Высоковакуумные насосы
Впервые вакуумная откачка струей пара была произведена полтора века назад Робертом Бузеном. С тех пор пароструйные агрегаты занимают свою нишу в вакуумной технике. Пароструйные насосы работают в диапазоне низкого (эжекторные) среднего (бустерные) и высокого (диффузионные) вакуума. Рабочее давление 5•10-2—5•10-5 Па, скорость откачки от 340 л/сек до 130 000 л/сек. Рабочей жидкостью может быть вода, ртуть, масло.
Высоковакуумные диффузионные насосы бывают парортутные и паромасляные. Ртуть в настоящее время используется крайне редко, в основном рабочей жидкостью паромасляного высоковакуумного агрегата являются масла минеральные или синтетические и специально созданные для диффузионных средств откачки сложные эфиры.
Честные
цены
Прямые поставки
от производителей
Складские
запасы
Всегда в наличие
ходовые модели
Бесплатная доставка
Отгрузка в течении
24 часов
Помощь
в подборе
По параметрам,
аналоги
Сферы и области применения высоковакуумных насосов
Высокий вакуум условный термин, но с ясным смыслом — это такой уровень вакуума когда пролет молекулы (иона, электрона) из начальной точки в конечную происходит без столкновения с молекулами остаточного газа. Т.е. частицы внутри установки летят по прямой от источника к приемнику (если нет электрического и магнитного полей). При малых и очень малых дистанциях пролёта рабочее давление остаточных газов может быть больше. Но в целом диапазон высокого вакуума это 10-3—10-7 мБар.
Соответственно все высоковакуумные средства откачки на своем входном патрубке в рабочих условиях имеют молекулярный режим течения газа: длина свободного пробега молекул газа больше размера установки.
Необходимость высоковакуумных средств откачки поэтому понятна в областях их применения:
- производство электронно-лучевых приборов, фотоэлементов, рентгеновских трубок,
- в ускорителях заряженных частиц,
- в электронных микроскопах,
- в масс-спектрометрах,
- в установках вакуумной сварки электронным лучом,
- в технологических установках вакуумного напыления покрытий, вакуумного испарения,
- в установках молекулярной дистилляции тяжелых органических молекул из жидкой фазы в вакууме,
- в имитаторах космического пространства.
В других устройствах, где движение частиц должно быть свободным, без столкновений с молекулами остаточного газа или в особо чистых условиях.
Так же высоковакуумные средства откачки применяются для начального вакуумирования сверхвысоковакуумных установок.
Категории высоковакуумных насосов
- Вращательные
- Поршневые
- Жидкостно-кольцевые
- Вращательные
Принцип действия высоковакуумных насосов
В условиях высокого вакуума молекулы остаточного газа движутся хаотически, практически не сталкиваются между собой.
Примерно половина из них движется в сторону откачки. Задача высоковакуумного насоса захватить поток этих молекул и не дать им вернуться в откачиваемый объем. В зависимости от насоса эта задача реализуется тем или иным способом.
Высоковакуумные диффузионные насосы
Требования к рабочей жидкости паромасляного средства откачки:
- низкое давление насыщенного пара при нормальных условиях,
- высокое давление пара при рабочей температуре,
- однородность состава,
- термическую устойчивость,
- отсутствие химической активности,
- низкую удельную теплоту парообразования,
- низкую склонность к растворению газов.
Рабочая жидкость нагревается в нижней части корпуса и пар по специальной многоярусной сопловой системе подается к входному патрубку насоса. Кольцевые сопла сложной формы, расположенные в несколько ярусов друг над другом, создают поток паров масла на охлаждаемую стенку в виде образующей конус поверхности. На охлаждаемых стенках корпуса масло конденсируется и стекает по стенке вниз обратно к нагревателю. Так формируется многоярусный рабочий поток пара.
Молекула остаточного газа влетает в этот поток пара, диффундирует в струю, увлекается ей вниз. Так молекула получает нужное направление движения и не может вылететь обратно в откачиваемый объем. Для работы насоса необходим форвакуум на выхлопном патрубке. При давлении газа на выходе в несколько десятков бар — паровая струя срывается. Для получения предельного остаточного давления на выходе высоковакуумного диффузионного насоса ставят бустерный насос.
Достоинства диффузионных насосов: высоковакуумное средство откачки с низкой ценой, простое в обслуживании, надежное, долговечное.
Недостатки: это масляное средство откачки, оно потребует на входном патрубке масляной ловушки и вакуумного затвора.
Высоковакуумные турбомолекулярные насосы
Рабочее давление: от 1•10-4 до 5•10-8 Па, скорость откачки: от 25 до 3200 л/сек. В 1958 году был разработан высоковакуумный насос по схеме осевого компрессора. Теперь турбомолекулярные насосы — основное средство получения высокого вакуума в промышленных и научных установках. Прогресс в технологии разработки и изготовления сложных узлов и механизмов в последнее время привел к существенному снижению стоимости и резкому повышению качества этих средств откачки. Магнитная подвеска, прецизионная обработка деталей произвела переворот в этой отрасли.
Схема работы ТМН очевидна и проста, сложна техническая реализация.
Внутри корпуса расположены два соосных пакета пластин с наклонными друг к другу поверхностями и минимальными расстояниями друг от друга. Один пакет неподвижен, другой быстро вращается. Скорость взаимного движения пакетов сравнима со скоростью молекул. Такая вращающаяся система обеспечивает преимущественное прохождение молекул в сторону откачки и препятствует обратному движению молекул в сторону рабочего объёма. А поскольку это не одна пара пластин, а именно пакет из множества таких пар — эффективность откачки ТМН исключительно велика.
Турбомолекулярный насос требует на выходе форвакуумное средство откачки. Если между ТМН и фор-насосом поставить бустерный насос Рутса — предельный вакуум улучшится на порядок. ТМН отзывчив к вакууму на выходном патрубке.
Достоинства турбомолекулярных средств откачки: нет масла, не нужен затвор на входе, быстрый выход на рабочий режим, не нужен байпас предварительной откачки.
Недостатки турбомолекулярных средств откачки: сложная конструкция требующая квалифицированного ухода (не часто).
Другие высоковакуумные средства откачки
Существует класс высоковакуумных средств откачки основанных на поглощении газов. У них нет выхлопного патрубка, они требуют предварительной откачки объема, потому что имеют конечную величину количества поглощенного газа. Это адсорбционные и криогенные насосы. После насыщения они требуют обезгаживания. Такие агрегаты - средство откачки циклического действия и они часто ставятся парами, работая по очереди. Так же есть класс насосов геттерного типа: геттерно-ионные и магниторазрядные, они также поглощают газ внутренней поверхностью, но имеют систему обновления геттера (напыления нового слоя). Регулярно их требуется греть и производить обезгаживание. Данные средства откачки почти не применяются в промышленных установках, но используются в специализированных лабораторных и научно-исследовательских задачах.