Турбомолекулярный насос принцип работы

Что такое турбомолекулярный вакуумный насос, применение

Ничем не заполненное пространство, называется вакуумом. Оно имеется в космосе, производится в испытательных лабораториях и в промышленности. Чтобы воссоздать вакуум прибегают к использованию специального оборудования, создающего низкий, средний, высокий и сверхвысокий вакуум, в зависимости от нужных параметров. Добиться этого можно при помощи конструкции, именуемой как турбомолекулярный насос (ТМН).

Турбомолекулярный насос, является компрессором, работающим исключительно с набором определённых параметров давления на выходе и входе, то есть давление не должно пересекать определённый уровень. Для этого используют дополнительный насос, поддерживающий выходное давление, чтобы основное устройство приступило к работе.

В процессе работы турбомолекулярного и вспомогательного насоса, сжимающиеся газы проходят несколько состояний:

  • Газообразное.
  • Вязкое.
  • Молекулярное.
  • Промежуточное.

Турбомолекулярный насос (ТМН) по конструкции и принципу действия напоминает диффузионный насос, быстро преобразовывающий газовые среды в вакуумные. Из-за взаимодействия газов с высокоскоростными поверхностями, среды двигаются внутри ТМН в нужном направлении. Турбомолекулярные насосы работают по принципу кинетических вакуумизирующих устройств.

Конструктивные особенности турбомолекулярного насоса:

  • Основной элемент ТМН – ротор, вращающийся внутри корпуса. Изготовлен, в виде турбины с лопатками и дисками.
  • При работе ротор взаимодействует со статором.
  • Основной элемент изготовлен из алюминиевого сплава, улучшающего износоустойчивость и прочность алюминия, что гарантирует долгий срок эксплуатации насоса.
  • На поверхности ротора сформированы своеобразные спиральные канавки, обеспечивающие качество перекачки. Их форма и размер изменяются от выхода к входу, чтобы обеспечить многоуровневое сжатие газообразных сред (например, азота до 10 -9 ).

Однако стоит отметить, что эффективность перекачивания сред снижается при увеличении веса молекул у перекачиваемого сырья.

Сравнительно со старыми моделями турбомолекулярных насосов (ТМН), новые обладают большей износоустойчивостью, поскольку в них встроены подшипники с шариками из керамики, а не из металла, из-за чего они легче (весом), не создают внутреннего напряжения под влиянием центробежных сил и снижают нагрузку на функционирующее устройство. Они меньше подвергаются коррозии, чем и улучшают эксплуатационные характеристики насосов. Кроме того, такие подшипники твёрже и меньше поддаются разрушению при контакте поверхностей

Принцип работы турбомолекулярного насоса

Турбомолекулярный насос (ТМН) изготовлен вполне просто, поскольку представляет собой округлый вращающийся диск с лопастями. При вращении вторых, оказывается влияние на газовые молекулы, переносящиеся в механическую энергию. Далее они проходят из входного патрубка, сквозь статорные канавки. В процессе газы сжимаются и продвигаются к нагнетательному отверстию, откуда выходят при помощи подкачивающего устройства.

Следовательно, в процессе работы ТМН, газы проходят следующие этапы:

  • Поступление газов в рабочий отсек ТМН происходит через всасывающий патрубок.
  • Сжатие газовых сред выполняется, путём их прохождения сквозь несколько турбомолекулярных ступеней.
  • Выход осуществляется при помощи подкачивающего насоса.

Данного типа устройства способны вакуумизировать газовые среды, даже при интенсивных нагрузках до 50Па. Основной элемент конструкции – ротор, способен работать со скоростью – 24 000-90 000 оборотов в минуту и включаться от различного питания, включая генератор. В зависимости от бренда, вакуумизирующий турбомолекулярный насос может иметь различные геометрические формы и исполнение, в виде горизонтальной или вертикальной конструкции.

Особенности монтажа турбомолекулярного насоса (ТМН)

При установке горизонтальных устройств, требуется направлять выходной фланец к низу, во избежание сбора конденсатов (паров) из форвакуумного трубопровода, расположенного в районе подшипника. Это позволит избежать повреждения подшипника и продлить эксплуатационный срок турбомолекулярного насоса.

Преимущества турбомолекулярных насосов (при правильном монтаже конструкции):

  • Осуществление сверхвысокого безмасляного вакуума.
  • Обширный рабочий диапазон давления.
  • Возможность обработки коррозийных и инертных газов в больших объёмах.

Кроме этого устройство не вызывает трудностей во время ремонта и обслуживания, быстро запускается и хорошо перекачивает, даже тяжёлые газы.

Какие могут возникнуть трудности при эксплуатации турбомолекулярного насоса:

  • Состояние смазки подшипников нужно контролировать, иначе они выйдут из строя.
  • Дисбаланс между статором и роторными лопастями, могут спровоцировать преждевременную изнашиваемость подшипников.
  • Резкие скачки атмосферного давления опасны для турбомолекулярного насоса, поскольку они повреждают целостность лопастей, что приводит в поломке ТМН.

Выполнять смазку подшипников вручную очень сложно, поэтому рекомендуется отдавать устройство в сервисный центр.

Турбомолекулярный насос в аппаратах МРТ

Благодаря применению вакуумного оборудования появилось множество предприятий, изготавливающих продукты и, добывающих полезные ископаемые.

Также благодаря турбомолекулярным насосам стало возможно:

  • Ускорение частиц.
  • Изготовление полупроводников.
  • Космическая промышленность.
  • Термоядерный синтез.
  • Высококачественная медицина.

Современные устройства для обследования человека встроены внутрь устройств МРТ, КТ, поскольку без масс-спектрометра, в состав которого входит турбомолекулярный насос, тщательная диагностика невозможна.

Благодаря масс-спектрометру с турбомолекулярным насосом можно:

  • Идентифицировать биомолекулы.
  • Исследовать их, и выявить отклонения в человеческом здоровье.

Особенности покупки турбомолекулярного насоса

Прежде чем покупать турбомолекулярный насос, стоит убедиться, что этот бренд сможет выполнять нужный вам объём работ. Для этого ознакомьтесь с документами производителя и оцените производительность выбранного устройства. Также обратите внимание на подлинность ТМН. Это позволит избежать покупки подделки, что отразиться на эксплуатационном качестве и сроке службы изделия.

Купить ТМН в Москве можно несколькими способами:

  • Через интернет.
  • В специализированных магазинах.

Второй вариант надёжней, поскольку магазин предоставит качественное оборудование, предъявит советующие документы (по требованию потребителя) и гарантийный срок. Также при поломке (по истечению гарантии), вы сможете воспользоваться тех. обслуживанием. Благодаря этому можно устранить поломки турбомолекулярного насоса, а не приобретать новый, на чём вы можете сэкономить.

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.

Турбомолекулярный насос в зависимости от конструктивного исполнения может быть:

  • Двухпоточным.
  • Однопоточным.
  • С лопатками.
  • 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.
  3. 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 насос можно 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.

  • Их используют во всевозможных технологических процессах.
  • Обеспечения функционирования установок и оборудования, где наблюдается необходимость создания и поддержания вакуума высокого значения.
  • Также турбомолекулярный насос применяется в аналитических приборах, к примеру, в многокамерных масс-спектрометрах.
  • 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.
  • Напылении материалов.
  • При испарении, покрытии и травлении разнообразных материалов.
  • Химическом осаждении.
  • В создании ускорителей частиц.
  • При вакуумировании электронных ламп.
  • В случае необходимости имитации космического пространства.
  • Изготовление вакуумных печей.
  • Для создания устройств поиска протечек.
  • Создания сверхвысоковакуумного оборудования.
  • В производстве электронных приборов и так далее.

Турбомолекулярный насос принцип работы

Турбомолекулярный насос представляет собой кинетический вакуумный насос, работающий по принципу турбины.

Турбомолекулярный насос

Вакуумный турбомолекулярный насос работает исключительно в паре со вспомогательным насосом, который обеспечивает необходимое выходное давление. Без определенных показателей турбомолекулярное оборудование не запустится.

Отличительными чертами турбомолекулярного насоса выделяют высокую производительность, надежность в процессе эксплуатации и высокую стоимость. Цена турбомолекулярного насоса обусловлена качеством материала конструкции и особенностями строения деталей. Установка специализируется на перекачке газов с большой скоростью. Основные детали конструкции оборудования – ротор, подшипники и статор. Характеристики составляющих турбомолекулярного насоса:

  1. Ротор представляет собой металлическую деталь, имеющую форму цилиндра.
  2. Статор сделан из прочного материала, отличается герметичностью для обеспечения вращения ротора внутри.
  3. Подшипники производят из высокопрочного материала – нитрида силикона. Они обеспечивают высокую устойчивость к износу, а также бесперебойное функционирование оборудования.

Турбомолекулярные насосы востребованы в узкоспециализированных направлениях. Оборудование применяется для нанесения напыления покрытий, толщина пленки которых очень мала, полупроводниковые механизмы и датчики, определяющие утечку вещества, производятся при действии вакуума, создаваемого насосом. К достоинствам турбомолекулярного насоса относят:

  • отсутствие масла в рабочем объеме;
  • нагнетание сверхглубокого вакуума;
  • перекачка крупного объема газов;
  • возможность работы с агрессивными и инертными газами;
  • рабочее давление колеблется в широком диапазоне;
  • устойчивы к резким скачкам показателей давления;
  • быстро запускаются;
  • легкое обслуживание;
  • быстрая и качественная перекачка тяжелых газов.

Для стабильной и бесперебойной работы оборудования необходимо своевременно производить смену смазывающего материала, также рекомендуется следить за состоянием подшипников. Замену комплектующих частей делают специалисты, которые знают особенности и настройки оборудования.

Принцип работы турбомолекулярных насосов

Принцип работы турбомолекулярного насоса заключается во вращении диска с лопастями внутри рабочего объема. Молекулы газа, поступающие в установку через входной патрубок, ускоряются лопастями при движении по специальным канавкам. Затем происходит сжатие газа и его вывод через выходное отверстие под воздействием дополнительного подкачивающего насоса.

Стоит отметить, что в рабочем объеме находятся лопасти 2-х типов:

  • подвижные;
  • неподвижные.

Они расположены на разных уровнях. Подвижные лопасти передают импульсы молекулам поступающего газа, направляя их в сторону стенок установки. На поверхности молекулы скапливаются, а их термическая скорость увеличивается за счет движения лопастей. Турбомолекулярный насос может быть в 2-х вариантах исполнения: горизонтально направленный и вертикально направленный. Скорость производительности и действия, а также степень сжатия напрямую зависят от скорости, с которой вращается ротор, и от его геометрических особенностей. Фланец оборудования должен быть направлен вниз для предотвращения скопления возле подшипника конденсата рабочей жидкости (масло или вода из форвакуумного трубопровода).

Турбомолекулярный насос ТМН

Турбомолекулярный насос ТМН – насос вращательного типа. Широко используется в различных отраслях промышленности: авиационная, электронная, электротехническая, атомная и другие. ТМН получили распространение благодаря способности не загрязнять рабочую камеру парами углеводорода, максимально ускоряться при работе с легкими газами, создавая в рабочем объеме различную степень сжатия. Распространенная модель – турбомолекулярный насос ТМН-500. Установка отличается высокой эффективностью, скоростью накачивания требуемого вакуума. При этом процесс не зависит от перекачиваемого объема и от качества газа.

Насос выделяется особенностью уравновешивания опоры без вспомогательной балансировки. Это способствует тому, что пользователь может самостоятельно заменить подшипники, а также оба вида лопаток. Существует возможность интенсивного прогрева и продолжительной интенсивной работы.

Турбомолекулярный насос КУКУ

Турбомолекулярный насос КУКУ – универсальная установка безмасляного типа. Отличается гибридной ступенью и необслуживаемыми подшипниками из керамики. Оборудование обеспечивает непрерывную откачку газа без потери трудоспособности.

Смазка используемых подшипников в установке твердая, поэтому насос может устанавливаться в любом удобном положении. Ротор турбомолекулярного насоса производится из цельной заготовки. Это обеспечивает высокую устойчивость к деформациям и отсутствие вибрации во время откачки. Купить турбомолекулярный насос можно у официальных представителей иностранной компании – производителя. Цена оборудования при всех достоинствах конструкции и производительности является доступной.

Ремонт турбомолекулярных насосов

Турбомолекулярные насосы отличаются строгими показателями настроек, которые неопытный пользователь может сбить при попытке самостоятельно отремонтировать оборудование. В случае поломки обязательно следует обращаться к специалистам, которые сделают качественную диагностику установки и произведут замену вышедшей из строя детали. Сервисные центры специализируются на гарантийном и постгарантийном обслуживании установок. Стоимость ремонта зависит от типа поломки и сложности ее устранения. Зачастую на проведенный ремонт выдается долгосрочная гарантия. Также стоит отметить, что цена ремонта представляет собой определенный процент от полной стоимости турбомолекулярного насоса.

Турбомолекулярные насосы – особенности и принципы работы данных агрегатов, самые популярные типы турбомолекулярных насосов

Турбомолекулярные насосы достаточно редко встречаются на современных промышленных предприятиях, так они используются для создания высокого и сверхвысокого вакуума, достичь которого достаточно сложно и затратно. Тем не менее, с каждым годом всё больше отечественных предприятий покупают установки для создания сверхвысокого вакуума.

Особенности турбомолекулярных насосов

Чаще всего, установки для создания глубокого вакуума встречаются в различных лабораториях, или высокотехнологичном производстве сложных микросхем и процессоров. Принцип работы турбомолекулярных насосов проходит по следующему сценарию:

  1. Изначально молекулам откачиваемого газа посылаются некие сигналы;
  2. Далее молекулы вместе с дисками переносятся на скоростной ротор. Ротор расположен в зазоре между дисками;
  3. Потом в дело вступают огромные скорости, которые обеспечивают дальнейшую работу турбомолекулярного насоса.

При покупке турбомолекулярного насоса следует знать, что его работа не возможна без форвакуумного насоса, который является обязательным дополнением в системе создания сверхвакуума. Если попробовать запустить турбомолекулярный насос без форвакуумного агрегата, он просто не будет функционировать. Для того чтобы выбрать «правильный» турбомолекулярный насос, нужно обращать внимание на его скорость откачки. Чем она выше, тем выше будет производительность данного устройства.

При этом нужно отдавать себе отчёт, соответствует ли мощность устройства задачам, которые будут на него возложены. Не стоит переплачивать, приобретая слишком мощные модели турбомолекулярных насосов. Если он будет задействован менее чем на 80% своей мощности, это будет лишней тратой денег.

Скорость откачки турбомолекулярного насоса напрямую зависит от наружного диаметра ступеней ротора. При этом выбирая качественный турбомолекулярный насос, не стоит экономить на форвакуумном агрегате. Производительность турбомолекулярного насоса напрямую зависит от эффективности работы форвакуумного агрегата. Если давление на входе будет увеличиваться, то для нормального функционирования турбомолекулярного насоса потребуется увеличенное в несколько раз количество электроэнергии. В свою очередь это приведёт к высокому нагреву агрегата.

При этом нельзя допустить, чтобы скорость откачки снизилась. В этом случае в устройстве турбомолекулярного агрегата может произойти серьёзный сбой, который в состоянии вывести устройство из строя. Чтобы исключить подобные неприятные происшествия, многие производители турбовакуумных насосов изначально оборудуют свои устройства системой аварийного отключения питания, которая срабатывает в случае выхода вращения ротора за определённые границы.

Все без исключения насосы, которые предназначены для создания сверхвакуума, имеют в своей конструкции контроллеры. Его задачей является регулировка частоты вращения ротора и поддержания её на необходимом уровне. Кроме контроллера, схема устройства турбовакуумного насоса включает в себя ещё множество элементов:

  1. Вал;
  2. Рабочие диски;
  3. Корпус агрегата;
  4. Статорные диски, которые крепятся непосредственно к корпусу устройства;
  5. Ротор.

Учитывая цену на турбовакуумные насосы, к его выбору нужно относиться достаточно вдумчиво. Покупать такие агрегаты лучше в Москве. Опытный персонал нашей компании ответит на все интересующие вас вопросы, касающиеся турбовакуумных насосов и прочего вакуумного оборудования.

Принципы работы турбомолекулярных насосов и их преимущества

Турбомолекулярные агрегаты работают за счёт совокупности элементов работы осевого компрессора и увлечения молекул. За счёт особенностей конструкции, удаётся получить скорость на выходе около 430 м/с. В результате средние показатели скоростей вращения турбомолекулярного насоса варьируются в диапазоне 10 000-60 000 оборотов в минуту. Насосы турбомолекулярные имеют целый ряд преимуществ перед другими устройствами для создания сверхвакуума:

  1. Устройство можно запустить за короткий промежуток времени. Не стоит только забывать, что турбомолекулярный насос работает только в связке с форвакуумным агрегатом;
  2. Высокая степень сжатия;
  3. Можно поддерживать рабочее давление в широчайшем диапазоне. Этого достаточно для решения большинства задач, которые ставятся перед оборудованием подобного типа;
  4. Уровень работоспособности не понижается в результате резких перепадов давления.

Исходя из вышеперечисленного, можно сделать вывод, что турбомолекулярные насосы являются мощными и высокопроизводительными агрегатами, которые могут применяться в различных сферах, где требуется создание сверхвакуума.

Особенности турбомолекулярных вакуумных насосов ТМН

Турбомолекулярные насосы ТМН являются высокопроизводительными устройствами, которые позволяют создавать средний, высокий и даже сверхвысокий вакуум. Благодаря подобным характеристикам, агрегаты ТМН могут применяться в различных сферах промышленности, науки и так далее.

Лучше всего производительность турбомолекулярных насосов ТМН проявляется в молекулярном режиме, для создания которого они собственно и предназначены. Хотя насосы ТМН могут работать без форвакуумного насоса, в таком случае они не смогут выполнять целый ряд важных функций и процессов. Поэтому системы для создания сверхвакуума в обязательном порядке снабжаются форвакуумными насосами, которые устанавливаются на выходе. Именно в такой связке турбомолекулярные насосы ТМН проявляют свои возможности в полной мере.

Практика использования турбовакуумных насосов показывает, что их высокая цена обусловлена высоким качеством сборки и надёжностью данных устройств. Насосы способны работать в любых условиях. Проанализировав статистику выхода из строя турбомолекулярных насосов, можно сделать вывод, что в большинстве случаев их поломки связаны с неправильной эксплуатацией данного оборудования.

В любом случае, в большинстве случаев, турбовакуумные насосы можно починить, причём стоимость починки не настолько велика, как это бывает у других устройств для создания сверхвакуума.

Турбомолекулярные насосы

Принцип действия. Основные характеристики. Турбомолекулярные вакуумные насосы нашли довольно широкое распространение как в лабораторной практике, так и в промышленном производстве. По сравнению со многими другими сверхвысоковакуумными насосами им присущ ряд преимуществ: постоянная готовность к работе, быстрый запуск (10—15 мин), нечувствительность к резкому повышению давления (вплоть до атмосферного), широкий диапазон рабочих давлений (10

7 — КН Па), примерно одинаковая быстрота действия по большинству газов, чрезвычайно высокая степень сжатия (10 15 ) для газов с боль* шой молекулярной массой (Af^44). Последнее обеспечивает давление углеводородов на входе турбомолекуляр-

ного насоса не более 10

13 мм рт. ст.), т. е. практически безмасляный вакуум, при давлении на форвакууме 1 —13 Па (7-10” 3 —0,1 мм рт. ст.), соответствующем остаточному давлению большинства насосов с масляным уплотнением.

лем 6 вал вращается со скоростью более 10 000 об/мин. На опорные подшипники маслонасо-сом (на рисунке не показан) подается смазка. Откачиваемая среда поступает в среднюю часть насоса через впускной патрубок 7. К выпускному патрубку 8 присоединяется форвакуумный насос.

Как показано на рис. 2-16, пазы статорных дисков зеркально отображают пазы роторных дисков. При молекулярном режиме течения молекулы откачиваемого газа, прошедшие через паз статорного диска слева или отразившиеся от него и попавшие в паз роторного диска, имеют большую вероятность пройти через него, так как боковая стенка 1 паза роторного диска уходит с пути молекул, а стенка 2 в подавляющем большинстве случаев не на

Схема устройства турбомолекулярного насоса приведена на рис. 2-15. В корпусе 1 размещены статорные диски 2. В центре цилиндрической части насоса в опорных подшипниках 3 расположен вал 4 с закрепленными на нем роторными дисками 5. Статорные и роторные диски, в которых выполнены радиальные косые (под углом 15—40° к плоскости диска) пазы, образуют рабочий механизм насоса. Встроенным электродвигатегоняет их. В тех редких случаях, когда стенка 2 нагоняет часть молекул, большинство из них после соударения приобретает результирующее направление дальнейшего движения в направлении откачки, на рисунке слева направо. Напротив, молекулы, вошедшие в паз роторного диска справа, против направления откачки, с большой вероятностью отражаются им обратно

Отношение вероятностей пролета молекул любого газа в прямом и обратном направлениях характеризуется степенью сжатия данного газа насосом. Легкие газы, тепловая скорость молекул которых больше, легче проникают через насос Для них быстрота действия больше, а степень сжатия меньше. Степень сжатия существующих насосов составляет 10 2 —10 s по водороду, 10 7 —10 12 по азоту, больше или равна 10 15 по углеводородам и возрастает с увеличением частоты вращения ротора. Увеличение угла наклона паза ведет к снижению степени сжатия и увеличению быстроты действия.

Турбомолекулярный насос может начинать откачку с давления 10 2 Па (4 мм рт. ст.), но при этом быстрота действия его будет мала, а потребляемая мощность велика в результате тормозящего действия газа; к тому же в насосе будет выделяться заметное количество тепла. Рабочий диапазон впускных давлений тур-бомолекулярного насоса—1S 7 —1 Па (10

9 —10 -2 мм рт. ст.).

Основными характеристиками турбомолекулярного насоса являются быстрота действия, предельное остаточное давление и наибольшее выпускнЬе давление. При высоких выпускных давлениях (10—100 Па) в условиях молекулярно-вязкостного режима течения газа быстрота действия насоса и степень сжатия газа много ниже номинальных. По мере понижения выпускного давления быстрота действия насоса возрастает. Когда выпускное давление снижается до 1-10 1 Па (—5-Ю -2 мм рт. ст.) и ротор турбомолекулярного насоса достигает номинальной частоты вращения, быстрота действия насоса при впускных давлениях выше предельного остаточного практически не зависит от впускного давления.

На рис. 2-17 изображены графики быстроты действия нескольких турбомолекулярных насосов в зависимости от впускного давления. В широком диапазоне давлений (КН—10

6 Па) быстрота действия постоянна. При давлении ниже 10 -6 Па (10

8 мм рт. ст.) заметнее становится перетекание водорода и других легких газов со стороны форвакуума в откачиваемый сосуд, их парциальное давление приобретает большую относительную величину, что вызывает уменьшение быстроты действия насоса. Остаточное давление легких газов и паров воды в основном и определяет предельное остаточное давление турбомолекулярных насосов, составляющее у небольших насосов 10“ 8 —10

9 мм рт. ст.), у крупных — до 10“ 9 Па (10 -11 мм рт. ст.).

Эксплуатация и обслуживание. Турбомолекулярный насос устанавливают на фундамент или массивное основание. Между турбомолекулярным и форвакуумным насосами обязательна постановка сильфонного компенсатора. Между турбомолекулярным насосом и откачиваемым сосудом сильфонный компенсатор не нужен, так

как насос не вибрирует. Быстрота действия форвакуумного насоса — механического вакуумного насоса с масляным уплотнением — в 20—50 раз меньше быстроты действия турбомолекулярного насоса, что обеспечивает соответствие их производительности при наибольших впускных давлениях турбомолекулярного насоса.

На основе небольших турбомолекулярных насосов с быстротой действия до 500 л/с выпускаются агрегаты, вакуумная схема которых показана на рис. 2-18. Как видно из рисунка, в агрегате отсутствуют затвор, обычно» помещаемый между высоковакуумным насосом и откачиваемым сосудом, и байпасная линия. Очевидно, поэтому турбомолекулярный насос часто присоединяют непосредственно к откачиваемому сосуду без затвора, что к тому же позволяет достичь максимальной быстроты откачки рабочей камеры установки. Однако такая схема не может быть рекомендована для промышленных установок. Чтобы упростить эксплуатацию турбомолеку-лярного насоса и повысить эффективность его использования, полезно дополнить вакуумную схему агрегата (рис. 2-18) дросселирующим клапаном и осушительным патроном с фосфорным ангидридом (позиции 5 и 6, обозначенные пунктиром).

При получении насоса с завода-изготовителя и изъятии его из транспортной тары смоченной в бензине бязью удаляют консервирующую смазку. Насос присоединяют к вакуумной системе, подводят электропитание и воду для охлаждения статорной обмотки электродвигателя и торцевых крышек. Заливают масло в систему смазки опорных подшипников.

Предварительные испытания полученных с завода турбомолекулярных насосов обычно не производят. Насос же, прошедший ремонт, до присоединения к вакуумной системе должен быть проверен на соответствие паспортным характеристикам. Для этого на впускном патрубке насоса устанавливают измерительный колпак и производят необходимые измерения. В лабораторной практике часто ограничиваются измерением остаточного давления.

Перед запуском насоса необходимо убедиться в правильности направления вращения ротора. Для этого допускается кратковременное включение насоса на атмосфере (без включения маслонасоса). При первом включении необходимо убедиться в отсутствии шума при работе насоса, что указывает на правильную балансировку ротора и исправность опорных подшипников, а также о поступлении масла к подшипникам

Запуск насоса осуществляют в следующей последовательности. В исходном положении все клапаны (рис. 2-18) должны быть закрыты. Включают механический насос с масляным уплотнением Подают воду для охлаждения турбомолекулярного насоса. Постепенно открывают клапан 3, производя предварительную откачку полости турбомолекулярного насоса и через него откачиваемого сосуда. Включать турбомолекулярный насос нужно в такой момент, чтобы к моменту разгона ротора до номинальной скорости вращения выпускное давление было не ниже 7—15 Па (5*10 -2 —ЫО -1 мм рт. ст.). За несколько секунд до включения двигателей ротора включают маслонасос.

При первом запуске насоса, а в дальнейшем при загрязнении его конденсирующимися парами полезен прогрев средней части насоса. Для этого среднюю часть насоса от одной торцевой крышки насоса до другой обматывают слоем стеклоткани. По нему на расстоянии не менее 100 мм от торцевых фланцев укладывают нихромовый нагреватель с нанизанными на него керамическими изоляторами. Нагреватель обматывают двумя-тремя слоями стеклоткани. В средней части насоса на его корпусе устанавливают термопару. Нагрев производят при работающем насосе и подаче воды для охлаждения подшипников. Мощность нагревателя подбирается такой, чтобы корпус насоса нагревался до 100—110°С, нс более. Желательно, чтобы одновременно с прогревом насоса прогревалась вся высоковакуумная часть вакуумной системы. Прогрев производится несколько часов, обычно до тех пор, пока в процессе прогрева не начнет понижаться остаточное давление, возросшее при включении нагревателя.

Для выключения насоса необходимо снять напряжение питания электродвигателя. При выключении турбомолекулярного насоса ротор способен по инерции вращаться десятки минут. Для сокращения времени торможения ротора в насос через дросселирующий клапан 5 (рис. 2-18) и осушительный патрон 6 напускают атмосферный воздух, поддерживая форвакуумное давление около 15 Па (0,1 мм рт. ст.). Напуск воздуха в насос необходим не только для торможения ротора, но и для снижения замасливания проточной части насоса и откачиваемого сосуда, так как при этом уменьшается проникновение паров масла из масляного резервуара, находящегося в форвакуумной части насоса. Маслонасос выключают, когда ротор почти остановится. Затем выключают форвакуумный насос /, предварительно закрыв клапан 3, и через клапан 2 в него напускают атмосферный воздух.

Если в момент остановки турбомолекулярного насоса в него не напускают атмосферный воздух, клапан 3 необходимо закрыть сразу после обесточивания электродвигателя. Постепенное повышение давления в насосе будет способствовать торможению ротора.

Откачка выключенного турбомолекулярного насоса форвакуумным насосом ведет к загрязнению турбомолекулярного насоса и откачиваемого сосуда парами масла. Поэтому следует избегать длительной откачки форвакуумным насосом в период пуска и остановки турбомолекулярного насоса.

Незначительные загрязнения турбомолекулярного насоса парами масла могут быть устранены двух-, трехчасовой работой насоса с относительно большой газовой нагрузкой. Для этого открывают клапан 5 (рис. 2-18) настолько, чтобы в выпускном патрубке турбомолекулярного насоса сохранялось давление ЗДО 1 —5ДО 1 Па (0,2—0,4 мм рт. ст.). Более высокие газовые нагрузки приводят к затормаживанию ротора насоса, к его нагреву, в частности электродвигателя, к снижению эффективности удаления углеводородов. Значительные загрязнения устраняют тщательной промывкой всего насоса.

В процессе эксплуатации турбомолекулярных насосов необходимо следить за поступлением масла к подшипникам и отсутствием шумов. Длительная работа подшипников без смазки ведет к ускоренному их износу, а появление шума свидетельствует об их износе. Недопустима длительная работа насоса при высоких (> 1-10 1 Па) впускных давлениях, так как это приводит к выходу из строя электродвигателей.

При разборке и сборке насоса особую осторожность надо соблюдать в обращении с роторными дисками, чтобы не нарушить их геометрию и балансировку ротора. Большую опасность представляет попадание внутрь насоса относительно крупных твердых частиц. Для предотвращения этого во впускном патрубке насоса должна быть установлена металлическая сетка с размерами ячеек 1X1 мм, которая, однако, снижает быстроту действия насоса примерно на 25%.

Периодичность технического обслуживания: пополнение смазки, чистка турбомолекулярного насоса и масло-насоса, замена подшипников и г. д., определяется режимом и условиями работы насоса и устанавливается опытным путем для каждого конкретного производства.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *