Классификация вакуумных насосов, их основные параметры и принципы действия
По назначению вакуумные насосы делятся на низко-, средне-, высоко- и сверхвысоковакуумные, а по принципу действия - на механические и физико-химические. Получение вакуума возможно удалением газа из откачиваемого объема за пределы вакуумной системы или связыванием его в вакуумной системе. Вакуумные насосы, которые откачивают газ отдельными порциями в результате периодического изменения объема и положения рабочей камеры, называют объемными вакуумными насосами. Вакуумные насосы, в которых вакуум получается за счет связывания газа в вакуумной системе, называют сорбционными насосами. Классификация вакуумных насосов дана на рис. 1.1.
Вакуумный насос - устройство, предназначенное для создания, повышения и (или) поддержания вакуума.
Низковакуумный насос - вакуумный насос, предназначенный для понижения давления в откачиваемом объеме, начиная от атмосферного.
Высоковакуумный насос - вакуумный насос, работающий на ступени самого низкого давления откачной системы, которая состоит из двух или более последовательно соединенных насосов.
Форвакуумный насос - вакуумный насос, предназначенный для поддержания выпускного давления другого насоса.
Бустерный вакуумный насос - вакуумный насос, устанавливаемый между форвакуумным и высоковакуумным насосами для увеличения быстроты откачки системы насосов при среднем вакууме или для оптимизации давления в откачной системе и уменьшения объемного расхода, необходимого для форвакуумного насоса.
Вакуумный насос предварительного разрежения - вакуумный насос, предназначенный для понижения давления в откачиваемом объеме или откачной системе от атмосферного давления до значения, при котором может начать работу другая откачная система или вакуумный насос.
Одноступенчатый вакуумный насос - вакуумный насос, в котором перепад давлений создается одной рабочей ступенью.
Многоступенчатый вакуумный насос - насос, в котором перепал давлений создается последовательно несколькими рабочими ступенями.
Механический вакуумный насос - газоперекачивающий вакуумный насос, откачивающее действие которого основано на перемещении газа вследствие механического движения рабочих частей насоса.
Вакуумный насос объемного действия - механический вакуумный насос, в котором объем, заполненный газом, периодически отсекается от входа, обеспечивая перемещение газа к выходу.
Рис. 1.1. Классификация вакуумных насосов
Газобалластный вакуумный насос - насос с масляным уплотнением, снабженный устройством для дозированной подачи неконденснрующегося газа для исключения конденсации откачиваемых паров в насосе.
Поршневой вакуумный насос - вакуумный насос объемного действия, в котором сжатие и нагнетание газа происходят под действием возвратно-поступательного движения поршня.
Вращательный вакуумный насос - вакуумный насос объемного действия, в котором сжатие и нагнетание газа осуществляют вращающие поверхности твердого тела.
Пластинчато-роторный вакуумный насос - вращательный вакуумный насос, в котором эксцентрично установленный ротор вращается тангенциально относительно неподвижной поверхности статора.
Пластинчато-статорный вакуумный насос - вращательный вакуумный насос, в котором эксцентрично установленный ротор вращается, скользя по внутренней стенке статора.
Плунжерный вакуумный насос - вращательный вакуумный насос, в котором эксцентрично установленный ротор вращается относительно внутренней стенки статора.
Жидкостно-кольцевой вакуумный насос - вращательный вакуумный насос, в котором эксцентрично установленный ротор с закрепленными на нем лопатками отбрасывает жидкость к стенке статора.
Двухроторный вакуумный насос (насос Рутеcа) - вращательный вакуумный насос, рабочая камера в котором имеет два взаимно связанных ротора, по форме напоминающие восьмерки, синхронно вращающихся в противоположных направлениях с очень малым зазором, не касаясь один другого и стенок камеры.
Вакуумный турбонасос - кинетический вакуумный насос, в котором импульс движения передается газу от вращающихся твердых поверхностей.
Молекулярный вакуумный насос - кинетический вакуумный насос, в котором молекулам газа в результате их соприкосновения с поверхностью высокоскоростного ротора сообщается импульс количества движения, заставляющий их перемещаться в направлении к выходу насоса.
Турбомолекулярный вакуумный насос - молекулярный вакуумный насос, на валу ротора которого закреплены диски с прорезями или лопатками, вращающиеся между соответствующими дисками статора.
Струйный вакуумный насос - газоперекачивающий вакуумный насос, в котором откачка происходит путем захвата газа струей рабочего тела (жидкости, пара или газа).
Эжекторный вакуумный насос - пароструйный низковакуумный насос, в котором происходит турбулентно-вязкостный захват молекул откачиваемого газа струей паров рабочей жидкости насоса.
Жидкостно-струйный вакуумный насос - струйный вакуумный насос, в котором в качестве рабочего тела используют струю жидкости.
Газоструйный вакуумный насос - струйный вакуумный насос. в котором в качестве рабочего тела используют струю газа.
Пароструйный вакуумный насос - струйный вакуумный насос. в котором в качестве рабочего тела используют струю паров рабочей жидкости.
Диффузионный вакуумный насос - пароструйный высоковакуумный насос, в котором захват газа струей паров рабочей жидкости происходит за счет диффузии газа в струю.
Ионный вакуумный насос - кинетический вакуумный насос, в котором молекулы газа ионизируются, а затем перемещаются к выходу насоса с помощью электрического и магнитного полей.
Сорбционный вакуумный насос - газоулавливающий вакуумный насос, в котором откачка происходит вследствие сорбции газа материалом сорбента.
Адсорбционный вакуумный насос - сорбционный вакуумный насос, в котором откачка происходит вследствие физической сорбции газа пористым сорбентом при низкой температуре.
Геттерный вакуумный насос - сорбционный вакуумный насос, в котором откачка происходит преимущественно вследствие хемосорбции газа геттером (газопоглотителем).
Сублимационный вакуумный насос - геттерный вакуумный насос, поглощающая поверхность которою обновляется при конденсации на ней термически испаряемого геттера.
Геттерно-ионный вакуумный насос - геттерный вакуумный насос, в котором наряду с хемосорбцией происходит ионизация газа с последующим внедрением ускоренных ионов в поверхность распыленною геттера.
Вакуумный крионасос - конденсационный или сорбционный насос с рабочими поверхностями, охлаждаемыми до сверхнизких температур, позволяющих конденсировать откачиваемые газы.
Основные характеристики вакуумных насосов следующие.
Быстрота откачки вакуумного насоса Sоб - объем газа, откачиваемый в единицу времени при фиксированном давлении.
Быстрота действия вакуумного насоса Sн - величина, характеризующаяся быстротой откачки во входном сечении насоса.
Эффективная быстрота откачки вакуумного насоса Sэф - быстрота откачки на конце трубопровода, присоединенного к откачиваемому сосуду.
Производительность вакуумного насоса Qн- поток газа, откачиваемый через входное сечение насоса в единицу времени.
Наибольшее давление запуска вакуумного насоса рзап - наибольшее давление во входном сечении вакуумного насоса, при котором насос может начать работать.
Наибольшее выпускное давление вакуумного насоса рвып - наибольшее давление в выходном сечении вакуумного насоса, при котором насос может осуществлять откачку.
Наибольшее рабочее давление вакуумного насоса рб- наибольшее давление во входном сечении насоса, при котором он длительное время сохраняет номинальную быстроту действия. В рабочем диапазоне от наименьшего до наибольшею рабочего давления обеспечивается эффективное использование насоса.
Рабочие диапазоны давлений вакуумных насосов определяются их принципом действия и конструкцией (рис. 1.2).
Предельное остаточное давление насоса рпр - минимальное значение, к которому асимптотически стремится давление в стандартизованном испытательном объеме без выпуска газа при нормально работающем насосе. Быстрота действия насоса при приближении к предельному давлению стремится к нулю. Предельное давление большинства вакуумных насосов определяется газовыделением материалов, из которых изготовлен насос, перетеканием газов через зазоры и другими явлениями, возникающими в процессе откачки.
Наименьшее рабочее давление вакуумного насоса рм - это минимальное давление во входном сечении насоса, при котором насос длительное время сохраняет номинальную быстроту действия. 11аименыиее рабочее давление примерно на порядок выше предельного.
Время выхода вакуумного насоса на рабочий режим tвых - время с момента включения насоса до момента, когда он может начать откачку при рабочем давлении в выходном сечении насоса.
Рис. 1.2. Диапазоны рабочих давлений вакуумных насосов