Насосы высоковакуумные: Высоковакуумный насос – их зависимость от высоковакуумных паромасляных насосов. Скрытые возможности высоковакуумных диффузионных насосов и совместимость их работы с высоковакуумными турбомолекулярными насосами – Выбор насосов для получения сверхвысокого вакуума

Высоковакуумный насос – их зависимость от высоковакуумных паромасляных насосов. Скрытые возможности высоковакуумных диффузионных насосов и совместимость их работы с высоковакуумными турбомолекулярными насосами

Рынок вакуумных устройств на данный момент набирает все больших и больших оборотов, причем с каждым днем тенденция роста данной отрасли только увеличивается. Без каких-либо сомнений можно сказать, что на данный момент данная категория устройств является самым настоящим лидером среди всех категорий других принципов работы. Многие предприятия сейчас готовы платить за такие устройства огромные деньги, так как при помощи подобного оборудования можно значительно увеличить показатели производительности предприятия, что и служит для них самым важным показателем их работы.

Навигация:

1. Высоковакуумные паромасляные насосы
2. Высоковакуумные турбомолекулярные насосы
3. Принцип работы диффузионного насоса

Высоковакуумные насосы — это те устройства, которые на данный момент купить, не так и легко, и главной причиной этого является их стоимость, которая находится на достаточно высоком уровне. Подобный агрегат может себе позволить далеко не каждый пользователь, так как такое устройство может стоять огромных денег. Главной причиной столь большой стоимости, являются большие затраты при производстве подобных насосов, которые требуют огромного количества дорогостоящих элементов, каждый из которых, кроме всего прочего требует и долгой обработки.

Многие люди думают, что принцип работы высоковакуумного насоса не столь сложен, но на самом деле — это именно то устройство, которое работает по совершенно необычной модели и повторить подобное будет не так просто. Но, несмотря на то, что устройство имеет довольно сложный принцип работы, сама конструкция данного насоса не столь сложная и состоит всего лишь из нескольких ключевых элементов, которые играют большую роль во время работы. Важной частью рабочего процесса является постепенное изменение объема рабочей камеры, что позволяет доводить показатели характеристик до наиболее высокого уровня. Главное назначение высоковакуумных насосов — это создание сверхвысокого вакуума, и в этом направлении устройства демонстрируют все свои способности. Сама категория высоковакуумных устройств не особо широкая, так как далеко не все насосы могут похвастаться возможностью работы в условиях высокого и тем более сверхвысокого вакуума. 

Категории высоковакуумных насосов:

• Вращательные
• Поршневые
• Жидкостно-кольцевые
• Вращательные

Большинство пользователей говорит о том, что именно вращательные высоковакуумные насосы способны демонстрировать наиболее высокие показатели производительности, причем делать это очень стабильно.

Высоковакуумные механические насосы это устройства, которые совместили в себе еще две категории вакуумных устройств:

• Турбомолекулярные
• Пароструйные

На самом деле, обе категории способны демонстрировать весьма высокие показатели производительности, но если судить сугубо по показателям эффективности, то в этом плане чуть лучше себя показывают все-таки турбомолекулярные насосы, внутренних характеристик которых более чем достаточно для решения самых трудных задач. Высоковакуумные насосы — это устройства, о преимуществах которых сказать просто невозможно, именно поэтому мы сейчас рассмотрим главные преимущества высоковакуумных насосов. Преимущества высоковакуумных насосов:

• Низкий шумовой барьер — несмотря на высокие показатели производительности, насос работает, не издавая слишком громких звуков, что является еще существенным преимуществом.
• Наличие надежного охлаждения — охлаждающие элементы системы позволяют избежать перегрева системы, а это значит, что и риск какой-либо поломки сразу уменьшается в разы.
• Высокие показатели производительности устройства — это также одна из лучших сторон высоковакуумных насосов, которые отлично себя проявляют в условиях сверхвысокого вакуума, что является наилучшим показателем их производительности.
• Отсутствие выбросов масла — если другие устройства попросту не могут избежать этого явления, производителям высоковакуумных насосов удалось все-таки избавиться от этой проблемы, чем самым защитить окружающую среду от разного рода выбросов.

Высоковакуумные паромасляные насосы

Работоспособность высоковакуумных насосов — это одно из их существенных преимуществ, так как в плане производительности соперников у них не так много. Если же говорить о том, какая из категорий высоковакуумных насосов является наиболее производительной, то в этом плане можно отметить паромасляные высоковакуумные насосы, которые на данный момент являются вполне популярными. Конструкция данного насоса подразумевает наличие в системе определенного количества масла, которое служит в роли уплотнения для элементов вакуумной системы.

Наличие масла в механизме говорит о том, что его конструкция является максимально надежной и во время рабочего процесса не случится какого-либо сбоя. Единственным существенным недостатком таких насосов, является наличие определенных выбросов в атмосферу, которые явно не лучшим образом влияют на окружающую среду. Но сейчас производители пытаются как-то решать эту проблему и выпускают дополнительное оборудование, установив которое можно минимизировать выбросы и сделать данный насос наиболее экологичным. Конечно, за такие установки придется немного переплатить, но если судить сугубо с объективной стороны, то оно того стоит.

Высоковакуумные турбомолекулярные насосы

Ранее мы уже говорили, что разновидность высоковакуумных турбомолекулярных насосов — это тот вариант, который сможет демонстрировать наиболее высокие показатели производительности, которых будет достаточно для решения большинства задач. Главным преимуществом таких насосов, является их конструкция, которая рассчитана специально для работы в условиях высокого и сверхвысокого вакуума. А это значит, что такой насос способен работать без пауз, при этом выдавая максимально высокие показатели производительности.

Конструкция данного насоса имеет несколько важнейших элементов. Одним из самых главных, является ротор, который содержит в себе определенное количество лопастей, с помощью которых перенаправляет жидкость в следующие отделы. Немалую роль в механизме играет и рабочая камера, где происходит большинство процессов, которые приводят к началу работы механизма в целом. Такие устройства на данный момент уже нашли свое широкое применение на производствах, где они выполняют огромные объемы работы, сравниться с которыми сможет далеко не каждый насос. Что касается цены на турбомолекулярные высоковакуумные насосы, то тут вопрос уже более сложный, так как ценовой сегмент подобных насосов находится на высоком уровне и позволить себе такое удовольствие, сможет далеко не каждый. Но без сомнений можно сказать, что высоковакуумный турбомолекулярный насос — это то устройство, которое действительно стоит своих денег, и если вы заинтересованы в его покупке, то в этом случае можно и переплатить, получив действительно надежный и производительный агрегат с огромным количеством дополнительных возможностей.

Принцип работы диффузионного насоса

Диффузионные насосы чаще всего используются для получения высокого и сверхвысокого вакуума. Конструкция данного механизма довольно интересна и одну из важнейших ролей в ней играют нагреватели. Именно они выполняют функцию нагрева и создания давления внутри системы. Далее образовавшийся пар поднимается к паропроводу, после чего ему предстоит пройти несколько ступеней откачки, каждая из которых будет убирать из состава пара определенные химические элементы.

Следующим этапом, будет прохождение пара через сопло, где он значительно ускоряется, из-за чего его давление и плотность идут на спад. Далее в системе образовывается струя, которая направляется в сторону охлаждающей камеры. Именно там происходит конденсат, который позволяет всем остальным элементам плавно стекать в кипятильник. Как видим, принцип работы данного устройства не особо сложен и имеет лишь несколько ключевых процессов. Именно поэтому, многие пользователи выбирают себе именно диффузионные насосы, так как они не имеют каких-то чересчур сложных элементов, но зато справляются со своей задачей на все сто процентов, выдавая стабильные показатели эффективности, на уровне более дорогостоящих устройств.

Выбор насосов для получения сверхвысокого вакуума

Все высоковакуумные насосы могут успешно использоваться для систем создания сверхвысокого вакуума. Однако следует отметить, что многие модели насосов не могут подвергаться термической обработке до тех температур, которые требуются для быстрой дегазации. Поэтому важно минимизировать ту часть системы, которая не может быть эффективно дегазирована, а также обеспечить адекватную быстроту откачки для более высокого газовыделения из этой части. Эти насосы все больше используются для получения сверхвысокого вакуума, в особенности в системах, которые редко вентилируются до атмосферного давления. В таких видах применения первоначальная откачка системы может затягиваться, поскольку поверхности насоса и смежных элементов остаются при слишком низкой температуре для быстрого газовыделения, но как только будет достигнуто удовлетворительное предельное остаточное давление, система остается непрерывно в диапазоне сверхвысокого вакуума до тех пор, пока не произойдет отказ или не потребуется профилактическое техническое обслуживание. Например, в производственных системах осаждения тонкой пленки и системах анализа поверхности образцы вводятся и удаляются из вакуумной камеры посредством использования системы загрузочного шлюза, который постоянно сводит к минимуму приток газа.

Ниже кратко рассмотрено использование уже описанных насосов для получения сверхвысокого вакуума, а также их соответствие конкретным условиям эксплуатации.

Диффузионные насосы

Значения давления в нижнем диапазоне 10^-10 или в высоком диапазоне 10^-11 мм рт. ст. могут быть получены с помощью трех- или четырехступенчатого насоса совместно с эффективной ловушкой, охлаждаемой жидким азотом. Для того чтобы предотвратить обратный поток масла,такая ловушка должна обеспечивать условия, при которыхлюбая молекула масла совершала бы два или более столкновений на поверхности, непрерывно охлаждаемой до температуры жидкого азота. Значения давления в диапазоне 10

-9 мм рт. ст. можно получить с помощью только водоохлаждаемой перегородки и рабочей жидкости с низким давлением пара либо типа полифенил эфира или силикона, в вакуумных камерах силикона. Диффузионные насосы эффективны в равной степени для всех газов, производители предлагают такие насосы с очень большой быстротой действия, поэтому они представляют собой подходящие насосы общего назначения для систем всех размеров. Однако удовлетворительная эксплуатация требует непрерывного технического обслуживания системы электрического нагревания, водяного или воздушного охлаждения, поддержания форвакуумного давления ниже какого-то критического уровня (часто ~0,5 мм рт. ст.) и охлаждения ловушки жидким азотом. Невыполнение любого из этих пунктов в результате приводит к загрязнению системы маслом. Очевидно, что профилактическое обслуживание является критическим фактором.

Загрязнение маслом системы с диффузионными насосами наиболее часто представляет собой результат предварительного разрежения системы до слишком низкого давления посредством механического насоса с масляным уплотнением без ловушки. Это легко можно предотвратить путем переключения на диффузионный насос, когда давление форвакуумной линии все еще находится в области вязкостного потока, или же путем использования соответствующим образом обслуживаемой эффективной ловушки форвакуумной линии.

Ограничения термической обработки, описанные выше, являются особенно жесткими для комплекса диффузионного насоса/ловушки, охлаждаемой жидким азотом, поэтому достижение предельного давления может представлять собой неприемлемо продолжительный процесс.

Рекомендация. Из-за многочисленности факторов, которые могут влиять на работу данного насоса, в связи с трудностями, возникающими при дегазации насоса и ловушки, а также учитывая большую вероятность загрязнения маслом, диффузионные насосы не рекомендуются для создания сверхвысокого вакуума. Исключением может быть потребность в низких капитальных затратах (имея в виду, что эксплуатационные затраты будут высокими) или в очень большой быстроте откачки.

Крионасосы

Крионасос обеспечивает неселективный и характерный чистый метод откачки до сверхвысокого вакуума. Легко достигается очень большая быстрота действия, а простота устройства позволяет добиться надежной эксплуатации. Возможности откачки гелия, водорода и неона очень ограничены по сравнению с такими возможностями для всех других газов, но это редко представляет собой проблему в системе сверхвысокого вакуума. Главный недостаток таких насосов заключается в том, что откачиваемые газы выпускаются очень быстро, в течение 10 минут после прерывания электроснабжения, так что быстродействующий, герметичный, поддающийся термической обработке клапан является существенным для изоляции системы во время такой аварийной ситуации и для использования во время плановой регенерации насоса.

Ранее описанные ограничения термической обработки также относятся к крионасосу, хотя проблема является гораздо менее сложной, чем для диффузионного насоса. Дело в том, что большая часть крионасоса в сборе работает при низких температурах и автоматически обеспечивает, уменьшение скорости дегазации, как только запускается насос.

При процедурах предварительного разрежения как крионасоса, так и вакуумной системы нельзя допускать загрязнения, так что те же самые соображения, относятся и к данному случаю.

Рекомендация. Данный насос представляет ценность в тех случаях, когда существенной является очень большая быстрота действия. Главные проблемы этого насоса связаны с ограничениями температуры термической обработки и быстрым выпуском ранее откачанного газа в случае отключения электроэнергии. Крионасос может откачивать только небольшие количества гелия, прежде чем ему потребуется регенерация, и ни в коем случае не должен использоваться, если отсутствует значительный приток этого газа.

Турбомолекулярные насосы

Турбомолекулярный насос обеспечивает неселективный, чистый метод откачки до сверхвысокого вакуума, сочетая простоту эксплуатации и высокую надежность. Современные насосы ограничены максимальной быстротой действия 10 000 л/с, но для большинства случаев применения сверхвысокого вакуума это не является проблемой. Термообработка вакуумной системы является гораздо меньшим ограничением, чем для двух предыдущих насосов. Например, для одного коммерческого насоса температура на установочном фланце 160 °С является допустимой.

Хотя насосы эффективны дли всех газов, следует отметить ограничение при откачке водорода, одного из главных остаточных газов в системе сверхвысокого вакуума. Степень сжатия данного газа всегда меньше, чем для всех других газов, зачастую она опускается до 600 в стандартном турбомолекулярном насосе, в результате создавая предел минимального остаточного достижимого давления водорода. Например, если необходимо поддерживать парциальное давление водорода равное 1 * 10^-10 мм рт. ст. в вакуумной камере, парциальное давление водорода форвакуумной линии должно поддерживаться на уровне ~6* 10^-8 мм рт. ст. или ниже. Некоторые механические насосы с масляным уплотнением не могут выполнить данное требование и фактически генерируют водород посредством распада масла. В критических случаях проблема решается добавлением сублимационного титанового насоса (см. подраздел 2.7.4.1) к вакуумной камере. Альтернативным и предпочтительным вариантом является использование турбомолекулярного насоса широкого диапазона, в котором турбоступень поддерживается молекулярной вакуумной ступенью, обеспечивая степень сжатия водорода, доходящую до 107. Дополнительное преимущество заключается в том, что в насосных системах может использоваться безмасляный диафрагменный форвакуумный насос, тем самым исключающий любую возможность загрязнения маслом изданного источника.

Рекомендация. Для общих видов применения сверхвысокого вакуума турбомолекулярный насос, вероятно, представляет собой наилучший выбор среди насосов. Возрастающая надежность систем подшипников, наличие насосов с магнитными подшипниками и комбинированных высоковакуумных турбомолекулярных насосов являются важными факторами для рекомендации данного насоса. Возможность подвергать насос даже ограниченной термообработке позволяет обеспечивать оптимальную дегазацию всей системы, в особенности потому, что данная термообработка может выполняться при работающем насосе. Основная трудность, которую следует учитывать, заключается в том, что отключение электроэнергии приводит к потере быстроты действия в течение 1-2 мин. по мере замедления вращения ротора насоса, и на такой крайний случай для изоляции камеры сверхвысокого вакуума от линии откачки должен присутствовать быстродействующий, герметичный, поддающийся термообработке клапан.

Магнитные электроразрядные вакуумные (гетгерно-ионные) насосы

Магнитные электроразрядные насосы, особенно подходят для получения сверхвысокого вакуума при условии, что производительность по газу является относительно низкой. В силу простоты конструкции и отсутствия движущихся деталей они высоконадежны, легко дегазируются и обеспечивают практически бесперебойную эксплуатацию.

Их недостатки включают в себя высокую селективность откачки различных газов, значительное уменьшение быстроты действия при самых низких значениях давления, а также высокие первоначальные затраты. Они не имеют большой быстроты действия и не подходят, если необходимо откачивать очень большие количества газа главным образом потому, что такие виды применения приводят к сокращению срока службы.

Рекомендация. Магнитный электроразрядный насос, вероятно, представляет собой наилучший вариант для общих случаев применения сверхвысокого вакуума, если необходимо, чтобы низкое давление сохранялось постоянно. Он обеспечивает условия практически бесперебойной работы и имеет самый продолжительный срок службы при низких значениях давления. Однако если система должна часто совершать цикл переключения на атмосферное давление или если насос должен выдерживать значительную газовую нагрузку, например аргона в системе металлизации напылением, срок службы будет сокращаться, и более подходящим вариантом мог бы быть турбомолекулярный насос.

Сублимационные насосы

Сублимационные насосы обеспечивают откачку химически активных газов с большой быстротой при относительно низких капитальных и эксплуатационных затратах. Они не откачивают редкие газы или метан и аналогичные высокостабильные органические молекулы, поэтому должны использоваться совместно со вторым насосом, наиболее часто с сорбционно-ионным насосом, который эффективно откачивает такие газы.

Рекомендация. Сублимационный насос является незаменимым в обеспечении очень большой быстроты откачки химически реактивных газов. Насос не содержит никаких движущихся деталей, что обеспечивает высокую надежность. Обычно он представляет собой неотъемлемую часть вакуумной камеры для дегазации и поэтому эффективно дегазируется во время термической обработки. Наиболее часто используемый совместно с сорбционно-ионным насосом, он также полезен в сочетании со стандартным турбомолекулярным насосом, когда требуется очень низкое остаточное парциальное давление водорода.

Геттерные насосы без распыления геттера

Эти насосы находят применение как в очень больших системах, так и для откачки малых герметизированных устройств. Если натекающий газ представлен главным образом водородом, дейтерием или тритием, высокоскоростную откачку можно производить при температуре окружающей среды. Насосы получают широкое применение в качестве распределительных насосов в очень больших вакуумных системах, применяемых для изучения процессов в физике высоких энергий. Эти насосы используются для откачки любых химически реактивных газов.

Рекомендация. Геттерные насосы отлично откачивают водород и его изотопы, а также все химически реактивные газы, в частности в тех случаях, когда требуется простое, надежное устройство, работающее при относительно низкой температуре или, в некоторых случаях, при температуре окружающей среды. Комбинация геттерного насоса с сорбционно-ионным насосом может обеспечивать откачку водорода до очень низких значений давления. Общее количество газа, которое может откачиваться до того, как будет насыщен геттер, является весьма низким по сравнению с большинством ранее рассмотренных насосов. Данные насосы не подходят для тех случаев, когда требуется высокая производительность.

Высоковакуумный насос в ПенсВакуум

Для полноценной работы промышленных предприятий требуется различное оборудование, состоящее из многих, незаменимых для габаритных установок элементов. Практически каждое промышленное оборудование работает, благодаря встроенным высоковакуумным насосам, создающим разреженную среду – вакуумное пространство, позволяющее очистить пары, газы от вредоносных веществ. Рассмотрим, какие существуют виды высоковакуумных насосов, и что это такое.

Разновидности высоковакуумных насосов

Высоковакуумные насосы – устройства, создающие внутри промышленного оборудования вакуум, необходимый для полноценной сублимации, сушки, дегазации сырья. Такие устройства обычно применяются, как комплектующая в сублимационных сушилках, оборудовании для дегазации веществ, но главное то, что ими пользуются, практически все известные промышленные предприятия: химические, пищевые, электротехнические, фармакологические и пр.

Сегодня самыми востребованными являются такие высоковакуумные насосы:

• Турбомолекулярные.
• Паромасляные диффузионные.

Каждый насос по-своему полезен предприятию, несмотря на идентичные рабочие цели. Данное оборудование отличается друг от друга принципом функционирования, конструкцией и способом применения. Рассмотрим подробней особенности высоковакуумных насосов.

Высоковакуумные паромасляные насосы

Высоковакуумные паромасляные насосы, так же именуемые, как диффузионное оборудование, оснащённое охладительной водянистой системой. Оно предназначается для устранения неагрессивных паров из обрабатываемой среды. Однако чтобы избежать внезапного возгорания, следует уделить внимание предварительной очистке среды от грязи, влаги и вредоносных, влияющих на конструкцию газов. Рекомендовано применять паромасляные диффузионные устройства в цехах со сниженным риском возгорания.

Данные конструкции способны работать как при низком давлении, так и высоком, но в первом случае, производительность конструкции показывает более высокие результаты. Диаметр условного прохода устройства может варьироваться, в пределах 0,25-1 м. Корпус устройства имеет цилиндрическую форму, внутри которой установлены:

• Сопла.
• Паропровод.
• Маслоотражатель.
• Нагревающая рабочая жидкость.

Чтобы устройство показало желаемые результаты, требуется контролировать упругость пара, которая должна стремиться к минимальному показателю. Также следует внимательно относиться к выбору рабочей жидкости. При неправильном подборе масла, оно способно разлагаться под воздействием высоких температурных условий.

Высоковакуумные диффузионные насосы

Самым ярким примером высоковакуумного паромасляного диффузионного насоса, является конструкция НД 400, скорость действия которого может достигать 7000, независимо от внутреннего давления. Для достижения поставленной задачи, работая с таким устройством, требуется придерживаться следующих аспектов:

• Подключить устройство к электричеству. Для полноценной работы устройства потребуется 4,8 кВт.
• Прежде чем включать аппарат, следует подготовить его. Обычно подготовка занимает полчаса.
• Требуется строго контролировать уровень рабочей жидкости, который должен быть в пределах 3,3 – 5 л.
• Подключить устройство к воде. Ежечасно насос потребляет около 300 л. воды.

В зависимости от производителя, модели устройства и потребностей предприятия, паромасляные диффузионные насосы способны работать на различных рабочих жидкостях, таких как:

• Спиртовые эфиры органического происхождения.
• Вакуумном масле (минеральном или синтетическом).
• Полусинтетическом масле для вакуумных устройств.
• Токсичной ртути.

Учитывая, что в результате работы устройства, отделяемые насосом неагрессивные газы выделяются в окружающую среду, рекомендовано многими предприятиями ставить специальные уловители газов, не дающие парам распространяться по помещению и влиять на здоровье работающего персонала.

Высоковакуумные турбомолекулярные насосы

Высоковакуумный турбомолекулярный насос создаёт и поддерживает вакуумное пространство, благодаря сообщению обрабатываемому газу дополнительной скорости (в сторону откачки роторным механизмом, который способен делать около 10 000 оборотов в минуту).

Благодаря данной конструкции промышленные предприятия могут достигать среднего или сверхвысокого вакуума с остаточными газами, имеющими массу молекул менее 44.

Устройство рассчитано на функциональность при молекулярном течении газа. Его принято использовать в комбинации с форвакуумным насосом для обеспечения предварительного разрежения обрабатываемой среды. Однако учитывая минимальные требования к охлаждению, безмасляную откачку, низкий уровень вибраций, такая конструкция обрела популярность и регулярно используется для обработки неагрессивных газов и смесей.

Диффузионные высоковакуумные насосы — Page 7

Cтраница 7 из 8

 

 Для получения высокого вакуума (порядка 1•1O-6 — 1•1O-8 мм рт. ст.) широко применяют пароструйные диффузионные металлические насосы с большими скоростями откачки.

Схема работы диффузионного насоса дана на рис. 332. Поток пара, выходящий из нагревателя, движется вдоль основной трубы 1—2. К этой трубе присоединена в точке 6 капиллярная трубка 3, откачиваемый сосуд припаивается в сечении 5. Газ, находящийся в сосуде и трубке 3, диффундирует в пар рабочей жидкости, движущийся в трубе 1—2, и при попадании туда он немедленно уносится потоком пара в направлении 2, откуда молекулы газа удаляются форвакуумным насосом. В то же время молекулы пара рабочей жидкости диффундируют в трубку 3 и конденсируются при помощи какого-либо охлаждающего вещества в ловушке 4. Таким образом производится постепенное удаление газа из трубки 3 и откачиваемого сосуда.

Рабочей жидкостью диффузионного насоса является ртуть или специальные масла с низкой упругостью пара. Кроме малой упругости пара рабочая жидкость должна иметь низкую температуру кипения и неизменный состав при длительном нагревании в вакууме. Применяемые масла большей частью представляют собой смесь различных соединений (фракций) с разной упругостью пара. Во время работы насоса возможно частичное разложение масла, в результате чего образуются более легкие фракции, которые не позволяют достигать глубоких степеней разрежения и снижают скорость откачки. В связи с этим в паромасляных насосах широко применяют ступенчатую фракционирующую систему, позволяющую ориентировать различные фракции в соответствующих паропроводящих камерах с последующим переходом пара из системы сопел.

 

 Фракционирующая система состоит из нескольких (обычно двух-трех) взаимосвязанных ступеней испарения, соединённых с соплами, в каждой из которых действует определенная фракция масла. Отдельные ступени насоса (паропровод вместе с соплом) взаимосвязаны и в конструктивном отношении представляют одно целое. В таком виде фракционирующая система высоковакуумного насоса может работать неограниченно долгое время. Образующиеся каждый раз наиболее легкие фракции масла остаются во внешней камере и внешнем сопле. Фракции с наименьшей упругостью пара не успевают испаряться во внешних камерах и перетекают в центральную часть, где они превращаются при определенной температуре в пар, которым питается центральное сопло.

При создании высокоскоростных вакуумных насосов увеличение скорости откачки, улучшение выпускного давления срыва и уменьшение протока паров рабочей жидкости в откачиваемый объем достигалось не только увеличением габаритных размеров насоса и защитных устройств, но и улучшением газодинамических свойств струи и конфигурации сопел. Теоретический и экспериментальный анализ работы высоковакуумного пароструйного диффузионного насоса приводит к выводу, что основным рабочим механизмом такого насоса является струя пара рабочей жидкости. От организации струи пара и увеличения ее скорости существенно зависит производительность насоса и проток пара рабочей жидкости в откачиваемый объем.

 

Табл. 59

 

Если отношение скорости струи к собственной скорости движения молекул увеличивается, рассеивание струи пара в вакууме резко уменьшается, а производительность насоса возрастает.

Нами проведена работа по увеличению скорости струи пара и организации струи путем изменения конструкции сопел высоковакуумных насосов. Верхнее сопло насоса должно быть сконструировано таким образом, чтобы устранить потери энергии на образование вихревых масс в верхней части паропровода при помощи создания обтекаемой формы сопла. Такая задача имеет прямое сходство с задачей Чаплыгина по построению профиля гидрокона. В результате теоретического рассмотрения поставленной задачи была предложена новая конструкция верхнего сопла с направляющим конусом обтекаемой воронкообразной формы. При этом горизонтальное сечение поверхности конуса представляло собой окружность, а его внешняя поверхность была образована вращением вокруг оси симметрии линии тока, полученной при сложении течения, образованного двумя равными источниками, с однородным потоком.

Сравнительные испытания высоковакуумного паромасляного насоса с плоским зонтичным соплом и с соплом воронкообразной формы показали, что воронкообразное сопло увеличило скорость откачки насоса и значительно сократило проток паров масла в разрежаемый объем. Конструкция воронкообразного сопла оправдала себя на практике, и в настоящее время отечественная промышленность выпускает ряд высокопроизводительных насосов с воронкообразными соплами (Н-5С, Н-2Т, Н-5Т, Н-8Т, БН-3,Н-40Т). Данные о выпускаемых насосах приведены в табл. 59—61. В табл. 59 приведены характеристики отечественных паромасляных насосов с водяным охлаждением, в табл. 60 — паромасляных насосов с воздушным охлаждением, в табл. 61 — диффузионных парортутных насосов.

Таблица 60

Параметры	Значения параметров для насосов
	ДМН-20	НВО-40
Рабочий диапазон давлений при от- качке воздуха в мм рт. ст…..	1*10-6-2-10-4	10-6
Скорость откачки воздуха в л/с . . .	20	50
Скорость откачки гелия в л/с ….	3—7 (неустойчиво)	100 (устойчиво)
Максимальное выпускное давление	0,05	0,3
при откачке воздуха в мм рт. ст. . .
Внутренний диаметр корпуса в мм . .	49	—
Мощность электронагревателя в кВт	0,2	0,45
Высота в мм…………	310	304
Размеры в плане в мм…….	125Х 130 (без вентилятора)	275Х 120 (с вентилятором)
	4,2 (без вентилятора)	8 (с вентилятором)
Рекомендуемый насос предваритель- ного разрежения……..
	ВН-494 Масло BM-I ВН-1. ВН-3	ВН-494, ВН-461М BM-I или ВКЖ-94А ВН-1, ВН-3, ВН-4

 

Скорость откачки насосов в широком диапазоне давлений не зависит от давления, что является общим свойством диффузионных насосов. Устройство диффузионных насосов показано на рис. 333 и 334.

 

 

 

Характеристики парортутных насосов существенно зависят от режима их охлаждения. Паспортная скорость откачки может быть достигнута только в том случае, если поддерживается необходимая температура охлаждения корпуса насоса. Недостатком парортутных насосов является необходимость применения ловушек, уменьшающих эффективную скорость откачки насоса. На рис. 334 показан насос Н-5СР с коническим сужающимся корпусом.

 

 

 

Рис. 334. Схема четырехступенчатого парортутного насоса Н-5СР: 1 — корпус; 2 — паропровод; 3 —дросселирующая шайба; 4 — кипятильник; 5 — эжекторная ступень; 6 — электронагреватель; 7 — теплоизоляция; 5 — ловушка для паров ртути

Рис. 335. Высоковакуумный насосный агрегат VPV-DI3000 фирмы Херауэс (ФРГ): 1 — присоединение к откачиваемой системе; 2 — измеритель давления; 3 — электромагнитный вентиль; 4 — электропневматический шиберный затвор; 5 — ловушка; 6 — электромагнитный вентиль; 7 — диффузионный паромасляный насос; 8 — форвакуумный ресивер; 9 — электропневматический вентиль; 10 — измеритель давления; 11 — форвакуумный насос; 12 — предохранительный клапан

Такой корпус повышает экономичность работы насоса, так как размеры ступеней последовательно уменьшаются, что обеспечивает необходимую скорость откачки ступеней с минимальным расходом пара. Однако при этом увеличивается высота насоса.