Методы получения вакуума

Основные параметры насосов
Для характеристики вакуумных насосов обычно применяют четыре основных параметра:
быстрота действия насоса SН
предельное давление насоса РПР
давление запуска вакуумного насоса РЗ
наибольшее выпускное давление РВЫП.
Предельное давление насоса Рпр - это минимальное давление, которое может обеспечить насос, работая без откачиваемого объекта.
Давление запуска вакуумного насоса РЗ - это максимальное давление во входном сечении насоса, при котором он может начать работу.
Наибольшее выпускное давление РВЫП - максимальное давление в выходном сечении насоса, при котором он может осуществлять работу.

Характеристики насосов

Способы получения вакуума
Классификация способов:
1) Механические методы
2) Физико-химические методы

Механические вакуумные насосы
Принцип объемной откачки
В процессе объемной откачки выполняются следующие операции:
1) всасывание газа за счет расширения объема рабочей камеры насоса;
2) уменьшение объема рабочей камеры и сжатие находящегося в ней газа;
3) удаление сжатого газа из рабочей камеры в атмосферу.
I-полость всасывания;
II-полость сжатия;
а-начало откачки; б-максимальный объем камеры всасывания; в-окончание цикла;
1-камера; 2-ротор; 3-пластины; 4-пружина; 5-впускной патрубок; 6-клапан.
Пластинчато-роторный насос
Скорость откачки 0,12-150 л/с
Предельное давление 10-1 Па
Могут быть масляные и безмасляные.

Работа объемных вакуумных насосов может сопровождаться рядом нежелательных явлений:
- проникновением паров масел из насоса в откачиваемый объем,
- потерей рабочей жидкости через выхлопной патрубок,
- утечкой откачиваемого газа и т.д.
Предельное давление объемных насосов определяется, кроме вышеперечисленных причин, объемом вредного пространства и давлением газа в этом объеме

Некоторые схемы объемных насосов
Золотниковый насос
Скорость откачки 20-600 л/с
Предельное давление 10-1 Па
Масляный насос.
Винтовой насос
Скорость откачки 20-500 л/с
Предельное давление 10-1 Па
Могут быть масляные и безмасляные.

Некоторые схемы объемных насосов
Водокольцевой насос
Скорость откачки 20-1000 л/с
Предельное давление 103 Па
1,2 - когтевидные кулачки; 3,4 канал и зона всасывания; 5- выхлопное отверстие; 6- нагнетательный патрубок; 7- корпус; 8-звукопоглощающий кожух.
Когтевой (кулачковый) насос
Скорость откачки 20-250 л/с
Предельное давление 103 Па

Мембранный (диафрагменный) насос
Скорость откачки 0,3-5 л/с
Предельное давление 100 Па
Безмасляный насос.
Некоторые схемы объемных насосов
Спиральный насос
Скорость откачки 1,5-20 л/с
Предельное давление 10-1 Па
Безмасляный насос.

Двухроторные вакуумные насосы (насосы Рутса)
Последовательное положение роторов при работе двухроторного насоса
Используются в условиях среднего вакуума для быстрой откачки большого объема газов.
Двухроторный насос
Скорость откачки 30-800 л/с
Предельное давление 10-1 Па
Могут быть масляные и безмасляные.

Механические вакуумные насосы
Принцип молекулярной откачки
Удаление газа из вакуумной системы с помощью движущихся поверхностей называется молекулярной откачкой.
Схема механического молекулярного насоса: 1 - статор; 2 - ротор;
3 - впускное отверстие; 4 - выпускное отверстие; 5 - канал
коэффициент компрессии (сжатия).

Схема турбомолекулярного насоса
Турбомолекулярный насос
Скорость откачки 40-6000 л/с
Предельное давление 10-9 Па
Безмасляный насос.

Пароструйные насосы
Принцип пароструйной откачки
Удаление газа из вакуумной системы с помощью высокоскоростной струи называется пароструйной откачкой.
Схема диффузионного насоса:
1 - входное отверстие; 2 - сопло; 3 - рабочая камера насоса; 4 - охлаждение; 5 - выходной патрубок; 6 - нагреватель; 7 - паропровод
Диффузионный насос
Скорость откачки 130-18000 л/с
Предельное давление 10-8 Па
(при использовании криоловушек)
Масляный насос.

Взаимодействие откачиваемого газа с паровой струей зависит от степени вакуума.
При низком вакууме молекулы, находящиеся в пограничном с паровой струей слое, за счет сил внутреннего трения увлекают другие слои газа. Такие насосы называют эжекторными.
В области высокого вакуума механизм увлечения газа обусловлен диффузионными процессами. Вследствие разности концентраций газа над паровой струей и в самой струе происходит диффузия газа в струю. Такие насосы называются диффузионными.
Коэффициент компрессии для диффузионного насоса:
где UП – скорость струи пара,
L – длина струи пара,
DГП – коэффициент диффузии газа через струю пара на выпускную сторону насоса.

где σ1, σ2 – диаметр молекул соответственно газа и пара,
М1, М2 - молекулярный вес соответственно газа и пара,
ТП – температура пара,
РП - давление пара в струе.
Если рассматривать идеальный случай, когда откачка происходит через щель площадью А, то максимальная быстрота действия насоса будет:
Реальная быстрота действия будет меньше из-за неполного захвата молекул газа паровой струей.

Введем коэффициент χ0— вакуум-фактор или коэффициент эффективности диффузионной щели:
Реальная быстрота действия для диффузионной щели в диапазоне давлений, когда она остается постоянной, будет равна:
В области давлений, близких к предельному РПР, быстрота действия SH диффузионного насоса определяется:
Р- рабочее давление

Трехступенчатый диффузионный насос
В паромасляных диффузионных насосах используются рабочие жидкости органического происхождения с низким давлением насыщенных паров 10 -7 —10 -9 Па. Эти масла представляют смесь фракций с различным давлением насыщенного пара и различной массой. С учетом этого в насосах предусмотрено фракционирование рабочей жидкости за счет многоступенчатой конструкции насоса.
а — расположение паропроводов; б — система фракционирования;
Трехступенчатый паромасляный диффузионный насос

Параметры паромасляных диффузионных насосов
Основной характеристикой пароструйных насосов является зависимость быстроты действия от давления на входе в насос:
Быстрота действия SН зависит от совокупности изменения следующих параметров:
-мощности кипятильника,
-рода газа,
-температуры газа,
-рода рабочей жидкости.