Турбомолекулярный насос: принцип работы, констуркция - 72-master.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Турбомолекулярный насос: принцип работы, констуркция

Турбомолекулярный насос: принцип работы, констуркция

Турбомолекулярный насос представляет собой кинетический вакуумный насос, работающий по принципу турбины.

Турбомолекулярный насос

Вакуумный турбомолекулярный насос работает исключительно в паре со вспомогательным насосом, который обеспечивает необходимое выходное давление. Без определенных показателей турбомолекулярное оборудование не запустится.

Отличительными чертами турбомолекулярного насоса выделяют высокую производительность, надежность в процессе эксплуатации и высокую стоимость. Цена турбомолекулярного насоса обусловлена качеством материала конструкции и особенностями строения деталей. Установка специализируется на перекачке газов с большой скоростью. Основные детали конструкции оборудования – ротор, подшипники и статор. Характеристики составляющих турбомолекулярного насоса:

  1. Ротор представляет собой металлическую деталь, имеющую форму цилиндра.
  2. Статор сделан из прочного материала, отличается герметичностью для обеспечения вращения ротора внутри.
  3. Подшипники производят из высокопрочного материала – нитрида силикона. Они обеспечивают высокую устойчивость к износу, а также бесперебойное функционирование оборудования.

Турбомолекулярные насосы востребованы в узкоспециализированных направлениях. Оборудование применяется для нанесения напыления покрытий, толщина пленки которых очень мала, полупроводниковые механизмы и датчики, определяющие утечку вещества, производятся при действии вакуума, создаваемого насосом. К достоинствам турбомолекулярного насоса относят:

  • отсутствие масла в рабочем объеме;
  • нагнетание сверхглубокого вакуума;
  • перекачка крупного объема газов;
  • возможность работы с агрессивными и инертными газами;
  • рабочее давление колеблется в широком диапазоне;
  • устойчивы к резким скачкам показателей давления;
  • быстро запускаются;
  • легкое обслуживание;
  • быстрая и качественная перекачка тяжелых газов.

Для стабильной и бесперебойной работы оборудования необходимо своевременно производить смену смазывающего материала, также рекомендуется следить за состоянием подшипников. Замену комплектующих частей делают специалисты, которые знают особенности и настройки оборудования.

Принцип работы турбомолекулярных насосов

Принцип работы турбомолекулярного насоса заключается во вращении диска с лопастями внутри рабочего объема. Молекулы газа, поступающие в установку через входной патрубок, ускоряются лопастями при движении по специальным канавкам. Затем происходит сжатие газа и его вывод через выходное отверстие под воздействием дополнительного подкачивающего насоса.

Стоит отметить, что в рабочем объеме находятся лопасти 2-х типов:

Они расположены на разных уровнях. Подвижные лопасти передают импульсы молекулам поступающего газа, направляя их в сторону стенок установки. На поверхности молекулы скапливаются, а их термическая скорость увеличивается за счет движения лопастей. Турбомолекулярный насос может быть в 2-х вариантах исполнения: горизонтально направленный и вертикально направленный. Скорость производительности и действия, а также степень сжатия напрямую зависят от скорости, с которой вращается ротор, и от его геометрических особенностей. Фланец оборудования должен быть направлен вниз для предотвращения скопления возле подшипника конденсата рабочей жидкости (масло или вода из форвакуумного трубопровода).

Турбомолекулярный насос ТМН

Турбомолекулярный насос ТМН – насос вращательного типа. Широко используется в различных отраслях промышленности: авиационная, электронная, электротехническая, атомная и другие. ТМН получили распространение благодаря способности не загрязнять рабочую камеру парами углеводорода, максимально ускоряться при работе с легкими газами, создавая в рабочем объеме различную степень сжатия. Распространенная модель – турбомолекулярный насос ТМН-500. Установка отличается высокой эффективностью, скоростью накачивания требуемого вакуума. При этом процесс не зависит от перекачиваемого объема и от качества газа.

Насос выделяется особенностью уравновешивания опоры без вспомогательной балансировки. Это способствует тому, что пользователь может самостоятельно заменить подшипники, а также оба вида лопаток. Существует возможность интенсивного прогрева и продолжительной интенсивной работы.

Турбомолекулярный насос КУКУ

Турбомолекулярный насос КУКУ – универсальная установка безмасляного типа. Отличается гибридной ступенью и необслуживаемыми подшипниками из керамики. Оборудование обеспечивает непрерывную откачку газа без потери трудоспособности.

Смазка используемых подшипников в установке твердая, поэтому насос может устанавливаться в любом удобном положении. Ротор турбомолекулярного насоса производится из цельной заготовки. Это обеспечивает высокую устойчивость к деформациям и отсутствие вибрации во время откачки. Купить турбомолекулярный насос можно у официальных представителей иностранной компании – производителя. Цена оборудования при всех достоинствах конструкции и производительности является доступной.

Ремонт турбомолекулярных насосов

Турбомолекулярные насосы отличаются строгими показателями настроек, которые неопытный пользователь может сбить при попытке самостоятельно отремонтировать оборудование. В случае поломки обязательно следует обращаться к специалистам, которые сделают качественную диагностику установки и произведут замену вышедшей из строя детали. Сервисные центры специализируются на гарантийном и постгарантийном обслуживании установок. Стоимость ремонта зависит от типа поломки и сложности ее устранения. Зачастую на проведенный ремонт выдается долгосрочная гарантия. Также стоит отметить, что цена ремонта представляет собой определенный процент от полной стоимости турбомолекулярного насоса.

Турбомолекулярный насос: принцип работы, констуркция

Принцип действия турбомолекулярного насоса основан на идеях, заложенных в молекулярном насосе, впервые предложенном Геде в 1913 г.

В простейшем варианте (рис. 3.5, а) молекулярный насос состоит из металлического цилиндра (ротора), вращающегося с большой скоростью внутри герметически закрытого корпуса (статора). По своей конструкции этот насос напоминает ротационный, но отличается от него тем, что в нем нет физической границы между объемами низкого и высокого вакуума.

Для молекул газа, попадающих во впускное отверстие насоса со скоростями теплового движения, довольно высока вероятность столкновения с вращающейся поверхностью ротора, в результате чего они остаются на ней некоторое время (равное времени пребывания). После отрыва от поверхности молекулы приобретают высокую скорость, направленную по касательной к вращающемуся ротору.

Таким образом, за счет импульсов, полученных при таких столкновениях, молекулы будут двигаться вслед за цилиндром в полости насоса. Для эффективной работы насоса необходимо, чтобы приобретаемая молекулой дополнительная скорость значительно превосходила скорость ее теплового движения, а длина свободного пробега молекулы была больше размеров впускного отверстия насоса, чтобы практически полностью исключить межмолекулярные столкновения. Геде показал, что в условиях свободно-молекулярного течения отношение давлений на выходе и на входе насоса (степень сжатия) определяется вьтажением

(3.1)

где w — угловая скорость вращения ротора, которая должна быть порядка 10000 об/мин, и А — константа, определяемая геометрией рабочего зазора насоса и природой газа.

Для того чтобы константа А была большой, необходимо увеличивать площадь части поверхности ротора, взаимодействующей с входящим потоком газа, но зазор между ротором и статором при этом должен быть малым. Кроме того, для обеспечения условий свободно-молекулярного течения предварительный вакуум должен быть не хуже 100 Па. В одной из разработанных конструкций (рис. 3.5, б) поверхность была увеличена за счет пазов в роторе, в которые входят перегородки, находящиеся на статоре (рис. 3.5, б). Диаметр ротора при этом составлял 5 см, а зазор между ним и статором — 0,1 мм. Несколько таких откачивающих секций, включенных последовательно, создавали общую степень сжатия по азоту 10 5 .

Быстрота откачки такого насоса относительно низкая и составляет около 10 -3 м 3 с -1 . Были предложены различные конструкции насосов этого типа, в частности насос Голвека , в кото ром использован гладкий ротор, а статор снабжен винтовыми желобками правой и левой нарезки. Ширина желобков постоянна, высота же уменьшается от средней части ротора насоса (вход) к его торцам (выход). При вращении статора молекулы откачиваемого газа перемещаются вокруг и вдоль оси насоса. Аналогичная идея использована в конструкции дискового насоса Зигбана, в котором гладкий диск вращается вплотную к поверхности статора, снабженного несколькими спиральными желобками, по которым откачивается газ.

Однако вследствие требований высокой скорости вращения и очень малых зазоров между вращающимися и неподвижными элементами насоса, а также относительно невысокой быстроты откачки, такие конструкции не выпускались в промышленных масштабах.

Ситуация изменилась в связи с идеей турбомолекулярного насоса, впервые описанной Баккером в 1958 г. Этот насос по своей конструкции напоминает многоступенчатый компрессор или паровую турбину (рис. 3.6, а). Его статор и ротор снабжены лопатками, установленными под определенными углами. Этот насос удовлетворительно функционирует при миллиметровых зазорах между лопатками статора и ротора, что позволяет назначать нежесткие допуски на его изготовление и сборку. Хотя молекулы газа движутся по окружности, в соответствии с направлением движения лопаток, откачка, в отличие от молекулярного насоса, происходит вдоль оси.

Принцип действия тур-бомолекулярного насоса проиллюстрирован на рис. 3.6, б.

Рассматривая усредненный поток молекул газа, движущихся в направлении вращающихся лопаток, можно видеть, что их средние относительные скорости будут составлять с направлением вращения довольно острый угол и они будут ударяться о кромку лопатки, как показано на рисунке. В предположении диффузного механизма рассеяния отраженных частиц молекулы, отраженные в пределах угла ?1, будут возвращаться в область 1, тогда как все молекулы, отраженные в пределах угла ?3, будут попадать в область 2. Молекулы, отразившиеся в пределах угла ?2, могут оказаться как по ту, так и по другую сторону лопаток.

В аналогичных ситуациях оказываются и молекулы, сталкивающиеся с лопаткой со стороны 2. Вероятность того, что молекулы перейдут с одной стороны лопатки ротора на другую, зависит от соотношения углов, и, как видно из рисунка, вероятность переноса молекул в область 2 намного выше вероятности обратного процесса.

Механизм переноса молекул был исследован с помощью метода Монте-Карло. Оказалось, что зависящая от скорости вращения лопатки и угла ее установки вероятность переноса молекулы из области 1 в область 2 примерно в 10—40 раз больше, чем в обратном направлении.

Читайте также:  Пpoвepeнные peцeпmы пacxaльных кулuчей

Однако суммарный поток газа вдоль оси ротора зависит не только от рассмотренных вероятностей, но также от перепада давлений на лопатках. Конструкция, рассчитанная на максимальную быстроту откачки, обычно характеризуется низкой степенью сжатия, и наоборот. Таким образом, приходится идти на компромисс между степенью сжатия и быстротой откачки.

Поскольку молекула, отраженная лопаткой, приобретает тангенциальную составляющую скорости в направлении движения ротора, она будет ударяться о лопатку статора под углом отражения. Но поскольку лопатки статора расположены под противоположным углом по отношению к лопаткам ротора, поток молекул газа будет ускоряться вдоль оси насоса. В реальных конструкциях используются несколько пар ротор — статор; каждая пара образует одну откачивающую ступень.

В современных насосах этого типа довольно часто несколько откачивающих ступеней на входе конструируют из расчета достижения максимальной быстроты откачки, тогда как остальные, расположенные на выходе насоса, конструируют из расчета достижения высоких степеней сжатия. Конструкция турбомолекулярного насоса, описанного Беккером и выпускаемого фирмой Arthur Pfeiffer GmbH, имеет две откачивающие секции, расположенные симметрично относительно входа (рис. 3.7).

Скорость вращения ротора зависит от размеров насоса и обычно составляет около 10 000 об/мин. Такая высокая скорость вращения создает значительные нагрузки в подшипниках, которые в связи с этим следует эффективно смазывать потоком масла и одновременно охлаждать водой. На турбомолекулярных насосах были получены почти такие же скорости откачки, как и у диффузионных насосов таких же размеров. Насосы, изготовляемые фирмой Pfeiffer, обеспечивают быстроту откачки в диапазоне 250— 15 000 м 3 ч -1 при степени сжатия 10 9 по азоту и 10 3 по водороду.

Поскольку для достижения свободномолекулярных условий течения турбомолекулярные насосы откачиваются ротационными или сорбционными насосами, возможно достижение в вакуумной системе степени разрежения ниже 10 -8 Па. В системе остаются в основном легкие газы, такие, как водород.

Поскольку максимальная степень сжатия соответствует тяжелым молекулам, пары масла из подшипников не попадают в систему, так что турбомолекулярные насосы позволяют получать вакуум, в котором отсутствуют следы углеводородов и нет необходимости использовать отражатели и ловушки, охлаждаемые жидким азотом. Однако необходимо отметить, что когда насос находится в нерабочем состоянии (не вращается), пары масла из подшипников могут попадать в вакуумную систему, поэтому должны быть приняты соответствующие меры предосторожности.

Последние конструкции турбомолекулярных насосов рассчитаны по теории Кругера и Шапиро. В этих насосах усовершенствованы лопатки, что позволило повысить их эффективность по сравнению с базовой конструкцией Беккера. Увеличение скорости вращения ротора до 42 ООО об/мин при помощи электродвигателей постоянного тока с электронным управлением позволило Остерстрему и Шапиро разработать конструкцию, обладающую десятикратной быстротой откачки (при небольшом уменьшении степени сжатия) и в два раза меньшим числом откачивающих секций по сравнению с базовой моделью такого же размера.

Миргелем предложена альтернативная конструкция, в которой ротор вращается вокруг вертикальной оси, а поток газа движется в одном направлении (в отличие от конструкции Беккера, где входящий газ разделяется на два потока, рис. 3.7). По сравнению с горизонтально расположенным ротором такой насос, выпускаемый фирмой Leybold-Heraues, обладает более компактной конструкцией (рис. 3.8).

Одно из преимуществ этого насоса заключается в отсутствии неравномерности нагрузок на подшипники, что могло бы привести к выдавливанию смазывающей жидкости или ее паров из привода и последующему попаданию их в вакуумную установку. Насос имеет следующие характеристики: диаметр 20 см, высота 46 см, скорость вращения статора 24000 об/мин, быстрота откачки 1332 м 3 *ч -1 .

Позже этой же фирмой была выпущена новая модель насоса с подшипниками на магнитной подвеске с целью исключения любой возможности загрязнения вакуума маслом. Подшипники этого типа имеют очень сложную конструкцию и поэтому весьма дорогие.

Хотя турбомолекулярный насос обеспечивает более высокую скорость откачки по сравнению с молекулярным насосом, последний способен достигать большей степени сжатия. Это соображение было использовано фирмой CIT-Alcatel в комбинированном варианте насоса. Конструкция этого насоса, в котором соединены оба устройства, описана в работе и схематически представлена на рис.3.9. На входе насоса расположен четырехступенчатый турбомолекулярный насос диаметром 20 см. За ним на той же самой оси размещен молекулярный насос цилиндрического типа.

Рис. 3.9 Сблокированные турбомолекуляриый и молекулярный насосы

Высокая степень сжатия позволяет осуществлять откачку до давлений ниже 10 -6 Па с выхлопом откачанного газа непосредственно в атмосферу. Однако для достижения условий свободно-молекулярного течения на входе в насос необходимо создать начальный форвакуум 10 Па.В последних конструкциях предусмотрена установка воздушного турбокомпрессора на оси ротора.

Такие турбомолекулярные насосы обеспечивают высокую быстроту откачки, высокий вакуум (до 10 -8 Па) и отсутствие загрязняющих следов масла. Рабочая часть насоса обычно может прогреваться до 10O 0 C или несколько выше; кроме того, при эксплуатации такого насоса не требуется отражателей или ловушек.

Однако эти насосы все же представляют собой прецизионные устройства, работающие при высоких скоростях вращения ротора, поэтому они весьма дороги и требуют регулярного и квалифицированного технического обслуживания. Особенно это касается проблемы износа подшипников, которые легко подвержены повреждениям от твердых частиц, способных попасть в насос. Если форвакуум создается ротационным насосом, то следует предусмотреть меры, предотвращающие попадание паров масла, хотя эта проблема для турбомолекулярного насоса не так важна, как в случае диффузионного, ввиду высокой степени сжатия для тяжелых молекул.

В последнее время турбомолекулярные насосы находят все более широкое применение, особенно в электронных микроскопах, где требуется довольно высокая производительность при полном отсутствии загрязнения маслом.

Турбомолекулярный насос – характеристики и принцип работы турбомолекулярных насосов. Молекулярные и турбонасосы применение.

Турбомолекулярный насос предназначен для создания среднего, высокого и сверхвысокого вакуума. Он же отвечает за его поддержание. В основе работы насоса заложено придание дополнительной скорости откачиваемому газу в заданном направлении. Элементы, которые придают движение молекулам – это диски. Турбомолекулярный насос способен создавать вакуум, диапазон которого составляет от 10-2 Па до 10-8. Ротор вращается со скоростью более 20 тыч об/мин. В комплект оборудования входит форвакуумный насос.

Высоковакуумный турбомолекулярный насос twistorr 84 fs относится к категории малых агрегатов. Его производительность составляет 70 л/с. Он создавался по новой технологии Agilent, которая уже зарекомендовала себя на рынке вакуумных насосов. Она нашла применение в таких насосах как TwisTorr 304 FS и TwisTorr. Новая технология способствовала снижению веса и длины ротора. При этом снижение производительности не произошло.

Она обладает высокой производительностью в своем классе. Инженерам удалось увеличить стабильность работы с повышенными газовыми нагрузками. Срок службы подшипников увеличен, энергопотребление уменьшено.

Турбомолекулярный насос TG350F – это многоступенчатый гибридный образец, который имеет турбомолекулярный принцип действия. В агрегат встроены молекулярные ступени, которые имеют металлокерамические подшипники. В установке используется высококачественная консистентная смазка, обладающая низким давлением пара, способствующего получению сухого вакуума. Срок службы подшипников – 20 тыс. часов без дополнительной смазки. Турбомолекулярный насос может устанавливаться в любом положении и будет продолжать выполнение своей функциональной задачи. Срок службы агрегата в стандартном режиме вкупе составляет более 100 тыс. часов. Он обладает небольшими размерами, массой. Может встраиваться в различные вакуумные системы. Расходы на эксплуатацию агрегата малы, система охлаждения может быть воздушной или водяной. Расход энергии низкий.

Молекулярный насос

Принцип работы молекулярного насоса увеличении газа посредствам ударения его молекул о вращающиеся лопасти мотора. При размещении в разряженном газе поверхности, которая будет быстро двигаться, его молекулы, ударяясь об нее, будут приобретать дополнительную скорость.

Молекулярный насос MDP 5011, цена которого ниже агрегатов данной категории, является кинетическим. Молекулы газа, соприкасаясь с поверхностью ротор-стакана, приобретают дополнительный импульс, который несет их к направлению выхода из насоса. Он способен откачивать небольшие объемы.

Турбонасос

Турбонасос сочетает действие осевого компрессора и молекулярное увеличение. Их совместное усилие позволяет увеличить линейную скорость крайних точек окружности до 430 м/с. Вал такого агрегата вращается с огромной скоростью, которая может достигать 60000 об/мин. Насосы этого типа постоянно готовы к использованию. Для того, чтобы начать выполнять функциональное предназначение, турбонасосу необходимо не более 15 минут. Агрегат способен выдерживать резкое увеличение давление. Степень сжатия с помощью турбонасоса может составлять до 10х15 степени.

Насос ТМН

Безмасляный вакуум высокого давления можно получить при помощи турбомолекулярного насоса ТМН-200. Данный насос получил широкое применение благодаря возможности последовательного включения вращательного насоса с уплотнением. В его конструкцию входит многоступенчатый компрессор, на корпусе которого имеются статорные диски. Их наклон составляет 14 -40 градусов относительно оси. Двигатель способен придавать ему вращение более 1000 об/мин. Быстродействие агрегата составляет 200 л/с.

Турбомолекулярный насос ТМН 500 выполняет быстрое откачивание вакуумной среды. Он способен откачивать неагрессивный газ любого качества. При работе ТМН 500, в остаточном спектре не остаются тяжелые углеводы. Наличие самоуравновешивающейся опоры ротора позволяет при замене подшипников восстанавливать долговечность агрегата. Производить замету лопаток статорных и роторных дисков. Турбомолекулярный насос способен продолжительное время осуществлять откачку большого потока газов. Быстрота его действия составляет 500 л/с., при этом коэффициент сжатия равен 2000 отн.ед.

Читайте также:  Оформление открытого балкона — создание уютного пространства для отдыха

Сухой насос

Пластинчато-роторные насосы относятся к сухому типу. С их помощью можно получить средний вакуум. Их особенность заключается в отсутствии масла в системе. Это означает отсутствие масляного выхлопа. Максимально достигаемая глубина вакуума составляет до 400 мбар. Это зависит от модели установки. Соответственно, минимальное давление, относительно атмосферного, будет составлять 9%.

Создание качественного сухого насоса – дело сложное. В мире всего несколько производителей, которые на такое способны. Если быть точнее, то выпускают модели небольшой производителей много стран: Китай, Америка и т.д. Но высокопроизводительных образцов не так и много.

Принцип действия сухих вакуумных насосов не отличается от масляных. Однако имеются некоторые расхождения. Для смазки деталей в сухих насосах масло не используется, поэтому лопасти изготавливать из металла нет смысла. Материал лопастей таких агрегатов – графитовый композит. Он трется намного меньше, чем метал и обеспечивает уплотнение камеры насоса.

Сухие вакуумные насосы не имеют масляного выхлопа – это их большое преимущество. Нет надобности, периодически производить замену масла и постоянно следить за его уровнем. Благодаря отсутствию системы циркуляции масла, стоимость продукта снижена.

Есть у них и недостатки. Это глубина достигаемого вакуума, уменьшенный срок службы лопастей. Графитовая пыль от лопастей, при большом износе, может попадать в выпускаемый воздух.

Безмасляный насос

Безмасляный вакуумный насос, он же сухой вакуумный насос может создавать низкий и средний вакуум. Чаще всего, представителями данного типа являются платинчато-роторные вакуумные насосы и компрессоры, которые не имеют системы смазки. Они непрерывно откачивают воздух и неагрессивные смеси. Минимальное значение давления данных агрегатов составляет около 100 мбар.

Безмасляные насосы, как правило, комплектуются антифрикционными самосмазывающими материалами, которые могут долго работать и иметь при этом низкую изнашиваемость. Расходы на такое оборудование значительно меньшее, чем на аналоговое, масляное. Они более компактны и потребляют меньшее количество энергии, экологически чисты и обладают низким уровнем шума.

Данный тип насосов разработан, чтобы заменить спиральный форвакуумный насос. Его значительное преимущество – низкая стоимость. Спрос на недорогие и небольшие агрегаты постоянно растет. А безмасляные форвакуумный насос – один из лучших вариантов. Во многих сферах производства требуется, чтобы откачиваемые пары были чистыми, и в них не было примеси масла.

Форвакуумный насос

Форвакуумный насос 2НВР-5ДМ двухступенчатый, роторно-пластинчатого типа. Он производит откачивание воздуха и газов из вакуумных систем. Примеси, которые подвергаются откачиванию, должны быть предварительно очищены от влаги и грязи. Данный агрегат комплектуется асинхронным электродвигателем. В конструкцию установки входит моноблочная конструкцию. Устройство его отсечения – автоматическое, производящее отсечение откачиваемого объема.

Рабочий процесс откачивания и всасывания происходит путем изменения объема основной камеры. В камере находится вращающий ротор, который, за счет эксцентрического вращения изменяет рабочий объем. Во время этого процесса, лопатки, которые помещены в прорези ротора, прижимаются к стенкам цилиндра. Поточная часть установки изготавливается из углеродистой стали и углепластика. Вал уплотняется манжетой.

Вакуумный насос 2НВР-5ДМ активно применяется в химической и радиотехнической сфере. Вкупе с высоковакуумными насосами используется в высокопроизводительных предприятиях различного типа.

Турбомолекулярный насос. Виды и работа. Применение и особенности

Турбомолекулярный насос представляет собой специализированный вакуумный агрегат, который используется для образования вакуума большого значения. Установки данного типа имеют немного разновидностей, ведь аналогов, способных создать сверхвысокий вакуум, практически не существует. Впервые о турбомолекулярных устройствах заговорили в 1913 году. Именно тогда Геде придумал, как создать молекулярный насос. Однако первые турбомолекулярные устройства стали появляться только в 1958 году благодаря Беккеру. Постепенно их стали активно применять в промышленности.

Огромную роль в процессе создания вакуума выполняет принцип работы насоса. Молекулярное состояние системы находится в прямой зависимости от турбины, которая применяется в данном агрегате. Эта турбина способствует ускорению процесса создания вакуума. Эти агрегаты получили широкое распространение в промышленности, авиации, научных лабораториях и тому подобное.

Виды
Турбомолекулярный насос в зависимости от конструктивного исполнения может быть:

  • Двухпоточным.
  • Однопоточным.
  • С лопатками.
  • С дисковыми рабочими колесами.
По своей конструкции подобные агрегаты могут быть классифицированы по трем видам:
  1. Цилиндрический вид, в роторе которого имеются кольцевые каналы. Данный агрегат имеет конструктивное исполнение Геде;
  2. Цилиндрический вид, по поверхности его ротора располагаются каналы спирального вида. Данный агрегат часто называют устройством Хольвека.
  3. Дисковый вид, в котором используются каналы спирального вида от наружного диаметра к диску. Этот тип конструкций часто называют устройством Зигбана.

Конструктивно схема устройства, который предложил Беккер, имеет корпус, в котором установлены неподвижные статорные диски. Ротор представляет вал с колесами, которые представляют диски с фрезерованными косыми пазами радиального вида. Они также могут представлять лопаточные колеса, лопатки на них ставятся под некоторым углом к торцовой плоскости втулки. В случае, когда колеса выполнены в виде дисков с прорезями, то в статорных колесах прорези выполняются зеркально. Для лопаточного исполнения применяются те же условия, но уже с учетом углов установки. Чтобы упростить установку статорных колес их разрезают по диаметру.

В молекулярные агрегаты цилиндрического вида, в которых каналы спирального вида находятся по поверхности ротора, имеют несколько иное исполнение. Здесь, в отличие от агрегатов Геде, каналы создаются винтовыми корпусными канавками. В этих устройствах отсутствуют отсекатели, что снижает объем перемещающегося газа.

Газ посредством патрубка для всасывания направляется насос, где перемещается по винтовым канавкам и делится на потоки. Оттуда он выходит в полости нагнетания, из них газ откачивается с помощью форвакуумного насоса. Ротор начинает работать благодаря электрическому двигателю. Чтобы исключить перемещение газов внутренняя часть насоса надежно изолируется от внешней среды.

В устройстве Зигбана дискового вида каналы изготавливаются в крышках торцового вида. Вращающийся диск в данном случае находится в корпусе. Газ направляется в каналы спирального вида посредством патрубка для всасывания. В большинстве случаев используются три спирали, через которые газ направляет к центру диска, где с помощью форвакуумного насоса откачивается.

Главный минус насосов указанных исполнений – это необходимость применения современного высокоточного оборудования для их производства и сборочных работ. В случае погрешностей в мехобработке или увеличении зазоров происходит резкое перетекание газов, вследствие чего существенно снижаются показатели откачивания. Тем не менее, молекулярные ступени с успехом применяются в комбинированных турбомолекулярных устройствах.

Подобные агрегаты выпускают разные производители, вследствие чего они также добавляют разнообразные новшества в своих моделях.

Устройство

Турбомолекулярный насос работает благодаря статорным и роторным дискам, у которых имеются радиальные косые каналы. Их стенки находятся под углом порядка 15-40 градусов по отношению к плоскости диска. При этом каналы статоров располагаются зеркально по отношению к роторам. Между валом ротора и статором есть зазоры, которые позволяют перемещаться молекулам газа в сторону откачки. Подобная система подвижных и неподвижных каналов обеспечивает перепад давлений и способствует эффективному образованию вакуума.

Насос приводится в движение благодаря высокочастотному электрическому двигателю. Ток в двигатель подается от электрической сети или мощного аккумулятора. Ротор движка располагается в форвакуумной полости вместе с валом насосного ротора. Такое конструктивное исполнение исключает манжетный износ.

Вращение ротора осуществляется с частотой порядка 18-100 тысяч оборотов в минуту. Поэтому во время сборочных работ насос подвергается тщательной балансировке, во время которой подшипники устанавливаются с максимальной точностью. Для таких агрегатов применяются специальные подшипники, имеющие текстолитовые сепараторы. Чтобы подшипники работали без перебоев, им нужна смазка. С этой целью используется маслонасос, для которого устанавливается свой электрический движок. Воздух подается через входной патрубок.

Когда начинается вращаться двигатель, в движение приводится ротор насоса, он вращается относительно статора. Лопатки ротора и статора располагаются по отношению друг к другу зеркально. Вместе они создают ступень насоса, обеспечивающую компрессионное сжатие воздушных масс. Для воздуха компрессия может достигать показателя 30. Однако в агрегатах применяется сразу несколько ступеней, вследствие чего компрессия может достигать показателя в несколько сотен единиц.

Далее в действие вступает форвакуумный насос, который благодаря компрессии легко откачивает воздушные массы. Указанное конструктивное исполнение вызвано тем, что для работы данного агрегата требуется определенное давление, чтобы насос мог приступить к работе. Внешний вид подобного агрегата напоминает турбину, вследствие чего и пошло название турбомолекулярный насос.

Принцип действия

Турбомолекулярный насос можно отнести к кинетическим агрегатам, которые работают на принципе передаче импульса молекулам для направления их к откачивающему устройству. Его конструкция напоминает ротор из многочисленных ступеней. Типичная конструкция выполнена в виде вращающегося круглого диска, на котором расположены лопасти. Они во время вращения действуют на молекулы воздушных масс и передают им энергию, направляя через статорные канавки.

Читайте также:  Делаем кипятильник из подручных материалов

В насосе предусмотрено несколько ступеней, на каждой из которых происходит сжатие газа до момента, когда они не дойдут до нагнетательного отверстия. Через него сжатый воздух легко откачивается насосом. Быстродействие и параметры сжатия определяются геометрией роторной и статорной частей, их скоростью вращения, а также числом лопастей. Агрегат производится в вертикальном либо горизонтальном исполнении.

Применение

Турбомолекулярный насос находит широчайшее применение во многих сферах деятельности. Данные агрегаты применяются в промышленности, в первую очередь это касается медицинской, металлургической, авиационной, атомной, химической, радиотехнической и электронной промышленности.

  • Их используют во всевозможных технологических процессах.
  • Обеспечения функционирования установок и оборудования, где наблюдается необходимость создания и поддержания вакуума высокого значения.
  • Также турбомолекулярный насос применяется в аналитических приборах, к примеру, в многокамерных масс-спектрометрах.
  • Такие агрегаты незаменимы при создании полупроводников, в частности в ионной имплантации и сухом травлении. Производителям необходимо повышать производительность оборудования, их надежность. Поэтому без турбомолекулярных устройств здесь не обойтись. Данные процессы проходят с применением коррозионных и агрессивных газов, поэтому насосы снабжаются защитой и соответствующим покрытием.
  • Напылении материалов.
  • При испарении, покрытии и травлении разнообразных материалов.
  • Химическом осаждении.
  • В создании ускорителей частиц.
  • При вакуумировании электронных ламп.
  • В случае необходимости имитации космического пространства.
  • Изготовление вакуумных печей.
  • Для создания устройств поиска протечек.
  • Создания сверхвысоковакуумного оборудования.
  • В производстве электронных приборов и так далее.

Турбомолекулярный насос – принцип работы турбомолекулярного насоса. Особенности в плане ремонта турбомолекулярных насосов. Отличия Турбомолекулярного насоса КУКУ от Турбомолекулярного насоса ТМН

Турбомолекулярный насос — один из наиболее популярных вакуумных агрегатов, который уже успел завоевать крепкое место на огромном рынке вакуумной техники. Данный тип насоса предназначен для создания и соответственно поддержки высокого и сверхвысокого вакуума. Установки подобного типа — это действительно большая редкость, так как сверхвысокий вакуум — это уровень, достичь которого очень трудно Принцип работы турбомолекулярного насоса заключается в посыле некого сигнала молекулам откачиваемого газа. Далее в процесс вступают огромные скорости, благодаря которым собственно и удается начать работу данного устройства. Если говорить о скорости вращения ротора в турбомолекулярном насосе, то этот показатель достигает нескольких десятков тысяч оборотов за одну минуту. Но также стоит помнить, что для применения подобного насоса также требуется и наличие форвакуумного насоса, который служит неким дополнением, и без него провести рабочий процесс попросту не получится.

При выборе вакуумного насоса для длительной работы, люди чаще всего обращают свое внимание на такой пункт, как: скорость откачки. Делается это для того, чтобы достигать как можно больших показателей производительности, которые напрямую зависят от того, какова будет скорость откачки данного устройства.

В таком механизме, как турбомолекулярный насос, скорость откачки определяется при помощи наружного диаметра ступеней ротора. Делается это путем высчитывания количества углов наклона и вычисления первых ступеней скорости вращения. Если внутри устройства уже высокий уровень давления, то его скорость откачки напрямую зависит от того, насколько эффективно будет работать форвакуумный насос. При увеличении давления на входе, трение ступеней у проточной части становится только больше, а это значит, что и количество электроэнергии для его работы увеличивается в несколько раз. Далее этот процесс приводит к тому, что проточная часть насоса ТМН становятся все горячее. Стоит также отметить, что ни в коем случае нельзя допускать снижения скорости откачки устройства, так как в подобном случае внутри механизма может произойти серьезный бой, который однозначно обернется серьезными последствиями.

Для того чтобы подобной угрозы не было, производители насосов ТМН установили в устройство систему отключения питания, которая срабатывается если вращение ротора переходит за определенный уровень.

Не менее важной частью турбомолекулярного насоса является контроллер. Так как системы подобного типа требуют огромного количество оборотов в минуту, для достижения высоких показателей производительности, в системе обязан быть контроллер, который будет регулировать все эти процессы. Абсолютно все турбомолекулярные насосы оснащены таким контроллером, так как именно через него происходит регулирование частоты и тому подобных процессов, которые каким-то образом влияют на работу.

Но это еще далеко не все элементы турбомолекулярного насоса, которые играют большую роль. Всего существует еще огромное количество элементов, которые также в некоторых ситуациях могут быть очень важными. Но стоит учитывать и цену данного агрегата, так как подобные устройства находятся на уровне среднего ценового сегмента, и турбомолекулярный насос сможет позволить себе далеко не каждый.

Принцип работы турбомолекулярного насоса

Турбомолекулярный насос — это устройств, принцип работы которого сочетает в себе некие элементы осевого компрессора и молекулярного увлечения. Это приводит к тому, что процесс вращения ротора начинает иметь крайние точки, что позволяет на выходе получить линейную скорость около 430 м/c. Именно поэтому, вал турбомолекулярного насоса напрямую зависит от диаметра самого насоса и в результате мы получаем показатели скоростей от 10000 до 60000 оборотов в минуту.

Стоит также взять во внимание тот факт, что принцип работы турбомолекулярного насоса в сравнении с другими устройства сверхвысокого вакуума имеет целый ряд существенных преимуществ, о которых мы сейчас и поговорим.

Преимущества турбомолекулярного насоса:

  • Максимальный уровень готовности к началу работы
  • Быстрый запуск системы, который длится не более 15 минут
  • Высокий уровень степени сжатия
  • Широкий диапазон рабочего давления, которого более чем достаточно для решения большинство задач
  • Не снижает уровень работоспособности при резких перепадах давления

Глядя на все эти преимущества, можем сделать вывод, что турбомолекулярный насос — это действительно очень мощное и качественное устройство, которое можно применять в самых разных направлениях не боясь за показатели его производительности.

Турбомолекулярный насос ТМН

Турбомолекулярный насос ТМН — устройство, позволяющее достигать уровень среднего, высокого и даже сверхвысокого вакуума, что на данный момент является более чем высоким показателем.

Внутри насоса ТМН, мы сможем увидеть многоступенчатый осевой компрессор, который напрямую зависит от работы статорных ступеней и самого ротора. Статорные ступени в данном механизме получили в свое пользование плоские наклонные каналы, которые расположились вдоль радиуса лопаток. После того, как в системе начинается процесс вращение роторных ступеней, механизм сразу же начинает процесс откачки молекул газа, что позволяет достигать высокого уровня производительности данного устройства.

Наиболее удачно насосы ТМН себя демонстрируют в молекулярном режиме, так как именно там они имеют все возможные условия для производительной работы. Для того чтобы устройство могло работать без перебоев и демонстрировать постоянно высокий показатель работоспособности, они также снабжаются форвакуумным насосом, который расположен на выходе и выполняет ряд важнейших функций, без которых большинство процессов стали бы попросту невозможными.

Турбомолекулярный насос KYKY

Турбомолекулярный насосы данной серии всего за два года успели увеличить свои продажи в несколько раз, и ничего удивительного в этом нет. Главной на то причиной, является производительность и качество таких насосов, которые можно применять где угодно, и в любом из направлений, результаты производительности будут максимально высокими.

Если же говорить о наиболее удачной модели подобного насоса, то – это KYKY FF-63/70E. Эта версия турбомолекулярного насоса имеет безмасляный тип работы, так именно такой принцип работы позволяет деталям быть в максимально хорошем состоянии.

Цена подобных устройств на данный момент находится на достаточно высокой отметке, так как характеристики агрегата действительно удивляют.

Характеристики турбомолекулярного насоса KYKY FF-63/70E:

  • Мощность потребления – 100 В
  • Охлаждение системы – Водяное (воздушное)
  • Быстрота действия в л/c – 62
  • Скорость вращения ротора в системе – 51000
  • Время, требуемое для начала работы – 1.5 мин

Таких характеристик более чем достаточно для работы в серийном производстве, что уже является показателем высокого уровня производительности устройства. Так что если вы всерьез задумались над покупкой подобного агрегата, то можете обратить свое внимание на модель KYKY FF-63/70E, которая действительно стоит своих денег.

Ремонт турбомолекулярных насосов

Большое количество людей отказывается от покупки турбомолекулярных печей, думая, что сложная конструкция не позволит производить быстрый ремонт данного агрегата. Но на самом деле, устройство продумано таким образом, что все сложные элементы системы заменяют друг друга, и починка определенных устройств в системе не будет чем-то ужасным. Примечательным является тот факт, что если поломка не очень значительная, то устройство некоторое время сможет продолжать свою работу без потери эффективности.

Как показывает практика, турбомолекулярные насосы вовсе редко попадают в станцию техобслуживания и немалую роль в этом играет качество изготовления таких насосов, которые способны работать при любых условиях. Но если они и попадают в ремонт, то в 95 процентах случаев все заканчивает без каких-либо проблем. Причем и стоимость починки подобного устройства не столь велика по сравнению с насосами других разновидностей.

Ссылка на основную публикацию