет от 100 до 800 м3/ч.

Винтовой насос

Основными рабочими органам агрегата являются два вращающихся винта, которые не касаются друг друга. Вращение переносит газ с одного конца на другой. Винты сконструированы таким образом, что по мере прохождения газа через них пространство между ними становится меньше и газ сжимается, тем самым вызывая пониженное давление на входе. Этот насос обладает высокой производительностью. Винтовой насос может работать со средами, содержащими жидкость и включения , а также хорошо работает при суровых условия. Типичное предельное давление составляет около 1 × 10-2 Торр. Производительность может достигать 750 м3/ч.

Вторичные (высоковакуумные) насосы

Турбомолекулярный насос

Турбомолекулярные насосы работают путем переноса кинетической энергии в молекулы газа с использованием высокоскоростных вращающихся угловых лопастей, которые продвигают газ на высоких скоростях. Скорость вращения наконечника лопастей обычно составляет 250-300 м/ с. Получая импульс от вращающихся лопастей, молекулы газа, перемещаются к выпускному отверстию. Турбомолекулярные насосы обеспечивают низкое давление и имеют невысокие параметры производительности. Типичное предельное давление составляет 7,5 х 10-11 Торр. Диапазон производительности от 50 до 5000 л/с. Ступени накачки часто сочетаются со ступенями торможения, что позводяет турбомолекулярным достигать более высоких давлений (> 1 торр).

Диффузионные паромаслянные насосы

Паровые диффузионные насосы передают кинетическую энергию молекулам газа с использованием высокоскоростного нагретого масляного потока, который перемещает газ из входа в выпускное отверстие. Тем самым обеспечивает пониженное давление на входе. Данная конструкция является довольно устаревшей. В значительной степени они вытесняются на рынке более удобными сухими турбомолекулярными насосами. Диффузионные паромаслянные насосы не имеют движущихся частей и обеспечивают высокую надежность. Данный вакуумный насос обладает низкой ценой. Предельное давление менее 7,5 х 10-11 Торр. Диапазон производительности 10 — 50 000 л/с.

Криогенный насос

(сухой, технология улавливания газа)

Криогенные насосы работают путем захвата и хранения газов и паров, а не перекачки их через себя. Данный тип насосов используетт криогенную технологию для замораживания или улавливания газа на очень холодной поверхности (криоконденсация или абсорбция) при температуре 10 ° К до 20 ° К (минус 260 ° С). Эти насосы очень эффективны, но имеют ограниченную емкость для хранения газа. Собираемые газы / пары должны периодически удаляться из насоса, нагревая поверхность. Откачиваются они с помощью другого вакуумного насоса. Этот процесс также известен как регенерация. Криогенные насосы требуют установки дополнительной компрессорной системы охлаждения для создания холодных поверхностей. Эти насосы могут достигать давления 7,5 х 10-10 Торр и имеют диапазон производительности от 1200 до 4200 л/с.

Основные производители вакуумных насосов

Вакуумный насос купить можно производства следующих изготовителей

Турбомолекулярный насос: принцип работы, констуркция

Турбомолекулярный насос – принцип работы турбомолекулярного насоса. Особенности в плане ремонта турбомолекулярных насосов. Отличия Турбомолекулярного насоса КУКУ от Турбомолекулярного насоса ТМН

Турбомолекулярный насос — один из наиболее популярных вакуумных агрегатов, который уже успел завоевать крепкое место на огромном рынке вакуумной техники. Данный тип насоса предназначен для создания и соответственно поддержки высокого и сверхвысокого вакуума.

Установки подобного типа — это действительно большая редкость, так как сверхвысокий вакуум — это уровень, достичь которого очень трудно Принцип работы турбомолекулярного насоса заключается в посыле некого сигнала молекулам откачиваемого газа.

Далее в процесс вступают огромные скорости, благодаря которым собственно и удается начать работу данного устройства. Если говорить о скорости вращения ротора в турбомолекулярном насосе, то этот показатель достигает нескольких десятков тысяч оборотов за одну минуту.

Но также стоит помнить, что для применения подобного насоса также требуется и наличие форвакуумного насоса, который служит неким дополнением, и без него провести рабочий процесс попросту не получится.

При выборе вакуумного насоса для длительной работы, люди чаще всего обращают свое внимание на такой пункт, как: скорость откачки. Делается это для того, чтобы достигать как можно больших показателей производительности, которые напрямую зависят от того, какова будет скорость откачки данного устройства.

В таком механизме, как турбомолекулярный насос, скорость откачки определяется при помощи наружного диаметра ступеней ротора. Делается это путем высчитывания количества углов наклона и вычисления первых ступеней скорости вращения.

Если внутри устройства уже высокий уровень давления, то его скорость откачки напрямую зависит от того, насколько эффективно будет работать форвакуумный насос.

При увеличении давления на входе, трение ступеней у проточной части становится только больше, а это значит, что и количество электроэнергии для его работы увеличивается в несколько раз. Далее этот процесс приводит к тому, что проточная часть насоса ТМН становятся все горячее.

Стоит также отметить, что ни в коем случае нельзя допускать снижения скорости откачки устройства, так как в подобном случае внутри механизма может произойти серьезный бой, который однозначно обернется серьезными последствиями.

Для того чтобы подобной угрозы не было, производители насосов ТМН установили в устройство систему отключения питания, которая срабатывается если вращение ротора переходит за определенный уровень.

Не менее важной частью турбомолекулярного насоса является контроллер.

Так как системы подобного типа требуют огромного количество оборотов в минуту, для достижения высоких показателей производительности, в системе обязан быть контроллер, который будет регулировать все эти процессы.

Абсолютно все турбомолекулярные насосы оснащены таким контроллером, так как именно через него происходит регулирование частоты и тому подобных процессов, которые каким-то образом влияют на работу.


Но это еще далеко не все элементы турбомолекулярного насоса, которые играют большую роль. Всего существует еще огромное количество элементов, которые также в некоторых ситуациях могут быть очень важными. Но стоит учитывать и цену данного агрегата, так как подобные устройства находятся на уровне среднего ценового сегмента, и турбомолекулярный насос сможет позволить себе далеко не каждый.

Принцип работы турбомолекулярного насоса

Турбомолекулярный насос — это устройств, принцип работы которого сочетает в себе некие элементы осевого компрессора и молекулярного увлечения.

Это приводит к тому, что процесс вращения ротора начинает иметь крайние точки, что позволяет на выходе получить линейную скорость около 430 м/c.

Именно поэтому, вал турбомолекулярного насоса напрямую зависит от диаметра самого насоса и в результате мы получаем показатели скоростей от 10000 до 60000 оборотов в минуту.

Стоит также взять во внимание тот факт, что принцип работы турбомолекулярного насоса в сравнении с другими устройства сверхвысокого вакуума имеет целый ряд существенных преимуществ, о которых мы сейчас и поговорим.

Преимущества турбомолекулярного насоса:

  • Максимальный уровень готовности к началу работы
  • Быстрый запуск системы, который длится не более 15 минут
  • Высокий уровень степени сжатия
  • Широкий диапазон рабочего давления, которого более чем достаточно для решения большинство задач
  • Не снижает уровень работоспособности при резких перепадах давления

Глядя на все эти преимущества, можем сделать вывод, что турбомолекулярный насос — это действительно очень мощное и качественное устройство, которое можно применять в самых разных направлениях не боясь за показатели его производительности.

Турбомолекулярный насос ТМН

Турбомолекулярный насос ТМН — устройство, позволяющее достигать уровень среднего, высокого и даже сверхвысокого вакуума, что на данный момент является более чем высоким показателем.

Внутри насоса ТМН, мы сможем увидеть многоступенчатый осевой компрессор, который напрямую зависит от работы статорных ступеней и самого ротора.

Статорные ступени в данном механизме получили в свое пользование плоские наклонные каналы, которые расположились вдоль радиуса лопаток.

После того, как в системе начинается процесс вращение роторных ступеней, механизм сразу же начинает процесс откачки молекул газа, что позволяет достигать высокого уровня производительности данного устройства.

Наиболее удачно насосы ТМН себя демонстрируют в молекулярном режиме, так как именно там они имеют все возможные условия для производительной работы.

Для того чтобы устройство могло работать без перебоев и демонстрировать постоянно высокий показатель работоспособности, они также снабжаются форвакуумным насосом, который расположен на выходе и выполняет ряд важнейших функций, без которых большинство процессов стали бы попросту невозможными.

Турбомолекулярный насос KYKY

Турбомолекулярный насосы данной серии всего за два года успели увеличить свои продажи в несколько раз, и ничего удивительного в этом нет. Главной на то причиной, является производительность и качество таких насосов, которые можно применять где угодно, и в любом из направлений, результаты производительности будут максимально высокими.

Если же говорить о наиболее удачной модели подобного насоса, то – это KYKY FF-63/70E. Эта версия турбомолекулярного насоса имеет безмасляный тип работы, так именно такой принцип работы позволяет деталям быть в максимально хорошем состоянии.

Цена подобных устройств на данный момент находится на достаточно высокой отметке, так как характеристики агрегата действительно удивляют.

Характеристики турбомолекулярного насоса KYKY FF-63/70E:

  • Мощность потребления – 100 В
  • Охлаждение системы – Водяное (воздушное)
  • Быстрота действия в л/c – 62
  • Скорость вращения ротора в системе – 51000
  • Время, требуемое для начала работы – 1.5 мин

Таких характеристик более чем достаточно для работы в серийном производстве, что уже является показателем высокого уровня производительности устройства. Так что если вы всерьез задумались над покупкой подобного агрегата, то можете обратить свое внимание на модель KYKY FF-63/70E, которая действительно стоит своих денег.

Ремонт турбомолекулярных насосов

Большое количество людей отказывается от покупки турбомолекулярных печей, думая, что сложная конструкция не позволит производить быстрый ремонт данного агрегата.

Но на самом деле, устройство продумано таким образом, что все сложные элементы системы заменяют друг друга, и починка определенных устройств в системе не будет чем-то ужасным.

Примечательным является тот факт, что если поломка не очень значительная, то устройство некоторое время сможет продолжать свою работу без потери эффективности.

Как показывает практика, турбомолекулярные насосы вовсе редко попадают в станцию техобслуживания и немалую роль в этом играет качество изготовления таких насосов, которые способны работать при любых условиях.

Но если они и попадают в ремонт, то в 95 процентах случаев все заканчивает без каких-либо проблем. Причем и стоимость починки подобного устройства не столь велика по сравнению с насосами других разновидностей.

Турбомолекулярный насос. Виды и работа. Применение и особенности

Турбомолекулярный насос представляет собой специализированный вакуумный агрегат, который используется для образования вакуума большого значения.

Установки данного типа имеют немного разновидностей, ведь аналогов, способных создать сверхвысокий вакуум, практически не существует. Впервые о турбомолекулярных устройствах заговорили в 1913 году. Именно тогда Геде придумал, как создать молекулярный насос.

Однако первые турбомолекулярные устройства стали появляться только в 1958 году благодаря Беккеру. Постепенно их стали активно применять в промышленности.

Огромную роль в процессе создания вакуума выполняет принцип работы насоса. Молекулярное состояние системы находится в прямой зависимости от турбины, которая применяется в данном агрегате. Эта турбина способствует ускорению процесса создания вакуума. Эти агрегаты получили широкое распространение в промышленности, авиации, научных лабораториях и тому подобное.

Виды

Турбомолекулярный насос в зависимости от конструктивного исполнения может быть:

  1. Двухпоточным.
  2. Однопоточным.
  3. С лопатками.
  4. С дисковыми рабочими колесами.

По своей конструкции подобные агрегаты могут быть классифицированы по трем видам:

  1. Цилиндрический вид, в роторе которого имеются кольцевые каналы. Данный агрегат имеет конструктивное исполнение Геде;
  2. Цилиндрический вид, по поверхности его ротора располагаются каналы спирального вида.

Данный агрегат часто называют устройством Хольвека;
Дисковый вид, в котором используются каналы спирального вида от наружного диаметра к диску. Этот тип конструкций часто называют устройством Зигбана.

Конструктивно схема устройства, который предложил Беккер, имеет корпус, в котором установлены неподвижные статорные диски. Ротор представляет вал с колесами, которые представляют диски с фрезерованными косыми пазами радиального вида. Они также могут представлять лопаточные колеса, лопатки на них ставятся под некоторым углом к торцовой плоскости втулки.

В случае, когда колеса выполнены в виде дисков с прорезями, то в статорных колесах прорези выполняются зеркально. Для лопаточного исполнения применяются те же условия, но уже с учетом углов установки. Чтобы упростить установку статорных колес их разрезают по диаметру.

В молекулярные агрегаты цилиндрического вида, в которых каналы спирального вида находятся по поверхности ротора, имеют несколько иное исполнение. Здесь, в отличие от агрегатов Геде, каналы создаются винтовыми корпусными канавками. В этих устройствах отсутствуют отсекатели, что снижает объем перемещающегося газа.

Газ посредством патрубка для всасывания направляется насос, где перемещается по винтовым канавкам и делится на потоки. Оттуда он выходит в полости нагнетания, из них газ откачивается с помощью форвакуумного насоса. Ротор начинает работать благодаря электрическому двигателю.

Чтобы исключить перемещение газов внутренняя часть насоса надежно изолируется от внешней среды.

В устройстве Зигбана дискового вида каналы изготавливаются в крышках торцового вида. Вращающийся диск в данном случае находится в корпусе. Газ направляется в каналы спирального вида посредством патрубка для всасывания. В большинстве случаев используются три спирали, через которые газ направляет к центру диска, где с помощью форвакуумного насоса откачивается.

Главный минус насосов указанных исполнений – это необходимость применения современного высокоточного оборудования для их производства и сборочных работ.

В случае погрешностей в мехобработке или увеличении зазоров происходит резкое перетекание газов, вследствие чего существенно снижаются показатели откачивания.

Тем не менее, молекулярные ступени с успехом применяются в комбинированных турбомолекулярных устройствах.

Подобные агрегаты выпускают разные производители, вследствие чего они также добавляют разнообразные новшества в своих моделях.

Устройство

Турбомолекулярный насос работает благодаря статорным и роторным дискам, у которых имеются радиальные косые каналы. Их стенки находятся под углом порядка 15-40 градусов по отношению к плоскости диска.

При этом каналы статоров располагаются зеркально по отношению к роторам. Между валом ротора и статором есть зазоры, которые позволяют перемещаться молекулам газа в сторону откачки.

Подобная система подвижных и неподвижных каналов обеспечивает перепад давлений и способствует эффективному образованию вакуума.

Насос приводится в движение благодаря высокочастотному электрическому двигателю. Ток в двигатель подается от электрической сети или мощного аккумулятора. Ротор движка располагается в форвакуумной полости вместе с валом насосного ротора. Такое конструктивное исполнение исключает манжетный износ.

Вращение ротора осуществляется с частотой порядка 18-100 тысяч оборотов в минуту. Поэтому во время сборочных работ насос подвергается тщательной балансировке, во время которой подшипники устанавливаются с максимальной точностью.

Для таких агрегатов применяются специальные подшипники, имеющие текстолитовые сепараторы. Чтобы подшипники работали без перебоев, им нужна смазка. С этой целью используется маслонасос, для которого устанавливается свой электрический движок.

Воздух подается через входной патрубок.

Когда начинается вращаться двигатель, в движение приводится ротор насоса, он вращается относительно статора. Лопатки ротора и статора располагаются по отношению друг к другу зеркально.

Вместе они создают ступень насоса, обеспечивающую компрессионное сжатие воздушных масс. Для воздуха компрессия может достигать показателя 30.

Однако в агрегатах применяется сразу несколько ступеней, вследствие чего компрессия может достигать показателя в несколько сотен единиц.

Далее в действие вступает форвакуумный насос, который благодаря компрессии легко откачивает воздушные массы. Указанное конструктивное исполнение вызвано тем, что для работы данного агрегата требуется определенное давление, чтобы насос мог приступить к работе. Внешний вид подобного агрегата напоминает турбину, вследствие чего и пошло название турбомолекулярный насос.

Принцип действия

Турбомолекулярный насосможно отнести к кинетическим агрегатам, которые работают на принципе передаче импульса молекулам для направления их к откачивающему устройству.

Его конструкция напоминает ротор из многочисленных ступеней. Типичная конструкция выполнена в виде вращающегося круглого диска, на котором расположены лопасти.

Они во время вращения действуют на молекулы воздушных масс и передают им энергию, направляя через статорные канавки.

В насосе предусмотрено несколько ступеней, на каждой из которых происходит сжатие газа до момента, когда они не дойдут до нагнетательного отверстия. Через него сжатый воздух легко откачивается насосом.

Быстродействие и параметры сжатия определяются геометрией роторной и статорной частей, их скоростью вращения, а также числом лопастей. Агрегат производится в вертикальном либо горизонтальном исполнении.

Применение

Турбомолекулярный насос находит широчайшее применение во многих сферах деятельности.

Данные агрегаты применяются в промышленности, в первую очередь это касается медицинской, металлургической, авиационной, атомной, химической, радиотехнической и электронной промышленности.

Также их используют во всевозможных технологических процессах, а также с целью обеспечения функционирования установок и оборудования, где наблюдается необходимость создания и поддержания вакуума высокого значения.

  1. Также турбомолекулярный насосприменяется в аналитических приборах, к примеру, в многокамерных масс-спектрометрах.
  2. Такие агрегаты незаменимы при создании полупроводников, в частности в ионной имплантации и сухом травлении. Производителям необходимо повышать производительность оборудования, их надежность. Поэтому без турбомолекулярных устройств здесь не обойтись. Данные процессы проходят с применением коррозионных и агрессивных газов, поэтому насосы снабжаются защитой и соответствующим покрытием.
  3. Напылении материалов.
  4. При испарении, покрытии и травлении разнообразных материалов.
  5. Химическом осаждении.
  6. В создании ускорителей частиц.
  7. При вакуумировании электронных ламп.
  8. В случае необходимости имитации космического пространства.
  9. Изготовление вакуумных печей.
  10. Для создания устройств поиска протечек.
  11. Создания сверхвысоковакуумного оборудования.
  12. В производстве электронных приборов и так далее.

Преимущества и недостатки

Турбомолекулярный насос имеет следующие преимущества:

  1. Быстрота действия и высокая производительность.
  2. Отсутствие появления загрязнений в откачиваемом объеме.
  3. Высокая надежность во время работы.
  4. Долговечность эксплуатации.
  5. Быстрый запуск.
  6. Постоянная готовность к работе.
  7. Широкий диапазон рабочего давления.
  8. Высокая степень сжатия.

Однако у таких устройств имеются и недостатки:

  1. Высокая цена, вызванная необходимостью применения дорогих комплектующих, использования дорогостоящего обрабатывающего оборудования и высокоспециализированного рабочего труда.
  2. Небольшой дисбаланс лопастей роторных и статорных частей может привести к вибрации и быстрому износу подшипников.
  3. Необходимость постоянной смазки высокоскоростного ротора.


Похожие темы:

Турбомолекулярный насос – характеристики и принцип работы турбомолекулярных насосов. Молекулярные и турбонасосы применение

Турбомолекулярный насос предназначен для создания среднего, высокого и сверхвысокого вакуума. Он же отвечает за его поддержание. В основе работы насоса заложено придание дополнительной скорости откачиваемому газу в заданном направлении.

Элементы, которые придают движение молекулам – это диски. Турбомолекулярный насос способен создавать вакуум, диапазон которого составляет от 10-2 Па до 10-8. Ротор вращается со скоростью более 20 тыч об/мин.

В комплект оборудования входит форвакуумный насос.

Высоковакуумный турбомолекулярный насос twistorr 84 fs относится к категории малых агрегатов. Его производительность составляет 70 л/с.

Он создавался по новой технологии Agilent, которая уже зарекомендовала себя на рынке вакуумных насосов. Она нашла применение в таких насосах как TwisTorr 304 FS и TwisTorr.

Новая технология способствовала снижению веса и длины ротора. При этом снижение производительности не произошло.

Она обладает высокой производительностью в своем классе. Инженерам удалось увеличить стабильность работы с повышенными газовыми нагрузками. Срок службы подшипников увеличен, энергопотребление уменьшено.

Турбомолекулярный насос TG350F – это многоступенчатый гибридный образец, который имеет турбомолекулярный принцип действия. В агрегат встроены молекулярные ступени, которые имеют металлокерамические подшипники.

В установке используется высококачественная консистентная смазка, обладающая низким давлением пара, способствующего получению сухого вакуума. Срок службы подшипников – 20 тыс. часов без дополнительной смазки.

Турбомолекулярный насос может устанавливаться в любом положении и будет продолжать выполнение своей функциональной задачи. Срок службы агрегата в стандартном режиме вкупе составляет более 100 тыс. часов. Он обладает небольшими размерами, массой.

Может встраиваться в различные вакуумные системы. Расходы на эксплуатацию агрегата малы, система охлаждения может быть воздушной или водяной. Расход энергии низкий.

Молекулярный насос

Принцип работы молекулярного насоса увеличении газа посредствам ударения его молекул о вращающиеся лопасти мотора. При размещении в разряженном газе поверхности, которая будет быстро двигаться, его молекулы, ударяясь об нее, будут приобретать дополнительную скорость.

Молекулярный насос MDP 5011, цена которого ниже агрегатов данной категории, является кинетическим. Молекулы газа, соприкасаясь с поверхностью ротор-стакана, приобретают дополнительный импульс, который несет их к направлению выхода из насоса. Он способен откачивать небольшие объемы.

Турбонасос

Турбонасос сочетает действие осевого компрессора и молекулярное увеличение. Их совместное усилие позволяет увеличить линейную скорость крайних точек окружности до 430 м/с. Вал такого агрегата вращается с огромной скоростью, которая может достигать 60000 об/мин.

Насосы этого типа постоянно готовы к использованию. Для того, чтобы начать выполнять функциональное предназначение, турбонасосу необходимо не более 15 минут. Агрегат способен выдерживать резкое увеличение давление.

Степень сжатия с помощью турбонасоса может составлять до 10х15 степени.

Насос ТМН

Безмасляный вакуум высокого давления можно получить при помощи турбомолекулярного насоса ТМН-200. Данный насос получил широкое применение благодаря возможности последовательного включения вращательного насоса с уплотнением.

В его конструкцию входит многоступенчатый компрессор, на корпусе которого имеются статорные диски. Их наклон составляет 14 -40 градусов относительно оси. Двигатель способен придавать ему вращение более 1000 об/мин.

Быстродействие агрегата составляет 200 л/с.

Турбомолекулярный насос ТМН 500 выполняет быстрое откачивание вакуумной среды. Он способен откачивать неагрессивный газ любого качества. При работе ТМН 500, в остаточном спектре не остаются тяжелые углеводы.

Наличие самоуравновешивающейся опоры ротора позволяет при замене подшипников восстанавливать долговечность агрегата. Производить замету лопаток статорных и роторных дисков. Турбомолекулярный насос способен продолжительное время осуществлять откачку большого потока газов.

Быстрота его действия составляет 500 л/с., при этом коэффициент сжатия равен 2000 отн.ед.

Сухой насос

Пластинчато-роторные насосы относятся к сухому типу. С их помощью можно получить средний вакуум. Их особенность заключается в отсутствии масла в системе. Это означает отсутствие масляного выхлопа. Максимально достигаемая глубина вакуума составляет до 400 мбар. Это зависит от модели установки. Соответственно, минимальное давление, относительно атмосферного, будет составлять 9%.

Создание качественного сухого насоса – дело сложное. В мире всего несколько производителей, которые на такое способны. Если быть точнее, то выпускают модели небольшой производителей много стран: Китай, Америка и т.д. Но высокопроизводительных образцов не так и много.

Принцип действия сухих вакуумных насосов не отличается от масляных. Однако имеются некоторые расхождения. Для смазки деталей в сухих насосах масло не используется, поэтому лопасти изготавливать из металла нет смысла. Материал лопастей таких агрегатов – графитовый композит. Он трется намного меньше, чем метал и обеспечивает уплотнение камеры насоса.

Сухие вакуумные насосы не имеют масляного выхлопа – это их большое преимущество. Нет надобности, периодически производить замену масла и постоянно следить за его уровнем. Благодаря отсутствию системы циркуляции масла, стоимость продукта снижена.

Есть у них и недостатки. Это глубина достигаемого вакуума, уменьшенный срок службы лопастей. Графитовая пыль от лопастей, при большом износе, может попадать в выпускаемый воздух.

Безмасляный насос

Безмасляный вакуумный насос, он же сухой вакуумный насос может создавать низкий и средний вакуум. Чаще всего, представителями данного типа являются платинчато-роторные вакуумные насосы и компрессоры, которые не имеют системы смазки. Они непрерывно откачивают воздух и неагрессивные смеси. Минимальное значение давления данных агрегатов составляет около 100 мбар.

Безмасляные насосы, как правило, комплектуются антифрикционными самосмазывающими материалами, которые могут долго работать и иметь при этом низкую изнашиваемость. Расходы на такое оборудование значительно меньшее, чем на аналоговое, масляное. Они более компактны и потребляют меньшее количество энергии, экологически чисты и обладают низким уровнем шума.

Данный тип насосов разработан, чтобы заменить спиральный форвакуумный насос. Его значительное преимущество – низкая стоимость. Спрос на недорогие и небольшие агрегаты постоянно растет. А безмасляные форвакуумный насос – один из лучших вариантов. Во многих сферах производства требуется, чтобы откачиваемые пары были чистыми, и в них не было примеси масла.

Форвакуумный насос

Форвакуумный насос 2НВР-5ДМ двухступенчатый, роторно-пластинчатого типа. Он производит откачивание воздуха и газов из вакуумных систем.

Примеси, которые подвергаются откачиванию, должны быть предварительно очищены от влаги и грязи. Данный агрегат комплектуется асинхронным электродвигателем. В конструкцию установки входит моноблочная конструкцию.

Устройство его отсечения – автоматическое, производящее отсечение откачиваемого объема.

Рабочий процесс откачивания и всасывания происходит путем изменения объема основной камеры. В камере находится вращающий ротор, который, за счет эксцентрического вращения изменяет рабочий объем.

Во время этого процесса, лопатки, которые помещены в прорези ротора, прижимаются к стенкам цилиндра. Поточная часть установки изготавливается из углеродистой стали и углепластика.

Вал уплотняется манжетой.

Вакуумный насос 2НВР-5ДМ активно применяется в химической и радиотехнической сфере. Вкупе с высоковакуумными насосами используется в высокопроизводительных предприятиях различного типа.

Турбомолекулярные насосы

Принцип действия турбомолекулярного насоса основан на идеях, заложенных в молекулярном насосе, впервые предложенном Геде в 1913 г.

В простейшем варианте (рис. 3.5, а) молекулярный насос состоит из металлического цилиндра (ротора), вращающегося с большой скоростью внутри герметически закрытого корпуса (статора). По своей конструкции этот насос напоминает ротационный, но отличается от него тем, что в нем нет физической границы между объемами низкого и высокого вакуума.

Для молекул газа, попадающих во впускное отверстие насоса со скоростями теплового движения, довольно высока вероятность столкновения с вращающейся поверхностью ротора, в результате чего они остаются на ней некоторое время (равное времени пребывания). После отрыва от поверхности молекулы приобретают высокую скорость, направленную по касательной к вращающемуся ротору.

Таким образом, за счет импульсов, полученных при таких столкновениях, молекулы будут двигаться вслед за цилиндром в полости насоса.

Для эффективной работы насоса необходимо, чтобы приобретаемая молекулой дополнительная скорость значительно превосходила скорость ее теплового движения, а длина свободного пробега молекулы была больше размеров впускного отверстия насоса, чтобы практически полностью исключить межмолекулярные столкновения. Геде показал, что в условиях свободно-молекулярного течения отношение давлений на выходе и на входе насоса (степень сжатия) определяется вьтажением

где w — угловая скорость вращения ротора, которая должна быть порядка 10000 об/мин, и А — константа, определяемая геометрией рабочего зазора насоса и природой газа.

Для того чтобы константа А была большой, необходимо увеличивать площадь части поверхности ротора, взаимодействующей с входящим потоком газа, но зазор между ротором и статором при этом должен быть малым. Кроме того, для обеспечения условий свободно-молекулярного течения предварительный вакуум должен быть не хуже 100 Па.

В одной из разработанных конструкций (рис. 3.5, б) поверхность была увеличена за счет пазов в роторе, в которые входят перегородки, находящиеся на статоре (рис. 3.5, б). Диаметр ротора при этом составлял 5 см, а зазор между ним и статором — 0,1 мм.

Несколько таких откачивающих секций, включенных последовательно, создавали общую степень сжатия по азоту 105.

Быстрота откачки такого насоса относительно низкая и составляет около 10-3 м3с-1. Были предложены различные конструкции насосов этого типа, в частности насос Голвека , в кото ром использован гладкий ротор, а статор снабжен винтовыми желобками правой и левой нарезки.

Ширина желобков постоянна, высота же уменьшается от средней части ротора насоса (вход) к его торцам (выход). При вращении статора молекулы откачиваемого газа перемещаются вокруг и вдоль оси насоса.

Аналогичная идея использована в конструкции дискового насоса Зигбана, в котором гладкий диск вращается вплотную к поверхности статора, снабженного несколькими спиральными желобками, по которым откачивается газ.

Однако вследствие требований высокой скорости вращения и очень малых зазоров между вращающимися и неподвижными элементами насоса, а также относительно невысокой быстроты откачки, такие конструкции не выпускались в промышленных масштабах.

Ситуация изменилась в связи с идеей турбомолекулярного насоса, впервые описанной Баккером в 1958 г. Этот насос по своей конструкции напоминает многоступенчатый компрессор или паровую турбину (рис. 3.6, а). Его статор и ротор снабжены лопатками, установленными под определенными углами.

Этот насос удовлетворительно функционирует при миллиметровых зазорах между лопатками статора и ротора, что позволяет назначать нежесткие допуски на его изготовление и сборку.

Хотя молекулы газа движутся по окружности, в соответствии с направлением движения лопаток, откачка, в отличие от молекулярного насоса, происходит вдоль оси.

Принцип действия тур-бомолекулярного насоса проиллюстрирован на рис. 3.6, б.

Рассматривая усредненный поток молекул газа, движущихся в направлении вращающихся лопаток, можно видеть, что их средние относительные скорости будут составлять с направлением вращения довольно острый угол и они будут ударяться о кромку лопатки, как показано на рисунке.

В предположении диффузного механизма рассеяния отраженных частиц молекулы, отраженные в пределах угла ?1, будут возвращаться в область 1, тогда как все молекулы, отраженные в пределах угла ?3, будут попадать в область 2.

Молекулы, отразившиеся в пределах угла ?2, могут оказаться как по ту, так и по другую сторону лопаток.

В аналогичных ситуациях оказываются и молекулы, сталкивающиеся с лопаткой со стороны 2. Вероятность того, что молекулы перейдут с одной стороны лопатки ротора на другую, зависит от соотношения углов, и, как видно из рисунка, вероятность переноса молекул в область 2 намного выше вероятности обратного процесса.

Механизм переноса молекул был исследован с помощью метода Монте-Карло. Оказалось, что зависящая от скорости вращения лопатки и угла ее установки вероятность переноса молекулы из области 1 в область 2 примерно в 10—40 раз больше, чем в обратном направлении.

Однако суммарный поток газа вдоль оси ротора зависит не только от рассмотренных вероятностей, но также от перепада давлений на лопатках. Конструкция, рассчитанная на максимальную быстроту откачки, обычно характеризуется низкой степенью сжатия, и наоборот. Таким образом, приходится идти на компромисс между степенью сжатия и быстротой откачки.

Поскольку молекула, отраженная лопаткой, приобретает тангенциальную составляющую скорости в направлении движения ротора, она будет ударяться о лопатку статора под углом отражения.

Но поскольку лопатки статора расположены под противоположным углом по отношению к лопаткам ротора, поток молекул газа будет ускоряться вдоль оси насоса.

В реальных конструкциях используются несколько пар ротор — статор; каждая пара образует одну откачивающую ступень.

В современных насосах этого типа довольно часто несколько откачивающих ступеней на входе конструируют из расчета достижения максимальной быстроты откачки, тогда как остальные, расположенные на выходе насоса, конструируют из расчета достижения высоких степеней сжатия. Конструкция турбомолекулярного насоса, описанного Беккером и выпускаемого фирмой Arthur Pfeiffer GmbH, имеет две откачивающие секции, расположенные симметрично относительно входа (рис. 3.7).

Скорость вращения ротора зависит от размеров насоса и обычно составляет около 10 000 об/мин. Такая высокая скорость вращения создает значительные нагрузки в подшипниках, которые в связи с этим следует эффективно смазывать потоком масла и одновременно охлаждать водой.

На турбомолекулярных насосах были получены почти такие же скорости откачки, как и у диффузионных насосов таких же размеров. Насосы, изготовляемые фирмой Pfeiffer, обеспечивают быстроту откачки в диапазоне 250— 15 000 м3ч-1 при степени сжатия 109 по азоту и 103 по водороду.

Поскольку для достижения свободномолекулярных условий течения турбомолекулярные насосы откачиваются ротационными или сорбционными насосами, возможно достижение в вакуумной системе степени разрежения ниже 10-8 Па. В системе остаются в основном легкие газы, такие, как водород.

Поскольку максимальная степень сжатия соответствует тяжелым молекулам, пары масла из подшипников не попадают в систему, так что турбомолекулярные насосы позволяют получать вакуум, в котором отсутствуют следы углеводородов и нет необходимости использовать отражатели и ловушки, охлаждаемые жидким азотом. Однако необходимо отметить, что когда насос находится в нерабочем состоянии (не вращается), пары масла из подшипников могут попадать в вакуумную систему, поэтому должны быть приняты соответствующие меры предосторожности.

Последние конструкции турбомолекулярных насосов рассчитаны по теории Кругера и Шапиро. В этих насосах усовершенствованы лопатки, что позволило повысить их эффективность по сравнению с базовой конструкцией Беккера.

Увеличение скорости вращения ротора до 42 ООО об/мин при помощи электродвигателей постоянного тока с электронным управлением позволило Остерстрему и Шапиро разработать конструкцию, обладающую десятикратной быстротой откачки (при небольшом уменьшении степени сжатия) и в два раза меньшим числом откачивающих секций по сравнению с базовой моделью такого же размера.

Миргелем предложена альтернативная конструкция, в которой ротор вращается вокруг вертикальной оси, а поток газа движется в одном направлении (в отличие от конструкции Беккера, где входящий газ разделяется на два потока, рис. 3.7). По сравнению с горизонтально расположенным ротором такой насос, выпускаемый фирмой Leybold-Heraues, обладает более компактной конструкцией (рис. 3.8).

Одно из преимуществ этого насоса заключается в отсутствии неравномерности нагрузок на подшипники, что могло бы привести к выдавливанию смазывающей жидкости или ее паров из привода и последующему попаданию их в вакуумную установку. Насос имеет следующие характеристики: диаметр 20 см, высота 46 см, скорость вращения статора 24000 об/мин, быстрота откачки 1332 м3*ч-1.

Позже этой же фирмой была выпущена новая модель насоса с подшипниками на магнитной подвеске с целью исключения любой возможности загрязнения вакуума маслом. Подшипники этого типа имеют очень сложную конструкцию и поэтому весьма дорогие.

Некоторые другие фирмы также применяют вертикальное расположение ротора, особенно в небольших низкоскоростных насосах. Однако эта конструкция в отсутствие верхнего подшипника не предохраняет ротор от ударов и вибраций. Фирма Pfeiffer смогла разрешить эту проблему, использовав на вакуумном конце оси магнитную подвеску на основе постоянного магнита.

Хотя турбомолекулярный насос обеспечивает более высокую скорость откачки по сравнению с молекулярным насосом, последний способен достигать большей степени сжатия. Это соображение было использовано фирмой CIT-Alcatel в комбинированном варианте насоса.

Конструкция этого насоса, в котором соединены оба устройства, описана в работе и схематически представлена на рис.3.9. На входе насоса расположен четырехступенчатый турбомолекулярный насос диаметром 20 см.

За ним на той же самой оси размещен молекулярный насос цилиндрического типа.

Высокая степень сжатия позволяет осуществлять откачку до давлений ниже 10-6 Па с выхлопом откачанного газа непосредственно в атмосферу. Однако для достижения условий свободно-молекулярного течения на входе в насос необходимо создать начальный форвакуум 10 Па.В последних конструкциях предусмотрена установка воздушного турбокомпрессора на оси ротора.

Такие турбомолекулярные насосы обеспечивают высокую быстроту откачки, высокий вакуум (до 10-8 Па) и отсутствие загрязняющих следов масла. Рабочая часть насоса обычно может прогреваться до 10O0C или несколько выше; кроме того, при эксплуатации такого насоса не требуется отражателей или ловушек.

Однако эти насосы все же представляют собой прецизионные устройства, работающие при высоких скоростях вращения ротора, поэтому они весьма дороги и требуют регулярного и квалифицированного технического обслуживания.

Особенно это касается проблемы износа подшипников, которые легко подвержены повреждениям от твердых частиц, способных попасть в насос.

Если форвакуум создается ротационным насосом, то следует предусмотреть меры, предотвращающие попадание паров масла, хотя эта проблема для турбомолекулярного насоса не так важна, как в случае диффузионного, ввиду высокой степени сжатия для тяжелых молекул.

В последнее время турбомолекулярные насосы находят все более широкое применение, особенно в электронных микроскопах, где требуется довольно высокая производительность при полном отсутствии загрязнения маслом.

Лекция 4 тема: “МОЛЕКУЛЯРНЫЕ НАСОСЫ”

Конспект лекций “Вакуумная техника”

Преподаватель Конев С.А.

Лекция 4

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.

Вакуумные насосы

Вакуумные насосы получили широкое распространение в самых различных отраслях промышленности и науки. Основное применение вакуумных насосов это удаление воздуха или газа из герметично замкнутого объема и создания в нем разряжения . Мы рассмотрим наиболее распространенные типы, характеристики вакуумных насосов их принцип работы и основные применения.

Классификация насосов по диапазону давления

Вакуумные насосы классифицируются по диапазону рабочих давлений на :

  • первичные (форвакуумные ) насосы,
  • дожимные насосы
  • вторичные насосы.

В каждом диапазоне давлений применяются различные типы вакуумных насосов, отличающихся друг от друга по конструкции. Каждый из этих типов имеет свое преимущество по одному из следующих пунтков: возможный диапазон давления, производительность, цена и периодичность и простота технического обслуживания.

Независимо от конструкции вакуумных насосов, основной принцип работы один и тот же. Вакуумный насос удаляет молекулы воздуха и других газов из вакуумной камеры (или из выходного патрубка вакуумного насоса более высокого давления , при подключении последовательно).

При уменьшении давления в камере, последующее удаление дополнительных молекул становится экспоненциально сложнее . Поэтому промышленные вакуумные системы должный охватывать большой диапазон давлений от 1 до Торр. В научной сфере данный показатель достигает торр или ниже.

Турбомолекулярный насос: Турбомолекулярный насос ТМН, турбомолекулярный насос КУКУ. Ремонт турбомолекулярных насосов

Турбомолекулярный насос представляет собой тип вакуумного насоса, внешне похожий на турбоагрегат, используемый для получения и поддержания высокого вакуума. Эти современные насосы работают по определенному принципу. Например, молекулы газа могут быть заданы импульсом в нужном направлении путем многократного столкновения с движущейся твердой поверхностью. В турбомолекулярном агрегате быстро вращающийся ротор вентилятора «ударяет» молекулы газа от входа насоса к выхлопной трубе, чтобы создать или поддержать вакуум.

Большинство турбомолекулярных насосов оснащены несколькими ступенями, каждая из которых состоит из быстро вращающегося лопасти несущего винта и неподвижной пары лопаток статора. Система работает как компрессор, который перемещает энергию в газ, а не вынимает его. Газ, захваченный верхними ступенями, вталкивается в нижние ступени и последовательно сжимается до уровня давления переднего вакуумного насоса. Когда молекулы газа проникают через впускное отверстие, ротор, который имеет несколько угловых лопаток, попадает в молекулы. Таким образом, механическая энергия лопастей передается молекулам газа. С этим импульсом, молекулы газа входят в газоотводные отверстия в статоре. Это приводит их к следующему этапу, на котором они снова сталкиваются с поверхностью ротора, и этот процесс продолжается.

Из-за относительного движения ротора и статора, молекулы предпочтительно проникают в нижнюю сторону лопастей. Поскольку поверхность лезвия помещена к нижней части, большая часть рассеянных молекул тянется до самого низа.. Лезвие должно быть толстым и стабильным для работы под высоким давлением и как можно более тонким и слегка изогнутым для максимального сжатия. Для высоких коэффициентов сжатия горловина между смежными лопатками ротора максимально направлена ​​в прямом направлении. При высоких скоростях потока лопасти находятся под углом 45 ° и достигают вблизи оси.

Принцип работы турбомолекулярных насосов

Следует отметить, что сжатие каждой ступени составляет около 10. Геометрическая прогрессия свидетельствует о том, что бесконечные этапы могут идеально вписываться в конечную осевую длину. Конечная длина в этом случае — это полная высота корпуса, как подшипники, двигатель и контроллер. Однако, некоторые из кулеров могут быть установлены внутри на оси. В радиальном направлении для захвата как можно большего количества тонкого газа на входе роторы впускной стороны в идеале должны иметь больший радиус и, соответственно, более высокую центробежную силу.Идеальные лезвия будут экспоненциально тоньше по направлению к их кончикам, а углеродные волокна должны усилить действие алюминиевого лезвия. Однако, поскольку средняя скорость лезвия влияет на накачку, тогда этот процесс осуществляется путем увеличения диаметра корня, а не диаметра кончика.

Принцип работы турбомолекулярного насоса тесно связан с частотой вращения ротора. При увеличении числа оборотов лопасти ротора отклоняются под большим наклоном. Для повышения скорости и уменьшения деформации предположительно следует использовать более жесткие материалы и различные конструкции лопаток.

Турбомолекулярные насосы должны работать на очень высоких скоростях. Некоторые турбомолекулярные насосы используют магнитные подшипники для уменьшения трения и загрязнения масла. Поскольку магнитные подшипники и температурные циклы допускают только ограниченный зазор между ротором и статором. В то время как лопасти на ступенях высокого давления несколько дегенерируются в одну спиральную пленку. Ламинарный поток нельзя использовать для перекачивания, так как ламинарные турбины останавливаются, когда они не используются в проектируемом потоке.

Насос можно охладить для улучшения сжатия, но он не должен быть настолько холодным, чтобы конденсировать лед на лопастях. Когда турбонасос останавливается, масло из заднего вакуума может возвращаться через агрегат и при этом загрязнять камеру. Одним из способов предотвратить это является введение ламинарного потока азота через насос. Переход от вакуума к азоту и от работающего до неподвижного турбонасоса должен быть синхронизирован точно, чтобы избежать механических нагрузок на насос и избыточного давления в выхлопе. Для защиты турбонасоса от избыточного противодавления (например, после отключения электропитания или утечки в вакууме) необходимо добавить тонкую мембрану и клапан на выходе.

Ротор стабилизирован во всех шести степенях свободы. Следует отметить, что градус регулируется электродвигателем. Этот уровень должен быть стабилизирован и достигнут электронным путем (или применением диамагнитным материалом, который слишком неустойчив, чтобы использовать в подшипнике прецизионного насоса). Другим способом является построение этого подшипника как оси с шаром на каждом конце. Эти сферы находятся внутри полых статических сфер.

На поверхности каждой сферы представлен изображение в виде шахматной доски, направленное вовнутрь и наружу идущих линий магнитного поля. По мере поворота шахматного рисунка статических сфер ротор вращается в нужном направлении. В этой конструкции никакая ось не стабилизируется из-за того, что другая ось слишком неустойчива, но все оси нейтральны, а электронная регулировка менее нагружена и будет более динамически стабильной. Датчики эффекта могут использоваться для определения вращательного положения, а другие степени свободы могут быть измерены емкостным способом.

Как достигается давление с помощью турбомолекулярного насоса

При атмосферном давлении длина свободного пробега воздуха составляет около 70 нм. Турбомолекулярный насос может работать только в том случае, если молекулы, попавшие в движущиеся лопасти, достигают стационарных лопастей до столкновения с другими молекулами на своем пути. Для достижения этого действия, промежуток между движущимися лезвиями и неподвижными лопастями должен быть меньше или больше длины свободного пробега. С точки зрения практической конструкции допустимый зазор между комплектами лезвий составляет порядка 1 мм, поэтому турбонасос останавливается (без перекачки), если его выпустить непосредственно в атмосферу. Так как длина свободного пробега обратно пропорциональна давлению, турбонасос будет качать, когда давление выхлопа будет достигать меньше, чем около 10 Па (0,10 мбар), где длина свободного пробега составляет около 0,7 мм.

В большинстве турбонасосов в качестве своей последней ступени используется насос молекулярного сопротивления, чтобы увеличить максимальное поддерживающее давление (давление выхлопных газов) до примерно 1-10 мбар. Теоретически, центробежный насос, насос с боковым каналом или регенеративный агрегат можно было бы использовать для непосредственного возврата к атмосферному давлению, но в настоящее время не существует доступного турбонасоса, который выхлопывается непосредственно в атмосферу. В большинстве случаев выхлоп соединен с механическим вспомогательным насосом (обычно называемым червячным насосом), который создает давление, достаточно низкое для эффективной работы турбомолекулярного насоса. Обычно это давление подпора ниже 0,1 мбар и обычно около 0,01 мбар.

Несколько турбомолекулярных насосов в лаборатории или на заводе-изготовителе могут быть соединены трубами с небольшим опорным насосом. В современных условиях многие промышленные предприятия используют данный агрегат, который представлен в интернет-магазине. Стоимость каждого агрегата указана непосредственно на официальном сайте. В разделе каталога можно детально ознакомиться с характеристиками устройства.

Молекулярные и турбомолекулярные насосы

Особенности молекулярной откачки, сущность ее схемы. Анализ конструкции молекулярных и турбомолекулярных насосов, их основное предназначение. Характеристика схемы турбомолекулярных насосов, ее достоинства: высокая площадь входного сечения, быстрый запуск.

Рубрика Производство и технологии
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 20.06.2012
Размер файла 748,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Молекулярные и турбомолекулярные насосы

насос молекулярный откачка турбомолекулярный

Принцип молекулярной откачки заключается в удалении газа из вакуумной системы с помощью движущихся поверхностей. Существует две схемы молекулярной откачки.

Первая представляет собой откачку через канал, одна из стенок которого совершает относительное перемещение с определенной скоростью параллельно оси канала. Молекулы газа, находящиеся в канале, соударяются с движущейся поверхностью и, получая приращение количества движения в направлении насоса предварительного разрежения. При этом создается перепад давлений: p2>p1.

Рис. 1. Схема молекулярной откачки при одинаковых направлениях движения пластины и газового потока.

Максимальная быстрота действия, которая может быть получена в такой схеме, пропорциональна скорости стенки vp:

где Fk — площадь поперечного сечения канала, г — коэффициент, учитывающий соотношения движущейся и неподвижной частей периметра канала.

Принимая число соударений молекул с движущимися и неподвижными поверхностями одинаковыми, определяем долю молекул, непрерывно получающих приращение скорости:

где fн и fд — движущаяся и неподвижная части периметра поперечного сечения канала.

Дифференциальное уравнение течения газа через канал постоянного поперечного сечения в установившемся режиме (Q=const) можно записать в виде разности прямого и обратного потоков:

где C = Uk*lk, Uk — проводимость канала с неподвижными сторонами, lk — длина канала.

При l = lk в конце канала давление

Учитывая, что Q = p1*Sн, из последнего выражения быстроты получим:

Из этой формулы следует линейная зависимость между быстротой действия и коэффициентом компрессии p2/p1, показанная на рис. 2. При равенстве давлений p1=p2 быстрота действия максимальна: Sн = Smax, а при Sн=0 и p1=pпр имеет место наибольший коэффициент компрессии

В связи с тем, что проводимость каналов Uk при молекулярном режиме течения пропорциональна , максимальный коэффициент компрессии возрастает с увеличением молекулярной массы и снижением температуры газа.

Зависимость Kmax и Smax от стороны канала a при a=b, vp = 200м/с, l = 1м показана на рис. 3.

Данная схема молекулярной откачки удобна для получения больших коэффициентов компрессии при малых быстротах откачки.

При увеличении молекулярной массы откачиваемого газа Kmax возрастает, а Smax остается без изменения. Таким образом, насос более эффективно откачивает тяжелые газы.

Вторая схема молекулярной откачки (рис. 4) использует для удаления газа зависимость проводимости наклонного канала, движущегося перпендикулярно газовому потоку со скоростью vp от направления течения газа. Примем, что пластину с наклонным каналом с обеих сторон бомбардируют нормально по отношению к поверхности пластины потоки молекул газа q1 и q2. Остановив пластину и сложив вектор относительной скорости молекул vp с векторами тепловых скоростей молекул, получим измененное направление движения молекул. Поток q1 при tgб = vар/vp входит по оси канала, а поток q2 — перпендикулярно оси. Это приводит к тому, что проводимости канала для этих потоков различны. Приближенно можно принять, что для потока q1 канал имеет форму трубы, а для потока q2 — форму трубы с поворотом на 90?.

Для установившегося режима течения газа

где U12 и U21 — проводимости канала для потоков q1 и q2 соответственно. Значение указанных проводимостей можно определить только справочными данными о проводимостях прямых труб и труб с коленом или непосредственным математическим моделированием данной задачи методом Монте-Карло. На рис. 5 в безразмерной форме приведены результаты определения вероятности прохождения канала молекулами газа, полученные математическим моделированием для каналов с соотношением сторон a/b=1.

Из последней формулы следует выражение для быстроты действия

Зависимость быстроты действия насоса от коэффициента компрессии аналогична такой же зависимости для первой схемы.

Максимальная быстрота действия при p2/p1 = 1 составляет

Здесь P12 и P21 — вероятности перехода молекул через канал в прямом и обратном направлениях, пропорциональные соответствующем проводимостям.

Наибольший коэффициент компрессии наблюдается при Sн=0. Если p1 = pпр, а p2 = pв, то Kmax = pвпр.

Величина pвпр для одной ступени невелика, поэтому данная схема более удобна для получения больших быстрот действия. Повышение коэффициента компрессии достигается последовательным соединением нескольких ступеней откачки.

Быстрота откачки насоса слабо зависит от молекулярной массы (рис. 6), особенно в рабочих режимах. Зависимость Kmax и Smax от размера канала а показана на рис. 7.

Конструкции молекулярных насосов

Молекулярные насосы с одинаковым направлением движения газа и стенки канала имеют много конструктивных разновидностей, часть из которых показана на рис. 8. Насос (рис. 8) имеет в статоре 3 набор цилиндрических канавок 4, входные и выходные отверстия в которых разделены перегородкой 1. Ротор 2 вращается с большой частотой так, что его линейная скорость близка к тепловой скорости молекул.

Спиральный паз на поверхности статора 2 и цилиндрическая поверхность ротора 3 образуют рабочий канал (схема на рис. 8б). Спиральные канавки на торцевых поверхностях статора 1, отстоящие на минимальном расстоянии от вращающегося диска 2, используются для молекулярной откачки в схеме рис. 8в. Через зазор между статором и ротором происходит возврат газа из камеры сжатия в камеру всасывания, что ухудшает реальные характеристики насосов. Нормальная работа таких насосов возможна при зазоре между ротором и статором не превышающем 0.1 мм.

Практическое применение такие насосы нашли в качестве ступеней высокого давления при совместной работе с насосами, имеющими взаимно перпендикулярное перемещение газа и рабочих поверхностей, а также при откачке газов с большой молекулярной массой.

Проникновение паров масел, применяемых для смазки подшипниковых узлов, в откачиваемый объект во время работы насоса очень мало, но сильно возрастает при остановке насоса.

Быстрота действия насосов прямо пропорциональна частоте вращения ротора, которая в современных насосах может достигать 10 — 40 тыс. оборотов в минуту. Максимальная быстрота действия обычно не превышает 100 л/с из-за малого поперечного сечения каналов. Предельное давление 10-5 Па при коэффициентах компрессии 105 — 106.

Конструкции турбомолекулярных насосов

Молекулярные насосы с взаимно перпендикулярным движением рабочих поверхностей и потока откачиваемого газа получили широкое распространение. Конструкция турбомолекулярного насоса, использующая этот принцип, во многом определяется расположением вала ротора: горизонтальным или вертикальным, устройством и формой рабочих органов: цилиндровые, конусные, дисковые с радиальным потоком, дисковые с осевым потоком, барабанные. Для обеспечения работоспособности турбомолекулярного насоса необходимо обеспечить на выходе из его последней ступени молекулярный режим течения газа любым насосом предварительного разрежения (форвакуумным насосом) с выхлопом в атмосферу.

Большое влияние на характеристики насоса оказывает конструкция опорных узлов: на смазываемых подшипниках качения, на магнитных опорах или газовой подушке.

Схемы насосов с горизонтальным и вертикальным расположением вала ротора показаны на рис. 9. В корпусе 2 установлены неподвижные статорные колеса 4, между которыми вращаются колеса 3, закрепленные на роторе. Роторные колеса выполняются в виде дисков с прорезями. В статорных колесах имеются зеркально расположенные прорези такой же формы. Для удобства монтажа статорные колеса разрезаются по диаметру.

При горизонтальном положении ротора движение газа в насосе после входа во всасывающий патрубок разветвляется на два потока, которые соединяются в выхлопном патрубке.

Скорость откачки определяется наружным диаметром роторных ступеней, длиной лопаток, их количеством, углом наклона лопаток первых ступеней, скоростью вращения. При высоком давлении на входе в турбомолекулярном насосе, его быстрота действия зависит и от скорости откачки форвакуумного насоса. Когда давление газа на входе в турбомолекулярном насосе возрастает, то увеличивается его трение в ступенях проточной части турбомолекулярного насоса и мощность, потребляемая электродвигателем, особенно при снижении скорости вращения ротора от трения газа. Это вызывает увеличение нагрева проточной части турбомолекулярного насоса, подшипниковых узлов вращения, снижение скорости откачки и может привести к аварии. Поэтому, при повышении температуры узлов вращения ротора выше определённой величины происходит отключение питания электродвигателя турбомолекулярного насоса с помощью температурного датчика, установленного вблизи одного из узлов вращения ротора. Так происходит ограничение времени откачки максимального потока газа на входе в таких насосах.

В связи с малыми коэффициентами компрессии каждой ступени в турбомолекулярном насосе можно увеличить рабочие зазоры. При диаметре рабочих колес 200 мм осевой (между колесами) в радиальный (между корпусом и роторным колесом или ротором и статорным колесом) зазоры могут составлять 1 — 1.2 мм, что позволяет значительно повысить надежность их работы. Увеличение зазоров, снижая коэффициент компрессии насоса, слабо влияет на его быстроту действия.

Быстрота откачки турбомолекулярных насосов слабо зависит от рода газа. Предельное давление насосов 10 -7 -10 -8 Па. С увеличением молекулярной массы коэффициент компрессии растет за счет уменьшения перетечек через зазоры и увеличения отношения линейной скорости ротора к тепловой скорости молекул vp/vap. Наибольшее выпускное давление таких насосов для воздуха 1 — 10 Па.

К достоинствам турбомолекулярного насоса относятся:

1. высокая площадь входного сечения;

2. достаточно широкий диапазон рабочих давлений 10 -6 -10 Па;

3. быстрый запуск насоса в течение 5-10 мин;

4. практически безмасляный спектр остаточных газов при напуске во время запуска и остановки насоса сухого азота.

Недостатком насоса является наличие высокоскоростного ротора со смазываемыми быстро изнашивающимися подшипниками или сложными системами подвеса.

Применяются две основные системы подвески: магнитный подвес и керамические подшипники. Необслуживаемые керамические подшипники используются вместо обычных стальных подшипников. Шарики подшипника, выполненные из нитрида кремния, легче, тверже и обладают более высокой однородностью по сравнению со стальными аналогами. При их использовании увеличивается ресурс и снижается уровень вибраций.

Повышение надежности достигается использованием разных материалов в паре шарик-канавка, предотвращающих образование поверхностных раковин. Использование магнитного подвеса еще более повышает надежность всей системы. Часто в насосах применяется гибридная схема подвеса. На входе насоса со стороны высокого вакуума используются магнитные опоры, а на выходе керамические подшипники с масляной или консистентной смазкой.

Список использованной литературы

1. «Вакуумная техника», Л.Н. Розанов, М.: Высшая школа, 2004

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Насосы — гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкостей. Принцип действия насосов. Центробежные насосы. Объемные насосы. Монтаж вертикальных насосов. Испытания насосов. Применение насосов различных конструкций. Лопастные насосы.

реферат [305,4 K], добавлен 15.09.2008

Описание рабочего процесса объёмных насосов, их виды и характеристики, устройство и принцип действия, достоинства и недостатки. Конструктивные особенности и область применения насосов различных конструкций. Техника безопасности при их эксплуатации.

реферат [909,2 K], добавлен 11.05.2011

Назначение погружных центробежных электронасосов, анализ конструкции и установки. Сущность отечественных и зарубежных погружных центробежных насосов. Анализ насосов фирм ODI и Centrilift. Электроцентробежные насосы ЭЦНА 5 — 45 «Анаконда», расчет мощности.

курсовая работа [513,1 K], добавлен 30.04.2012

Выбор и описание схемы вакуумной системы. Выбор насосов и определение конструктивных параметров трубопроводов. Расчет времени предварительного разряжения и откачки пушки до рабочего вакуума. Графическая проверка совместимости работы вакуумных насосов.

курсовая работа [161,7 K], добавлен 18.01.2015

Принцип работы поршневого насоса, его устройство и назначение. Технические характеристики насосов типа Д, 1Д, 2Д. Недостатки ротационных насосов. Конструкция химических однопоточных центробежных насосов со спиральным корпусом. Особенности осевых насосов.

контрольная работа [4,1 M], добавлен 20.10.2011

Подбор и регулирование центробежных насосов водоснабжения с водонапорной башней при экономичном режиме работы насосной станции. Исследование параллельного и последовательного включений одинаковых насосов и определение оптимальной схемы их соединения.

контрольная работа [86,7 K], добавлен 20.02.2011

Устройство скважинных насосов различных типов, область использования, минимальное заглубление. Особенности эксплуатации скважинных насосных установок. Электродвигатели, применяемые для трансмиссионных насосов. Сводный график их напорных характеристик.

реферат [1,6 M], добавлен 13.12.2013

Конструктивные особенности, области применения, технические и технологические параметры радиально-поршневых и аксиально-поршневых роторных насосов, их достоинства и недостатки. Схема конструкции и принцип работы аксиально-плунжерной гидромашины.

реферат [318,3 K], добавлен 07.11.2011

Конструкция и основные параметры центробежных насосов. Характеристика насосной установки. Величины, характеризующие рабочий процесс объемных насосов. Гидроцилиндры одностороннего и двухстороннего действия. Полезная и потребляемая мощность гидромоторов.

презентация [788,6 K], добавлен 21.10.2013

Понятие и классификация гидравлических машин, их разновидности и функциональные особенности. Общая характеристика и свойства насосов, параметры и факторы, которые на них влияют. Основное уравнение турбомашин. Характеристики центробежного насоса.

презентация [491,3 K], добавлен 14.10.2013

Каждый электрик должен знать:  Подключение дополнительной фазы к трехфазной сети
Добавить комментарий