Устройство и принцип работы насосов для получения высокого вакуума

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ НАСОСОВ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО РАЗРЯЖЕНИЯ (ФОРВАКУУМНЫХ НАСОСОВ)

Теоретическое введение

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

ЭЛЕМЕНТЫ ВАКУУМНОЙ ТЕХНИКИ. ЗНАКОМСТВО С УСТРОЙСТВОМ И ПРИНЦИПОМ РАБОТЫ ФОРВАКУУМНОГО И ПАРОМАСЛЯНОГО (ДИФФУЗИОННОГО) НАСОСА

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А № 9 В

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие законы сохранения выполняются при упругом и неупругом соударениях тел?

2. Что называется абсолютно упругим и неупругим ударами?

3. Объясните, на каких участках вольтамперной характеристики (рисунок 2) имеют место упругие и на каких – неупругие столкновения электронов с атомами?

4. Какова длина волны линии излучения при переходе электрона в атоме ртути из первого возбужденного состояния в основное?

5. Сформулируйте постулаты Бора.

6. С помощью постулатов Бора получите выражения для определения скорости, радиуса и энергии движущегося электрона в атоме водорода и водородободобных атомов.

7. Опишите схему установки Франка и Герца, поясните смысл опытов Франка и Герца и дайте пояснения результатов этих опытов.

8. С какой целью на электрод А (на коллектор А) подается задерживающее напряжение и из каких соображений оно выбирается?

9. Как проявляется контактная разность потенциалов в опыте Франка и Герца?

1. Изучить устройство, принцип работы форвакуумного и паромасляного (диффузионного) насосов.

1. Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов / Т.И. Трофимова. -
2-е изд. - М.: Высш. шк., 1990. - 478 с.

2. Савельев И.В. Курс общей физики: учеб. пособие для студентов втузов. В 3 т. Т.1: Механика. Молекулярная физика / И.В. Савельев. - М.: Наука, 1989. – 350 с.

3. Детлаф А.А. Курс физики: учеб. пособие для втузов / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. - М.: Высш. шк., 1989. - 608 с.

4. Сивухин Д.В. Молекулярная физика и термодинамика: учеб. пособие для вузов / Д.В. Сивухин. - 3 -е изд. - М.: Наука, 1990. - 592 с.

Для получения низкого вакуума (10^-1 – 10^-3 мм рт. ст.) в физических лабораториях и на производстве используются форвакуумные насосы. Наибольшее распространение получили вращательные пластинчато–роторные, пластинчато–статорные и плунжерные насосы. Рассмотрим устройство и принцип работы пластинчато–роторного насоса. На рисунке 1 изображена схема форвакуумного пластинчато–роторного насоса. Работает насос следующим образом. Стальной цилиндр 2 (ротор) вращается в цилиндрическом кожухе 1, к которому приварены два патрубка 5 (входной) и 7 (выходной). Верхняя часть ротора плотно прилегает к цилиндрическому кожуху. В диаметральной плоскости ротора проделаны пазы, в которых могут двигаться пластины 3, прижимаемые пружиной 4 к внутренней поверхности цилиндрического кожуха 1. Пластины 3 тщательно пришлифованы к внутренней поверхности кожуха 1 и смазываются вакуумным маслом. При вращении ротора воздух по патрубку 5 поступает из откачиваемого объема в увеличивающийся объем 6 полости насоса. Выталкивание сжатого другой лопастью насоса газа происходит в атмосферу через выходной патрубок 7.

Наиболее распространенными насосами являются пластинчато–роторные насосы типа ВН-494, пластинчато-статорные насосы типа ВН-461М, РВН-20 и другие.

Рисунок 1 - Схема форвакуумного пластинчато – роторного насоса: 1 – цилиндрический кожух корпуса насоса; 2 – ротор, цилиндр с прорезями для пластин; 3 – пластины; 4 – пружина; 5 – всасывающий патрубок; 6 – всасывающий объем; 7 – выхлопной патрубок; 8 – вакуумное масло

Развитие нанотехнологий, соединение твердотельной микроэлектроники с законами самоорганизации при создании различных материалов, биоробототехнических систем связано косвенно или непосредственно с получением высокого вакуума. Кроме того, традиционно, в современных вакуумных приборах (электронные микроскопы, электронографы, вакуумные посты для напыления различных полупроводниковых материалов, металлов и сплавов), требуется получать давление порядка 10^-4 – 10^-6 мм рт. ст. С этой целью последовательно с форвакуумным насосом часто включаются паромасляные (диффузионные) насосы, которые ранее выпускались под марками ЦВЛ – 100, Н - 5С и др.

На рисунке 2 приведена простейшая схема паромасляного насоса. Электрическая печь 1 нагревает вакуумное масло 2, находящееся на дне металлического сосуда такого насоса. Применяемые в диффузионных насосах масла и некоторые органические жидкости (силиконы и др.) состоят из нескольких фракций, имеющих различную температуру возгонки и упругости насыщенных паров. Легкие фракции масел, возгоняемые при более низких температурах, направляются в нижнее сопло 3. Эти пары вырываются из сопла с большой скоростью и увлекают молекулы воздуха в нижнюю часть сосуда диффузионного насоса. При этом откачка газа происходит благодаря двум эффектам: струя пара увлекает молекулы воздуха за счет снижения статического давления вблизи струи, а также за счет диффузии молекул воздуха в область, где находится струя пара. Хотя давление в самой струе и велико, но частное давление воздуха мало и именно оно определяет диффузию воздуха в струю. Более тяжелые фракции масел направляются в верхнее сопло 4. Ввиду меньшей упругости насыщенных паров они могут производить откачку до более высокого вакуума.

Рисунок 2 - Схема паромасляного диффузионного насоса: 1 – электрический нагреватель; 2 – вакуумное масло; 3 – нижнее сопло; 4 – верхнее сопло; 5 – трубки водяного охлаждения; 6 – патрубок для соединения с высоковакуумным клапаном; 7 – выпускной патрубок; 8 – маслоотражающие пластины

Выходящие пары масел попадают на стенки насоса, которые охлаждаются проточной водой и конденсируются на этих стенках. Образовавшаяся жидкость стекает по стенкам на дно диффузионного насоса в резервуар 2. При этом откачиваемый воздух через выпускной патрубок 7 удаляется форвакуумным насосом. В верхней части насоса устанавливаются маслоотражающие пластины 8, не допускающие попадание паров масла в откачиваемое пространство. Для этой же цели в диффузионных насосах применяются азотные ловушки, позволяющие повышать вакуум почти на порядок. При выполнении данной лабораторной работы необходимо обратить внимание на конструкцию и принцип работы маслоотражающих пластин и конструкцию азотной ловушки.

Для получения более высокого вакуума применяют сорбционные и другие типы насосов.

Дата добавления: 2014-12-08