Турбомолекулярный вакуумный насос – это вакуумный насос, который позволяет получать высокое качество вакуума. Турбомолекулярный насос является не чем иным, как молекулярной турбиной, которая удаляет газ в результате передачи направленного импульса и столкновения частиц газа с соответствующим образом сформированными лопатками турбины. Турбина вращается с очень большой скоростью. Обычно эта скорость составляет от 24 до 70 тысяч оборотов в минуту. Степень сжатия одного лопастного колеса является небольшой. Поскольку мощность, необходимая для вращения турбины, пропорциональна скорости вращения и момента силы, скорость вращения турбины будет увеличиваться с понижением давления.
Преимущество данного насоса заключается в том, чтобы быстро начать работ. Он устойчив к различным облучениям, атмосферным воздействиям, к хранению газа и эффекту десорбции. Турбомолекулярный вакуумный насос широко используется в ускорителях высокой энергии, реакторах термоядерного синтеза, ускорителей тяжелых частиц и в других электронных устройствах. По надежности он сопоставим с насосом АХ, используемом в химической промышленности.
Турбомолекулярные насосы. Принцип действия
Основными элементами насоса являются две системы лопастей:
-неподвижный статор
-вращающийся ротор
Лопатки ротора расположены радиально на оси, а лопатки статора на внешнем корпусе. Плоскость лопастей не перпендикулярна оси, а повернута на некоторый угол. Угол скручивания плоскости лопастей ротора находится против угла скручивания лопаток статора (представляют собой зеркальное отражение), а зубчатый венец ротора представляет собой перечеркнутые венки статора.
Ротор приводится во вращательное движение, придавая в результате столкновений молекулы воздуха скорость, так что движутся они в направлении выхода насоса. Таким образом, с внутренней вакуумной камеры частицы удаляются, а давление внутри камеры падает. Ротор насоса вращается очень быстро, так, чтобы скорость лопастей была сравнима со скоростью тепловых движений молекул. Скорость вращения может доходить до ста тысяч оборотов в минуту.
Турбомолекулярные насосы. Принцип работы
Турбомолекулярный насос не может работать при атмосферном давлении, когда дорога свободной молекулы воздуха слишком коротка и требует использования другого насоса для получения предварительного вакуума порядка 1 Па. В зависимости от конкретной конструкции и применения, получается вакуум в диапазоне 10-2 10-7 Па. Скорость прокачки колеблется от нескольких десятков литров в секунду в лабораторных насосах до тысяч литров в секунду в производственных системах.
В стандартных лабораторных насосах ротор вращается 800 или 1500 раз в секунду (соответственно 48 000 и 90 000 оборотов в минуту). Компактная конструкция ротора является лучшей в своем классе, благодаря производительности и расходу на самом высоком уровне, вместе с небольшим размером. Технологии сопротивления позволяют получать более высокие давления по продольной оси, в результате чего более высокую эффективность. Серия турбомолекулярных вакуумных насосов использует шариковые керамические подшипники, которые необходимо смазывать постоянно. Средний срок службы устройства значительно превышает 200 000 часов работ.
Вопрос-ответ
Какой принцип работы турбомолекулярного вакуумного насоса?
Насос состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора с лопатками. Лопатки ротора создают направленный импульс и ускоряют молекулы газа к выходу, уменьшая давление внутри камеры. Ротор вращается очень быстро (до 100 000 об./мин.), чтобы скорость лопастей была сопоставима с тепловыми движениями молекул, обеспечивая эффективное удаление газа и создание высококачественного вакуума.
В каких диапазонах вакуума и пропускной способности работают турбомолекулярные насосы?
Они достигают диапазона вакуума от около 10^-2 до 10^-7 Па. Скорость прокачки варьирует от десятков литров в секунду в лабораторных установках до тысяч литров в секунду в промышленных системах. Для предварительного вакуума обычно требуется другой насос, поскольку турбомолекулярный насос не работает при атмосферном давлении.
Какие преимущества и области применения турбомолекулярных насосов?
Преимущества включают быстрое достижение вакуума, устойчивость к облучению и атмосферным воздействиям, совместимость с хранением газа и десорбцией, высокую надежность. Применение: ускорители высокой энергии, реакторы термоядерного синтеза, ускорители тяжелых частиц и другие электронные устройства.
Какова прочность и долговечность конструкций турбомолекулярных насосов?
Современные насосы используют шариковые керамические подшипники и способны работать без смазки в течение длительного времени. Средний срок службы составляет более 200 000 часов, что обеспечивает длительный и стабильный эксплутационный ресурс в промышленной и научной эксплуатации.