Форвакуумный насос и вакуумная система
Главное назначение системы вакуума — снятие показателей высокого вакуума в камере анализатора и в источнике ионов. Форвакуумный насос – ее важная часть.
Насосы в вакуумной системе.Возможность оперативной сборки и разборки отдельных узлов вакуумной системы предоставляет ее внутренняя структура. При этом не происходит нарушений взаимного расположения узлов стойки и многократного прогрева ее до температуры 300-350°С с сохранением герметичности.
Рис 1. Система аналитической части А.Две ступени (предварительного разряжения и высокого вакуума) входят в состав системы.
Форвакуумный насос ФН обеспечивает предварительное разрежение. Через форвакуумный баллон ФБ происходит откачка. Баллон при отключенном ФН предоставляет возможность насосам диффузионным функционировать два часа.
Откачка камеры анализатора на форвакуум допустима без форбаллона через ф-вентиль ВВ5 и вакуумный шлюз ВВ4.
Такой вариант возможен при работающих диффузионных насосах и при давлении в камере анализатора, превосходящем предельное давление на выводе диффузионных насосов.
Проникновение паров масла из форвакуумного насоса в вакуумную систему предотвращает ловушка форвакуумная ЛФВ. Вентиль В34 «форбаллон» изолирует форвакуумный насос от форвакуумного баллона. Вентиль В32 «электрометр» отделяет форвакуумный насос от блока электрического каскада. Для выпуска атмосферного воздуха в систему сконструирован специализированный клапан В31 «атмосфера».
Два диффузионных парортутных насоса ДН обеспечивают высокий вакуум. Максимальное давление, которое могут обеспечить эти насосы, составляет 2+3.10-8 (для этого необходимо использовать высоковакуумные вымораживающие ловушки ВВЛ1 и ВВЛ2 c жидким азотом).
Для откачки источника ионов и части камеры анализатора предназначен первый диффузионный насос. Для откачки оставшейся части камеры анализатора – второй. Описанная система откачки предоставляет возможность увеличить давление анализируемого газа в источнике ионов, при этом не повышается давление в камере анализатора.
Магнитно-ионизационный насос (МИН) применяется в вакуумной системе наравне с диффузионными насосами, что значительно понижает уровень остаточного «фона» в масс-спектрах за счет предотвращения появления в ней паров воды, ртути и масел (которые поступают из форвакуумного и д-насосов).
Понижение уровня «остаточного» фона играет огромную роль при исследовании веществ (например, изотопов свинца и ртути). Вентили ВВ2-3 необходимо закрыть при работе с МИН. С использованием МИН появляются такие возможности, как:
- поддерживание высокого вакуума в стойке аналитической части, которая отключена от электросети,
- протяженная откачка.
Вентиль ВВI отделяет насос МИН от вакуумной системы. ВВI закрывается при исследовании газовых смесей, которые включают анализируемый компонент-гелий, в этом варианте откачку необходимо осуществлять диффузионным насосом.
Высоковакуумные вентили ВВ2-3, которые отделяют высоковакуумные ловушки от камеры анализатора, позволяют напустить в камеру анализатора атмосферный воздух (при этом диффузионные насосы не выключаются и не охлаждаются при замещении источников иона или приемника). Вентиль ВВI необходимо закрыть, когда в камеру поступает воздух.
Когда происходит поступление атмосферного воздуха в зону источника ионов, вакуумный шлюз ВВ4 герметизирует камеру анализатора.
Откачивание блока электрометрического каскада на форвакуум происходит через «электрометр» вентиль В32. Откачивание необходимо для ликвидации влаги, которая значительно портит свойства стекла, применяемого для изоляции лампы электрической.
Вентили запорные или регулирующие — ВН расположены на фланце источника ионов, через которые происходит поступление исследуемого газа в источник ионов.
Промежуточный или вязкостной режим поступления в источник ионов предоставляет регулирующий вентиль, который необходим при исследовании изотопов газа.
Для анализа молекулярного, при котором поступление газа должно происходить в молекулярном режиме, используется запорный вентиль, оснащенный диафрагмой с небольшим отверстием. Также этот вентиль применяется при некоторых исследованиях изотопного состава для обеспечения режима молекулярного поступления образца в источник ионов.
Датчики ЛI и Л2 (термопарные манометры), расположены на тройниках ФН и на форвакуумном баллоне БФ. Эти датчики осуществляют контроль давления в форвакуумной секции вакуумной системы.
Магнитно-ионизационный манометр (предел измерений 1.10-4 — 1.10-8 тор) контролирует верхнее значение вакуума в зонах источников ионов ИИ, приемника ионов ПИ и камеры анализатора КА. В электрическую схему манометра возможно попеременное включение датчиков МИД манометра.
Электрические подогреватели необходимы для вентилей ВВ-I и ВВ2-3, трубки от системы откачки, МИД датчиков.
Вентиль В33 применяют для отсоединения диффузионных насосов от форбаллона во время его прогрева для того, чтобы произошла очистка форвакуумного баллона от загрязнений.
Стекловолокно используется для изоляции в подогревателях электрических узлов и вакуумных коммуникаций в масс-спектрометрах.
Подогреватели такого типа выгодно использовать по сравнению с другими в связи с их экономичным режимом работы и маленькими размерами. Подогреватели, которые по инструкции необходимо наматывать на обогреваемый элемент, можно также подсоединить к малодоступным узлам масс-спектрометра. Если произошел сбой в работе обогревателя, его можно оперативно заменить.
Верхний предел температуры, который допустим при нагревании элементов — 350°С.
Конструкция вакуумной системы быстроразъемная. Вакуумные уплотненные соединения изготовлены с применением металлических прокладок (материал – бескислородная медь). Исключение составляют: блок электрометрического каскада, разные уплотнения форвакуумной части. При температуре 350°С герметичность соединений остается прежней. Она достигается тем, что прокладки подвержены пластической деформации.
Все элементы вакуумной системы были произведены из нержавеющей стали для понижения «фона». При этом внутри все элементы и узлы высоковакуумной части досконально очищены и отшлифованы.
Последние публикации
Разновидности и принцип работы форвакуумных насосов
Форвакуумные насосы нашли применение во многих отраслях, начиная от медицины и, заканчивая промышленностью. Они необходимы, чтобы нагнетать вакуум в систему, и создавать подходящие условия для работы СО-лазеров, термического оборудования, лабораторных вакуумных конструкций. Форвакуумные насосы способны достигать показателей вакуума от 1 до 0,0001 мм. рт. ст. Их широко применяют для усовершенствования работы высоковакуумных насосов и финансовой экономии.
Виды форвакуумных насосов
Несмотря на то, что форвакуумные насосы применяются в различных сферах деятельности, прежде всего, они нужны в промышленности.
Существуют такие виды форвакуумных насосов:
- Спиральные.
- Водокольцевые.
- Винтовые.
- Роторно-пластинчатые.
- Плунжерные (золотниковые).
Эти форвакуумные системы разделяют на масляные, безмасляные. Ранее использовали исключительно первый тип устройств, но сейчас они теряют популярность, поскольку требуют регулярной заправки, а цена на качественное масло – высокая.
Кроме того, масло для форвакуумных насосов должно соответствовать определённым нормам:
- Не окислять детали.
- Хорошо смазывать элементы устройства.
- Сделать вакуумную установку износоустойчивой.
- Предупредить старение деталей.
- Поддерживать пониженное давление при высоких температурах.
Приобретая форвакуумный насос, требуется обращать внимание на стоимость не только самого устройства, но и цену масел. Большинство известных смазок подходят исключительно под конкретный брэнд вакуумных систем, поэтому обслуживание устройства может оказаться дорогостоящим.
Безмасляный форвакуумный насос
Форвакуумный насос, не нуждающийся в смазке — инновационное устройство, не требующее дополнительных вложений, из-за чего стало популярным. Кроме этого, форвакуумный безмасляный насос имеет такие преимущества:
- Охлаждает потоком воздуха.
- Не выбрасывает в воздух продукты, образовывающиеся в результате сгорания масла.
- Внутри не создаётся трение, поэтому форвакуумный насос служит дольше.
Сегодня такие конструкции установлены на производствах, в лабораториях, шлюзовых камерах и пр. Они показывают высокую эффективность в любой сфере деятельности и служат более 10 лет, однако их следует выключать, как можно чаще, поскольку охлаждение циркулирующим воздухом не может сравниться с масляным.
Принцип действия форвакуумного насоса
Принцип работы вакуумных насосов заключается в создании оптимальных рабочих условий для высоковакуумного/средневакуумного насоса и поддержания давления внутри них.
Работа форвакуумного насоса отличается, в зависимости от вида установки:
- Водокольцевая. Внутри водокольцевого насоса расположено колесо, вращающееся во время работы. Пространство вокруг него на 50% заполнено жидкостью. При вращении колеса вода перераспределяется, создавая разреженное пространство (формирующееся в виде серпа), что позволяет устранить газы, сжимая их и выводя в предназначенное для этого окно.
- Роторно-пластинчатый. Насос получил название, благодаря ротору, расположенному внутри установки и смещённому от центра. Вращаясь, ротор подаёт газовоздушную смесь в рабочую камеру системы, а затем пластины формируют серповидное рабочее пространство, сжатие газа и его выведение, сквозь выпускное отверстие.
- Роторно-поршневой. Разделяется на аксиальные и радиальные. В первом случае, установка выполнена в форме барабана, а во втором – звезды. Поршневая система аксиальных устройств размещена параллельно оси вращения ротора. В процессе работы вращающийся ротор создаёт полости, сжимающие и выводящие газообразные смеси.
- Внутри корпуса цилиндрической формы вращается эксцентрик с надетым плунжером. Плунжер скользит по стенкам цилиндрической камеры, перемещая, сжимая и выталкивая газы сквозь выходное отверстие, локализованное под маслом.
- Винтовой. Создание разряженного пространства выполняется, благодаря ротору, похожему на винт. Благодаря выступам винта, по осевой границе ротора формируются канавки, замыкающие пространство. Из-за этого газы способны перемещаться только в 1 направлении. Винтовые форвакуумные установки могут быть различной мощности. Чем больше конструкция, тем больше будет установлено внутри него винтовых роторов.
- Спиральный. Конструкция состоит из 2 спиралей: подвижной и неподвижной. Двигающаяся спираль создаёт витковые серпообразные пространства, направляющие воздух и газы в центр конструкции и выводит их.
Каждый форвакуумный насос имеет свои особенности, но главное, что он долго служит и качественно выполняет поставленные задачи. Прежде чем приобретать такое устройство, оцените объём работ, ведь правильно подобранное оборудование гарантирует годы безупречной работы.
Вакуумный водокольцевой насос Robuschi RVS
Водокольцевые насосы Robuschi RVS. Итальянская компания Robuschi была основана в 40 годах прошлого столетия, специализируется на конструировании и последующем выпуске с конвейера водокольцевых вакуумных компрессоров,…
Проверка насоса на сухой вакуум
Современные центробежные насосы нормального давления повсеместно используются для подачи воды и водных растворов. Агрегатами данного типа комплектуются прицепные и передвижные насосные станции. Системы применяются…
Как выбрать форвакуумный насос в зависимости от скорости откачки
Количество газа или пара, транспортируемое через высоковакуумный насос, также должно обрабатываться форвакуумным насосом. При этом при работе высоковакуумного насоса (диффузионного, турбомолекулярного) никогда, даже на короткое время, не должно превышаться максимально допустимое форвакуумное давление. Если Q — эффективное количество газа или пара, откачиваемое высоковакуумным насосом с эффективной скоростью откачки S eff при давлении на входе p A , это количество газа обязательно должно транспортироваться форвакуумным насосом со скоростью откачки S V при форвакуумном давлении pV.
Для эффективной пропускной способности Q применяется уравнение непрерывности:
(2,41)
Требуемая скорость насоса на насосе вычисляется из:
(2,41a)
Пример как рассчитать скорость насоса
в в случае диффузионного насоса со скоростью откачки 400 л/с эффективная скорость откачки составляет 50 % от значения, указанного в каталоге, при использовании перегородки-оболочки. Макс. допустимое противодавление 2 · 10 -1 мбар. Минимальная скорость откачки, необходимая для форвакуумного насоса, зависит от входного давления p A в соответствии с уравнением 2.41a.
При входном давлении p A = 1 · 10 -2 мбар скорость откачки для высоковакуумного насоса, как указано в каталоге, составляет около 100 л/с, впоследствии 50 % от этого составляет 50 л/с . Следовательно, скорость откачки форвакуумного насоса должна составлять не менее
При входном давлении p А = 1 · 10 -3 мбар насос уже достиг своей номинальной скорости откачки 400 л/с; эффективная скорость откачки теперь S eff = 200 л/с; таким образом, требуемая скорость откачки для форвакуумного насоса составляет
Как выбрать форвакуумный насос на основе диапазонов давления
Если высоковакуумный насос будет использоваться для откачки паров между 10 -3 и 10 -2 мбар, затем форвакуумный насос с номинальной скоростью откачки 12 м 3 /ч, который в любом случае должен иметь скорость откачки 9 м 3 /ч при давлении 2 · 10 -1 мбар.
Если не требуется перекачивать пары, в большинстве случаев подойдет одноступенчатый пластинчато-роторный насос, работающий без газового балласта. Если также необходимо перекачивать (даже незначительные) компоненты пара, в любом случае следует использовать двухступенчатый газобалластный насос в качестве форвакуумного насоса, который обеспечивает – также с газобалластом – требуемую скорость откачки при 2 · 10 -1 мбар.
Если высоковакуумный насос должен использоваться только при давлении на входе ниже 10
Теоретически, в этом случае форвакуумный насос меньшего можно использовать скорость откачки около 1 м 3 /ч. Но на практике следует установить форвакуумный насос большего размера, потому что, особенно при запуске вакуумной системы, в течение коротких периодов времени может выделяться большое количество газа.
Работа высоковакуумного насоса находится под угрозой, если форвакуумный насос не может сразу откачать определенное количество газа. Если кто-то работает постоянно при очень низком давлении на входе, рекомендуется установка балластного объема (форвакуумного или уравнительного бака) между высоковакуумным насосом и форвакуумным насосом. В этом случае форвакуумный насос должен работать только на короткое время. Однако никогда не следует превышать максимально допустимое противодавление.
Размер балластного объема зависит от общего количества газа, которое необходимо прокачать в единицу времени. Если эта скорость очень низкая, эмпирическое правило показывает, что 0,5 л объема балласта позволяют откачивать 1 минуту с изолированным форвакуумным насосом.
Для определения наиболее подходящего размера форвакуумного насоса во многих случаях можно использовать графический метод. В этом случае отправной точкой является характеристика скорости откачки насосов согласно уравнению 2.41.
Характеристика скорости откачки насоса легко выводится из измеренной характеристики скорости откачки (объемного расхода) насоса, как показано для диффузионного насоса с производительностью 6000 л/с (см.
Рис. 2.76 Диаграмма для графического определения подходящего форвакуумного насоса.
а) Скоростная характеристика диффузионного насоса производительностью 6000 л/с
б) Серия кривых производительности двухступенчатых роторно-плунжерных насосов (V.B. = критическое форвакуумное давление)
Следовательно, размер форвакуумного насоса должен быть таким, чтобы эта производительность может быть обеспечена насосом при входном давлении (форвакуумного насоса), равном или предпочтительно ниже максимально допустимого форвакуумного давления диффузионного насоса; то есть 4 · 10 -1 мбар для диффузионного насоса производительностью 6000 л/с.
После учета скоростных характеристик имеющихся в продаже двухступенчатых роторно-плунжерных насосов характеристика производительности для каждого насоса рассчитывается аналогично тому, как это использовалось для нахождения кривой Q для диффузионного насоса на рис. 2.76 а. В результате получается группа Q-кривых под номерами 1 – 4 на рис. 2.76 б, при этом рассматривались 4 двухступенчатых роторно-плунжерных насоса, номинальные частоты вращения которых составляли 200, 100, 50 и 25 м 
Это соответствует двухступенчатому роторно-плунжерному насосу с номинальная скорость откачки 100 м 3 /ч. Таким образом, этот насос является правильным форвакуумным насосом для диффузионного насоса производительностью 6000 л/с в соответствии с предыдущим предположением.
Однако, если процесс перекачки таков, что максимальная производительность 9,5 мбар · л/с маловероятна, конечно, можно использовать форвакуумный насос меньшего размера. Это не требует пояснений, например, из линии б на рис. 2.76 б, которая соответствует максимальной пропускной способности всего 2 мбар л/с. В этом случае будет достаточно двухступенчатого роторно-плунжерного насоса производительностью 25 м3/ч.
Блог и Вики Выбор насоса Генерация вакуума Основы вакуума
Загрузите нашу электронную книгу «Основы вакуумной технологии», чтобы узнать об основах и процессах вакуумного насоса.
- Вакуумные символы
- Глоссарий единиц
- Ссылки и источники
Вакуумные символы Глоссарий единиц Ссылки и источники
Символы вакуума
Глоссарий символов, обычно используемых на схемах вакуумных технологий для наглядного представления типов насосов и деталей насосных систем
ПОДРОБНЕЕ
Глоссарий единиц
Обзор единиц измерения, используемых в вакуумной технике, их обозначения, а также современные эквиваленты исторических единиц
ПОДРОБНЕЕ
Ссылки и источники
90 002 Ссылки, источники и дальнейшая литература, связанная с фундаментальными знаниями вакуумной технологии
ПОДРОБНЕЕ
Идет загрузка.
..
Новаторские продукты. Страстно применяется.
Новаторские продукты. Страстно применяется.
Выбор форвакуумного насоса
4.7.2.1 Выбор форвакуумного насоса
Пластинчатые насосы
Если негативное влияние на функцию маловероятно из-за процесса,
Роторно-пластинчатый вакуумный насос является наиболее экономичным форвакуумным насосом для
Вакуумная насосная станция Рутса. Пластинчато-роторные вакуумные насосы обладают превосходными
давление около p < 1 гПа в широком диапазоне давлений при
постоянная скорость откачки. Вакуумная насосная станция Roots достигает
предельное давление около 10 -2 гПа с газом
балластный клапан открыт. Водяной пар можно извлечь с помощью этих видов
насосных станций, а также многие пары растворителей и другие пары,
имеют достаточно высокое давление паров и не разлагаются химически
масло насоса. Примеры их включают спирты, галогенированные
углеводородов и легких нормальных парафинов, а также многих других
кроме.
Рисунок 4.19: Скорость откачки насосных станций с Окта 2000 и различные форвакуумные насосы
Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы
Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы являются подходящим решением для извлечения
пары, которые химически разъедают и разлагают масло форвакуумного насоса или
которые имеют такое низкое давление пара, что конденсат в подложке
насоса нельзя избежать, несмотря на газовый балласт. Однако они будут
достичь только предельного давления, которое определяется паром
давление рабочей жидкости. Если используется вода с температурой 15°C,
предельное давление около 20 гПа можно ожидать на
жидкостно-кольцевой вакуумный насос, и он тогда уже работает в
диапазон кавитации. Кавитация возникает вблизи предельного давления
насос. Рабочая жидкость испаряется на стороне впуска, и пар
пузырьки внезапно схлопываются на стороне давления. Это разрушает насос
в долгосрочной перспективе. Жидкостно-кольцевой насос, работающий без кавитации.
при подаче воздуха достигается предельное давление примерно 25
до 30 гПа и комбинация насоса Рутса и жидкостно-кольцевого насоса
достигается давление около 1 гПа. Жидкостно-кольцевой вакуумный насос должен
не использовать пресную воду при эвакуации экологически вредных
вещества. В этом случае должна быть предусмотрена замкнутая система циркуляции.
для подачи подходящей рабочей жидкости через охлаждаемый теплообменник в
для отвода тепла сжатия.
Жидкостно-кольцевой вакуумный насос с газоструйным устройством
Комбинация вакуумного насоса Рутса, газоструйного устройства и жидкостного кольцевой вакуумный насос достигает предельного давления 0,2 гПа. Если ниже давления, необходимо установить дополнительный вакуумный насос Рутса. подключен выше по течению.
Вакуумные насосы Рутса с газовым охлаждением
Поскольку вакуумные насосы Рутса технически являются сухими насосами, их использование
рекомендуется, когда насосы с камерами всасывания с жидкостным уплотнением не могут быть
использовал.
Их приложения включают:
Насосные станции Рутса с газовым охлаждением Насосы Рутса могут конфигурируется с широким спектром входных характеристик. В крайнем случае случаях можно добиться практически постоянной скорости откачки во всем диапазоне давлений от 1000 гПа до 10 -3 гПа, и отдельные ступени насоса можно выбирать в соотношении от 2:1 до 3:1. Однако для этого вакуумные насосы Рутса должны быть оснащены соответственно мощные двигатели и выпускные клапаны в атмосферу должны быть предусмотрены вместо перепускных клапанов.
Винтовые насосы
Винтовые насосы HeptaDry представляют собой полную линейку технически сухих
Доступны насосы со скоростью откачки от 100 до 600 м 3 · ч -1 . В качестве автономных насосов (см. также главу 4.4),
они охватывают широкий диапазон давлений в условиях низкого и среднего вакуума
сегменты. Благодаря внутреннему сжатию они могут работать
непрерывно с относительно малой мощностью привода на протяжении всего
диапазон входного давления от 0,1 до 1000 гПа.