В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Молекулярные насосы
Получение вакуума - Насосы для высокого вакуума
Оглавление
Молекулярные насосы
Страница 2
Страница 3
Все страницы


Молекулярные насосы основаны на явлении увлечения газа в результате соударений его молекул с быстро вращающимся ротором. Если в разреженном газе разместить быстро движущуюся поверхность, то молекулы газа после удара об эту поверхность приобретут дополнительную скорость в направлении движения поверхности.

При таких условиях в пространстве над движущейся поверхностью молекулы передвигаются в сторону ее движения, создавая разность давлений рв — рА, пропорциональную длине l, на которой молекулы соприкасаются с движущейся поверхностью, вязкости газа μ, скорости движения поверхности w и обратно пропорциональную квадрату расстояния h между подвижной и неподвижной поверхностями:

Эта формула справедлива только для высокого вакуума. Молекулярные насосы требуют предварительного вакуума порядка сотых долей мм рт. ст., необходимого для образования достаточно большой по сравнению с h длины свободного пробега.

Достижимое предельное давление зависит от величины предварительного вакуума и конструкции насоса. Большим достоинством насоса является отсутствие устройств для улавливания паров рабочей жидкости.

Молекулярные насосы начинают работать сразу после пуска и не боятся попадания атмосферного воздуха внутрь насоса.

Впервые молекулярный насос был предложен в 1913 г. (рис. 342, а), но несмотря на создаваемое им предельное давление —10-7 мм рт. ст. до 1956 г. он не получил широкого распространения из-за небольших скоростей откачки и необходимости чрезвычайно малого зазора между ротором и статором. В 1956 г. был разработан турбовидный молекулярный насос (рис. 342, г), в котором зазор между ротором и статором составлял 1 мм, а скорости откачки резко возросли. С этого времени в некоторых странах начали интенсивно работать над усовершенствованием конструкций турбовидных молекулярных насосов и над объяснением механизма их действия.

Как теоретически, так и практически подтвердилась возможность снятия ограничений в производительности этих насосов с сохранением всех их преимуществ. Основные преимущества турбомолекулярных насосов: отсутствие нагретых элементов; эффективная откачка всех без исключения газов; отсутствие в среде остаточного газа компонентов с молекулярной массой более 44 при работе без охлаждаемых ловушек; сохранение максимальной скорости откачки при давлениях 10"3 —10-9 мм рт. ст.; быстрый выход на рабочий режим.


Подобные насосы выпускаются фирмой Пфейфер (ФРГ) со скоростями откачки от 70 до 4200 л/с и предельным давлением порядка 10-10 мм рт. ст.(насосы TVP). В этих насосах, как уже говорилось, зазор между ротором и статором увеличен в десятки раз по сравнению с классическими молекулярными насосами, что резко повысило их надежность.

Насос TVP-500 имеет 78 чередующихся дисков ротора и статора с лопатками. Зазор между дисками около 1 мм. Диски образуют два пакета, и откачка газа производится двумя параллельными потоками. При частоте вращения ротора 16 ООО об/мин достигается скорость откачки воздуха около 140 л/с при поперечном сечении корпуса 250 см2.



Отечественные турбомолекулярные насосы выпускаются двух типов: насосы TBH (рис. 343) и TMH (рис. 344, 345). Насосы работают последовательно с форвакуумными, создающими давление до 5. 10-3 мм рт. ст. (табл. 66). В статорных и роторных дисках выполнены радиальные косые пазы. Пазы статорных дисков расположены зеркально по отношению к пазам роторных дисков. Роторные и статорные диски и втулка ротора изготовлены из алюминиевого сплава. Корпус насоса и детали, расположенные в полости разрежения, изготовляют из коррозионностойкой стали. Характеристики насосов приведены на рис. 346.

 

 

 

Компания СОЖЭВ (Франция) производит турбомолекулярный насосный агрегат, состоящий из турбомолекулярного насоса (650 л/с), диффузионного масляного насоса (100 л/с) и форвакуумного пластинчато-роторного(30 м3/ч). Предельное давление, создаваемое этим агрегатом, ниже 10-10 мм рт. ст.

 

В новых конструкциях турбомолекулярных насосов передняя статорная решетка заменена тонкими профилями, что дает значительный эффект (рис. 347).

На рис. 348 показан турбомолекулярный агрегат ТВА-200 отечественного производства. Турбомолекулярный высоковакуумный агрегат ТВА-500М состоит из насоса ТВН-500М (модернизированного), форвакуумного насоса ВН-20-2, магнитного клапана MK с Ду-50 мм и пульта управления.

 

Таблица 66

Основные характеристики турбомолекулярных насосов

Параметры

Значения параметров для насосов

TBH-200

TBH-500

TMH-200

Предельное давление,создаваемое

насосом, в мм рт. ст.

 

5* 10-9

 

 

5* 10-9

 

 

1 * 10-9

 

Скорость откачки воздуха при давлениях 5-10-3—5 -10-6 мм рт. ст. в л/

200

 

500

 

250

Мощность электродвигателя

в кВт

 

0,4

 

0,8

 

0,3

Рекомендуемый

форвакуумный насоc

ВН-2МГ или BH*10-2

 

 

 

Техническая характеристика агрегата ТВА-500М

Предельный вакуум, измеренный во входном патрубке, в мм рт. ст.............. (1—2)*10-9

Скорость откачки воздуха при 20° С и давлениях 1*10-4 — 1•10-8 мм рт. ст. (не менее) в л/с 50

Частота вращения в об/мин ..... 12 000

Мощность в кВт .......... 2,5

Расход воды в л/ч . . .120

Габаритные размеры в мм 1010x 820x 940 Масса в кг .......500

 


Рабочая область давлений турбомолекулярных насосов от 2•1O-10 до 10-5 мм рт. ст. В начале откачки турбомолекулярный насос оказывает некоторое изменяющееся сопротивление потоку, обеспечиваемому форвакуумный насосом, и лишь после достаточного снижения давления и уменьшения потока получает возможность создавать разрежение.

Поэтому недостаточная производительность форвакуумного насоса или большое сопротивление форвакуумной коммуникации могут привести к тому,что турбомолекулярный насос не достигнет максимальной расчетной скорости откачки, особенно по откачке легких газов, по которым насос имеет более крутой спад характеристики скорости откачки с увеличением степени сжатия.

Беляев в своих работах показал, что действие турбомолекулярного насоса можно рассматривать как динамически регулируемое сопротивление.

Иначе говоря, газ откачивается здесь в результате меняющегося сопротивления проходного сечения каналов диска при работе насоса. Поэтому и отпадает необходимость в создании весьма малого зазора.

 

 

 

Рис. 346. Кривые скорости откачки некоторых промышленных турбомолекулярных насосов

 

 

 

Была экспериментально определена зависимость скорости откачки и коэффициента сжатия от угла установки передней грани лопатки и от степени сужения канала. Опыты показали, что наиболее выгодны диски с тонкими лопатками, закрученными по высоте пропорционально радиусу диска с увеличением угла установки передней грани лопатки.

Такие диски имеет насос TBH-1000, скорость откачки которого в 2 раза больше, чем у насоса TVP-2000 (ФРГ),хотя габаритные размеры их одинаковы.



Основным остаточным газом на входе в насос является водород, который определяет предельное давление насоса.

 

 

Поэтому в отличие от насосов, рассчитываемых лишь на откачку воздуха, при проектировании турбомолекулярного насоса необходим дополнительный расчет на откачку самого легкого газа — водорода.

 

 

Рис. 349. Зависимость скорости откачки промышленных турбомолекулярных насосов от молекулярной массы откачиваемого газа (по Беляеву)

 

 

 

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   

 

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 95 гостей на сайте

Нов боков адс адаптивный

=
Рейтинг@Mail.ru