Молекулярний насос Гольвека

Перші молекулярні насоси Геде були пізніше суттєво удосконалені. У 1922 р. Гольвек сконструював насос (рис. 11.8), що складався з ротора 1, поверхня якого була добре відполірована, і статора 2. Проміжок між ротором і статором не перевищував 0, 03 мм. У статорі були зроблені гвинтові канали прямокутної форми, глибина яких поступово зростала від кінців, де вона дорівнювала 0, 5 мм., до центра з глибиною 12 мм. Канали являють собою дві спіралі з взаємно зворотним напрямом і розходяться від середини насоса в протилежні боки. Ротор був на одній осі з ротором 3 електродвигуна, герметизованого від зовнішнього середовища газонепроникною камерою 4 і приводився до руху полем статора – індуктора 5.

При обертанні ротора високий вакуум створюється на впускному отворі 6, що розміщений в центральній частині стотора, а підвищений тиск - на випускному отворі 7 з кінців ротора.

При довжині ротора 220 мм і діаметрі 150 мм, насос приводився в рух електродвигуном, що мав потужність 10 Вт і швидкість обертання 75 об / с. При цьому швидкодія насоса була майже постійною в межах від 0, 1 Торр до 0, 001 Торр і складала 2, 5 л / с; граничний тиск ~ 10 Торр, необхідне попереднє розрідження – 20 Торр.

11. 10. Насос Зігбана

Пізніше (1926 –1946 рр.) Зігбаном був розроблений та удосконалений Гонде насос, ротор якого був у вигляді полірованого диска 1, розміщеного між вузькими прямокутними каналам для газу, що мали вигляд спіралей на поверхні статора 2 з обох боків ротора (рис. 11.9). Високий вакуум створювався при роботі насоса на впускному отворі 3, а підвищений тиск – на випускному 4. Насос мав значно більшу швидкодію ніж розглянутий вище.

11. 11. Турбомолекулярні насоси

Широке розповсюдження набули молекулярні насоси, в яких потік відкачуваного газу і зворотній потік рухаються у взаємноперпендикулярних напрямах. Конструктивно такий насос нагадує турбіну.

Турбомолекулярний насос (рис. 11.10 а) складається з циліндричної камери, в якій закріплені нерухомо елементи статора у вигляді тонких дисків 1, що мають товщину в декілька міліметрів. Ряд таких же дисків 2 паралельно розміщено на валі ротора, причому як між кожними паралельними поверхнями роторних і статорних дисків, так і в радіальному напрямі між статором і ротором існує зазор в 1 мм.

Рис. 11.10

Такий достатньо широкий зазор дозволяє задати значно більшу швидкість обертання ротора турбомолекулярного насоса ніж звичайного молекулярного без заїдання.

Всі диски мають косо направлені радіальні прорізи, розміщені таким чином, що прорізи статорних дисків являється немовби дзеркальним відображенням роторних (рис. 11.10 б), завдяки чому між косими поверхнями прорізів одного диска і поверхнею сусіднього диска створюються клиноподібні канали. Таких каналів зроблено до 40, в кожній системі розміщено до 19 пар статорних і роторних дисків.

Молекулярна відкачка відбувається в результаті залежності провідності похилого канала, що рухається зі швидкістю перпендикулярно до газового потоку, від напряму течії газу. В результаті теплового руху молекули газа з середньоарифметичною швидкістю будуть бомбардувати з обох боків пластини з похилими каналами (рис. 10.25, б). Можна вважати, що при обертанні ротора рух канала роторної пластини зі швидкістю відносно умовно нерухомої молекули - це такий же рух молекули (наприклад ) зі швидкістю = відносно умовно зупиненого канала. Після векторного додавання складових швидкостей молекули отримаємо, що напрям її руху зміниться і вона з результуючою швидкістю буде рухатися паралельно осі канала. У сукупності з іншими подібними молекулами створиться газовий потік, тобто примусове перетікання газу через рухомий канал на інший бік пластини 2. Таке перетікання газу створить підвищений тиск на одному боці нерухомої статорної пластини 1, тоді як перетікання газу через канали наступної роторної пластини створить понижений тиск на другому боці нерухомої пластини 1. Різниця тисків, що виникла, викличе потік газу через канали нерухомих стартерних пластин 1 в напрямі до випускного отвору насоса. Одночасно потік молекул через канали рухомої пластини 2 у зворотноому напрямі, наприклад, молекул, подібних до , буде направлений перпендикулярно до осі рухомого канала, тобто перетікання газу на інший бік пластини 2 буде утрудено. Отже при роботі насоса виникне молекулярна відкачка газу від впускного отвору до випускного через похилі канали – отвори в пластинах турбіни.

11.12. Переваги та недоліки механічніх молекулярних насосів

Переваги:

1. Відкачка газу починається з момента запуска.

2. Насоси не потребують виморожувальних пасток, оскільки в насосі немає речовин, які могли б забруднити відкачувані об’єми.

3. Можна відкачувати будь-які гази і пару рідин.

Недоліки:

Наявність відповідних зазорів між рухомими і нерухомими частинами викликає необхідність захисту від твердих частинок (скла, металів та ін.), що можуть потрапити з вакуумної камери до робочого обєма насоса.

Запитання для самоперевірки

1. Яке призначення має вакуумне масло в обертових насосах?

2. Яким вимогам повинно задовольняти вакуумне масло?

3. Яку послідовність дій необхідно виконувати для правильного і безпечного запуску й зупинки вакуумного насоса?

4. Які насоси використовують і чому для відкачки пари?

5. Як побудований і працює двороторний насос Рутса?

6. Як побудований і працює молекулярний обертовий насос?

7. Наведіть головні відмінності між молекулярними насосами Гольвека і Зігбана.

8. Як побудований і працює турбомолекулярний вакуумний насос?

9. Назвіть переваги і недоліки молекулярних обертових насосів.

Лекція дванадцята

ПАРОСТРУМИННІ НАСОСИ

Дата добавления: 2014-01-07