Большая энциклопедия техники - Коллектив авторов

Двухроторные вакуумные насосы часто объединяют в агрегаты с механическими вакуумными насосами, предназначенными для предварительного разрежения. В качестве примера можно привести агрегат, состоящий из последовательно соединенного двухроторного насоса с механическим вакуумным насосом. Привод обоих насосов осуществляется от одного электродвигателя. Применение двухроторных вакуумных насосов особенно целесообразно в системах централизованного форвакуума, при откачке установок обезгазивания и сушки деталей, в которых наблюдается значительное газовыделение.

Двухроторные вакуумные насосы выгодно применять для откачки электровакуумных приборов, не требующих давления, меньшего 5 × 10-2 Па. Состав остаточных газов двухроторных насосов такой же, как и у механических вакуумных насосов с масляным уплотнением, т. е. несмотря на отсутствие смазки в роторном механизме, двухроторные насосы не обеспечивают безмасляного вакуума, так как из-за малых значений наибольшего сжатия (не более 100) пары масла поступают на вход со стороны форвакуума из камеры шестерен связи и их подшипников.

Практические указания по эксплуатации. При эксплуатации двухроторных насосов необходимо периодически контролировать уровень масла в полостях под торцевыми крышками (через смотровые окна), отсутствие течей масла из ввода вращения и исправность механизма насоса (отсутствие подозрительных шумов и стуков при запуске, работе и остановке). Недостижение паспортного предельного остаточного давления обычно связано с течью в системе или во фланцах или с неисправностью форвакуумного насоса, так как течи в двухроторных насосах возникают очень редко (обычно в результате неудачной переборки насоса), а небольшие случайные задиры роторов мало сказываются на предельном остаточном давлении.

5. Эжекторные насосы. Принцип действия эжекторных насосов состоит в следующем. Рабочее тело (газ, пар или вода), имеющее повышенное давление, поступает в сопло, где потенциальная энергия сжатого рабочего тела преобразуется в кинетическую энергию струи. Струя, получившая высокую скорость и имеющая низкое статическое давление, на выходе из сопла попадает в камеру смешения. В камере смешения откачиваемый газ увлекается рабочим телом и интенсивно смешивается с ним. Эта смесь, обладающая несколько меньшей, но все еще значительной скоростью, попадает в диффузор, в котором сжимается за счет перехода кинетической энергии струи в потенциальную энергию давления.

На место удаляющейся из камеры смешения смеси поступают все новые порции газа, которые, в свою очередь, также смешиваются и увлекаются рабочим телом. На выходе из диффузора давление смеси будет меньше давления рабочего тела на входе в сопло, но значительно выше давления откачиваемого газа в камере смешения. Эжекторные насосы работают в области давлений от атмосферного до 1 Па и могут применяться в вакуумных системах в качестве самостоятельных насосов или насосов предварительного разрежения.

Конструкции и характеристики. Водоструйные насосы предназначаются для откачки воздуха и других газов от атмосферного давления до 100 Па. Работа насоса основана на использовании откачивающего действия струи воды, которая под давлением 2,5 × 105 Па истекает из сопла. Откачиваемый газ в сфере действия струи перемешивается с нею, и смесь воды с газом попадает затем в цилиндрическую камеру, за которой установлен расширяющийся диффузор. В диффузоре статическое давление смеси воды и газа за счет уменьшения скорости повышается до атмосферного давления. Смесь воды с газом стекает в бачок, откуда сливается в дренажную линию, присоединенную к патрубку. Для выхода газа из бачка во фланце предусмотрено отверстие. Насос присоединяется к вакуумной системе через кран.

Резервуар предназначен для приема воды, засасываемой через диффузор из бачка в случае аварийного прекращения ее подачи. Через кран подается воздух в резервуар при остановке насоса, что также предотвращает всасывание воды.

Производительность насоса возрастает с повышением давления воды. Предельное остаточное давление насоса практически равно упругости пара воды и увеличивается с повышением ее температуры.

Водоструйные насосы часто применяются в системах безмасляной откачки, например в системе предварительного разрежения высоковакуумного парортутного насоса, для сорбционного насоса, а также в качестве последней ступени пароэжекторного насоса.

Пароэжекторные насосы предназначаются для безмасляной откачки больших сосудов до давлений 1—10-1 Па. Принципиальная схема четырехступенчатого пароэжекторного насоса состоит из трех пароструйных ступеней и водоструйной ступени, работающей с выхлопом в атмосферу. Как правило, в высокопроизводительных многоступенчатых эжекторных насосах за каждой пароструйной ступенью устанавливаются конденсаторы, в которых пар конденсируется, а газ откачивается последующей ступенью. В малых насосах ввиду небольшого расхода пара по сравнению с высокопроизводительными насосами в пароструйных ступенях насоса можно обойтись без промежуточных конденсаторов, что позволяет упростить конструкцию и уменьшить габариты насоса, хотя это влечет за собой несколько повышенный расход пара.

В некоторых насосах отсутствуют промежуточные конденсаторы. Пар под давлением 4 × 105 Па подводится к соплам пароструйных ступеней. При этом каждая последующая пароструйная ступень откачивает не только газ, но и весь рабочий пар, поступивший из предыдущей ступени.

Последняя пароструйная ступень откачивается водоструйной ступенью, к которой подается вода также под давлением 4 × 105 Па. Пройдя через сопло водоструйной ступени, вода поступает в расширительный бак, где гасится скорость водяного потока, и сливается в дренажную трубу.

  6. Струйные насосы.

  7. Турбомолекулярные насосы.

  8. Адсорбционные насосы.

  9. Испарительные геттерные насосы. Испарительные геттерные насосы относятся к сорбционным насосам, в которых поглощение газов осуществляется за счет физической адсорбции, хемосорбции, химических реакций и растворения газов в пленке металлического геттера, создаваемой методом термического испарения. В качестве геттера в таких насосах может быть использован любой активный металл, применяемый для распыляемых геттеров в электровакуумных приборах; однако из условий эксплуатационного удобства в промышленных насосах применяется пока только титан. Титан образует прочные нелетучие соединения или твердые растворы почти со всеми газами, имеющимися в вакуумных системах, за исключением инертных газов и углеводородов.

Отличие в механизме поглощения различных газов приводит к тому, что быстрота действия испарительных геттерных насосов по разным газам неодинакова. Равновесное давление газа над пленкой геттера зависит от ее температуры, свойств образующихся соединений, от степени насыщения пленки газом и т. п.

В насосах постоянно обновляемая пленка геттера непрерывно поддерживается в активном состоянии, поэтому предельное остаточное давление насоса определяется газовыделением из распыленного геттера и элементов конструкции насоса. Отметим, что на поверхности титановой пленки при комнатной температуре происходит реакция синтеза метана, образующегося из всегда присутствующих в системе углерода и водорода. При охлаждении титановой пленки до температуры кипения жидкого азота скорость реакции синтеза метана резко уменьшается, а быстрота действия насоса по активным газам (N2, О2, СО и Н2) возрастает из-за увеличения их коэффициента прилипания.

Коэффициент прилипания для чистых пленок титана, не сорбировавших газы, при комнатной температуре составляют 0,4—0,5 для N2; 0,6—0,7 для О2 и СО и примерно 0,05 для Н2; при охлаждении пленки жидким азотом коэффициент прилипания увеличивается до 0,9—1 для N2, О2, СО и до 0,4—0,5 для Н2.

Конструкции и характеристики. Сверхвысоковакуумный агрегат состоит из испарительного геттерного насоса, азотной ловушки и паромасляного диффузионного насоса. В испарительном геттерном насосе титан конденсируется на внутренней стенке цилиндрического экрана, охлаждаемой жидким азотом, подаваемым из сосуда Дьюара. Испаритель титана содержит запас титановой проволоки и механизм для ее периодической подачи в водоохлаждаемый медный тигель – анод. Испарение титана происходит путем разогрева титановой проволоки электронной бомбардировкой с помощью имеющейся в испарителе электронной пушки. Такой способ нагрева обеспечивает значительную скорость испарения титана при минимальном тепловом излучении, что определяет сравнительно небольшой расход азота (приблизительно 5 л/ч). Небольшой экран, установленный вблизи испарителя, практически исключает попадание титана в откачиваемый сосуд. Предельное остаточное давление агрегата составляет 10-10 Па, быстрота действия по водороду в диапазоне давлений 10-4—10-8 Па в 2,8 раза больше, чем по азоту. Такая разница в быстроте действия по этим гаммам объясняется, главным образом, более высокой проходимостью входного патрубка насоса по водороду.