Відмінності між версіями «Молекулярний насос»
Рядок 28: Рядок 28:
 
'''Принцип роботи'''
 
'''Принцип роботи'''
  
−
[[Файл:ТМН(принципова схема).jpg|300px|thumb|left|Рис.2. Принципова схема ТМН]]
+
Принцип дії турбомолекулярного насоса заснований на повідомленні молекулам розрідженого газу спрямованої додаткової швидкості швидко рухомою твердою поверхнею.[[Файл:ТМН(принципова схема).jpg|300px|thumb|left|Рис.2. Принципова схема ТМН]]
−
Принцип дії турбомолекулярного насоса заснований на повідомленні молекулам розрідженого газу спрямованої додаткової швидкості швидко рухомою твердою поверхнею.
 
 
На Рис.2. представлена принципова схема турбомолекулярного насоса. Робочий механізм насоса утворений роторними 3 і статорними 2 дисками, що мають радіальні косі пази- канали, бічні стінки яких нахилені відносно площини диска під кутом 40-150; причому пази статорів дисків розташовані дзеркально щодо пазів роторних дисків. Між статорними дисками і валом ротора і між роторними дисками і корпусом насоса є зазори. При молекулярному режимі течії газу в насосі, тобто при тисках нижче 1-10-1 Па, така система рухомих і нерухомих пазів забезпечує переважне проходження молекул газу в напрямку відкачування.
 
На Рис.2. представлена принципова схема турбомолекулярного насоса. Робочий механізм насоса утворений роторними 3 і статорними 2 дисками, що мають радіальні косі пази- канали, бічні стінки яких нахилені відносно площини диска під кутом 40-150; причому пази статорів дисків розташовані дзеркально щодо пазів роторних дисків. Між статорними дисками і валом ротора і між роторними дисками і корпусом насоса є зазори. При молекулярному режимі течії газу в насосі, тобто при тисках нижче 1-10-1 Па, така система рухомих і нерухомих пазів забезпечує переважне проходження молекул газу в напрямку відкачування.
  

Версія за 21:58, 1 червня 2016

Рис.1. Молекулярний насос

Молекулярний насос - вакуумний насос, вражаюча дія якого заснована на повідомленні молекулам відкачуваного газу додаткової швидкості при зіткненні їх з швидко обертовим (частота обертання до 90 тис. Об / хв) ротором. Розрізняють молекулярні насоси циліндричні, дискові, конічні і ін. Залишковий тиск від 10 до 10-9 Па.

Принцип роботи

Молекулярні насоси з однаковим напрямком руху газу і стінки каналу мають багато конструктивних різновидів. Насос (рис. 1) має в статорі 3 набір циліндричних канавок 4, вхідні і вихідні отвори в яких розділені перегородкою 1. Ротор 2 обертається з великою частотою так, що його лінійна швидкість близька до теплової швидкості молекул.

Спіральний паз на поверхні статора 2 і циліндрична поверхня ротора 3 утворюють робочий канал (схема на рис. 1б). Спіральні канавки на торцевих поверхнях статора 1, віддалені на мінімальній відстані від диска, що обертається 2, використовуються для молекулярної відкачки в схемі рис. 1в. Через зазор між статором і ротором відбувається повернення газу з камери стискання в камеру всмоктування, що погіршує реальні характеристики насосів. Нормальна робота таких насосів можлива при зазорі між ротором і статором не перевищує 0.1 мм.

Молекулярні насоси із взаємно перпендикулярним рухом робочих поверхонь і потоку відкачуваного газу набули широкого поширення. Конструкція турбомолекулярного насоса, що використовує цей принцип, багато в чому визначається розташуванням вала ротора: горизонтальним або вертикальним, пристроєм і формою робочих органів: циліндрові, конусні, дискові з радіальним потоком, дискові з осьовим потоком, барабанні. Великий вплив на характеристики насоса надає конструкція опорних вузлів: на змащуваних підшипниках кочення, на магнітних опорах або газової подушці.

Переваги і недоліки молекулярних насосів

Переваги:

  • Для початку роботи насоси вимагають мало часу. У міру досягнення передбаченого числа обертів вони вже працюють з повною продуктивністю.
  • Пари масла не повинні сходити до складу залишкових газів.
  • Насоси нечутливі до прориву повітря.
  • Властивість цих насосів швидше відкачувати важкі гази, що в ряді випадків має велике значення.

Недоліки:

  • У більшості конструкцій зазори в цих насосах не повинні перевищувати кілька сотих міліметра. Така точність значно здорожує насос.
  • Наявність рухомих деталей призводить до зносу насосів.
  • Насоси чутливі до забруднень і від попадання в них металевих або скляних частинок приходять в непридатність.
  • Досягаються значення швидкості дії значно нижче, ніж у дифузійних насосів[1].
  • Робота молекулярних насосів пов'язана зі значним шумом.
Турбомолекулярний насос в розрізі

Турбомолекулярний насос

Турбомолекулярний насос(ТМН) - один з видів вакуумних насосів, що служить для створення і підтримки високого вакууму. Дія турбомолекулярного насоса засновано на повідомленні молекулам відкачуваного газу додаткової швидкості в напрямку відкачування обертовим ротором. Ротор складається з системи дисків. Вакуум, що створюється Турбомолекулярний насосом, - від 10 -2 Па до 10-8 Па (10-10 мбар; 7.5 -11 мм рт ст). Швидкість обертання ротора - десятки тисяч обертів на хвилину. Для роботи вимагає застосування форвакуумного насоса.

Принцип роботи

Принцип дії турбомолекулярного насоса заснований на повідомленні молекулам розрідженого газу спрямованої додаткової швидкості швидко рухомою твердою поверхнею.
Рис.2. Принципова схема ТМН

На Рис.2. представлена принципова схема турбомолекулярного насоса. Робочий механізм насоса утворений роторними 3 і статорними 2 дисками, що мають радіальні косі пази- канали, бічні стінки яких нахилені відносно площини диска під кутом 40-150; причому пази статорів дисків розташовані дзеркально щодо пазів роторних дисків. Між статорними дисками і валом ротора і між роторними дисками і корпусом насоса є зазори. При молекулярному режимі течії газу в насосі, тобто при тисках нижче 1-10-1 Па, така система рухомих і нерухомих пазів забезпечує переважне проходження молекул газу в напрямку відкачування.

Дійсно, молекула газу, що пройшла через статорний паз, потрапивши в паз роторного диска, має велику ймовірність пройти через нього, тому що бокова стінка 1 роторного паза йде зі шляху молекули, а стінка 2 не може її наздогнати, в той час як така ж молекула, підходяща до роторного диска праворуч, тобто проти напрямку відкачування, яка увійшла в паз, буде з великою ймовірністю відбита стінкою 2 роторного паза і відображена назад в напрямку відкачування. Молекули, відбиті роторним диском, крім теплової швидкості, набувають додаткову швидкість. Ця швидкість дорівнює окружній швидкості роторного диска і спрямована паралельно осі насоса. Завдяки відповідному куту нахилу бічних стінок статорного паза тут також забезпечується переважне проходження молекул в напрямку відкачування. Ефективність насоса зростає з ростом окружної швидкості Vокр ротора і зі зменшенням найбільш вірогідної швидкості молекул Vв. Розрахунки показують, що максимальна швидкість дії досягається при куті нахилу пазів близько 300. З іншого боку для отримання досить високого ступеня стиснення в одному щаблі (від 3 до 5) кут нахилу паза повинен бути не більше 200. Тому в сучасних насосах високо вакуумні ступені виконуються з кутом нахилу 350, а решта 200. Турбомолекулярні насоси мають дуже високий коефіцієнт стиснення для важких газів, то під час роботи ці насоси є надійним бар'єром проти проникнення важких молекул масла з форвакуумної порожнини насоса.

Конструкції і характеристики

Схеми турбомолекулярних насосів: а) - з горизонтальним валом; б) - з вертикальним валом

Турбомолекулярні насоси виконуються:

  • з горизонтально розташованим;
  • з вертикально розташованим ротором.

Ротор ТМН може мати такі опори:

  • підшипникові;
  • на магнітному підвісі;
  • на газодинамічних опорах.

Переваги турбомолекулярних насосів

  • швидкий запуск;
  • мала селективність при відкачці різних газів;
  • відсутність парів масла і продуктів його розкладання з залишкової атмосфері;
  • можливість отримання надвисокого вакууму без використання пасток на вході;
  • механізм насоса не пошкоджується при проривах атмосферного повітря.

Практичні вказівки по експлуатації

Неприпустима тривала витримка зупиненого ТМН під форвакуумним тиском (нижче 10 Па), тому що при цьому пари масла можуть проникнути з боку форвакуума через роторний механізм на сторону високого вакууму. Зупинений ТМН повинен бути заповнений висушеним повітрям або азотом до атмосферного тиску через кран, наявний в форвакуумного патрубку насоса. Невелика кількість парів масла, що потрапило на вхід ТМН, зазвичай легко видаляється прогрівом корпусу в області впускного патрубка до 100-120 °C при працюючому ТМН. Велику небезпеку для роботи насоса представляє попадання в нього твердих частинок. При наявності такої небезпеки у вхідному патрубку насоса повинна бути встановлена ​​металева сітка з розмірами осередку 1х1 мм.

Історія

Турбомолекулярний насос (ТМН) було винайдено і запатентовано у 1957 році В. Беккером (W. Becker)[3] з компанії «Pfeiffer Vacuum», на базі відомих типів конструкцій молекулярних насосів авторства В. Геде (W. Gaede) від 1913, Гольвека (Holweck) від 1923 та Зігбана (Siegbahn) від 1927 року. За своєю конструкцією насос Беккера був схожий на багатоступінчастий компресор. Основною частиною таких насосів, що отримали згодом назву турбомолекулярних, є рухомі (роторні) диски й нерухомі (статорні) диски. В дисках було виконано косі прорізи, при цьому профілі прорізів статорних дисків були дзеркальним відбиттям роторних прорізів. Насос, описаний Беккером у 1961 році, мав ротор діаметром 600 мм, що обертався зі швидкістю 6000 об/хв. ТМН є ефективним в області високого й надвисокого вакууму. ТМН Беккера мав швидкість відкачування по повітрю 4250 л/с.

Література

  • Robert M. Besançon, ed. (1990). "Vacuum Techniques". The Encyclopedia of Physics (3rd ed.). Van Nostrand Reinhold, New York. pp. 1278–1284. ISBN 0-442-00522-9.
  • Пауэр Б. Д. Высоковакуумные откачные устройства. M.: Энергия, 1969. — 527 с.

Посилання

Отримано з https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=Молекулярний_насос&oldid=22084