Турбомолекулярные насосы

Это категория вакуумного оборудования, направленная на формирование глубокого вакуума. Быстро вращающийся ротор внутри конструкции ускоряет воздушный поток и позволяет получить предельное остаточное давление от 10-4 Па до 10-8 Па.

Устройства рассчитаны на работу вместе с форвакуумными системами, подготавливающими перекачиваемую среду к созданию вакуума.

Схема конструктивного устройства турбомолекулярного вакуумного насоса

В основе каждого прибора лежит ротор, на котором расположен набор лопастей. Они находятся перпендикулярно оси ротора в специальных полостях. Причем сами лопатки располагают под определенным углом к базовой плоскости.

В конструкции предусмотрены неподвижные пластины, находящиеся между лопастями. Расстояние между элементами минимально, так как это является основным условием для эффективной откачки воздуха.

Конструкции этого типа сложны в производстве, поскольку предполагают чрезвычайно запутанные расчеты. Любые неровности и щели способны нарушить работоспособность системы. Для вытачивания деталей используется высокоточное оборудование.

Даже в этом случае его объема недостаточно для хоть сколько-нибудь ощутимого загрязнения перекачиваемой среды масляными парами или углеводородами.

Схема принципа работы турбомолекулярного вакуумного насоса

Вращение ротора под действием привода внутри агрегата формирует импульс, который за счет лопастей передается перекачиваемой газовой смеси. За счет этого обеспечивается сжатие газа. Сам импульс передается благодаря тепловой скорости, участвующей в перекачивании. Частицы начинают направленное движение, способствующее быстрому формированию вакуума.

Важны частицы, которые сталкиваются с подвижным ротором и гарантируют высокую эффективность откачивания с исключением влияния газовой смеси на процесс.

На входном патрубке требуется встраивать фильтр, призванный очистить газовую смесь от механических включений. Сжатый газ вытесняется из внутренней полоски через выходной клапан.

Начинать откачивание из условий атмосферного давления такая система не может, поэтому для нормальной работы ей необходим дополнительный форвакуумный нагнетатель.

При рассмотрении этого типа устройств также часто говорят о молекулярных нагнетателях. При этом далеко не всегда понятна разница между технологиями.

Турбомолекулярные насосы

Работают по принципу передачи молекулам газа импульса от вращающегося ротора. Именно за счет этого удается добиться направленного движения среды и быстрой откачки области.

Тут подразумевают принципы переноса уже разреженного воздуха с созданием глубокого вакуума.

Молекулярные насосы

Тип кинетических вакуумных систем, использующих вращающийся ротор для придания частицам газа необходимой скорости. Обычные решения молекулярного типа нередко применяются вместе с турбомолекулярными для подготовки среды и снижения атмосферного давления до определенных показателей. Они выступают в качестве форвакуумных нагнетателей.

Все устройства делят на группы в зависимости от типа подвеса ротора.

Турбомолекулярные насосы с классическим подвесом

Ротор находится между верхним и нижним подшипниками качения. В современных вариантах нередко применяют керамические шарикоподшипники, содержащие консистентную смазку.

Заменять подшипники в такой конструкции сложно, поскольку ремонт обязательно потребует дальнейшей балансировки ротора. А выполнить операцию можно лишь в заводских условиях.

Турбомолекулярные насосы с гибридным подвесом

Комбинированное технологическое решение, предусматривающее электромагнитный подвес в верхней части и стандартный механический подшипник снизу. Ротор и статор не имеют прямой механической связи. Замена нижнего подшипника упрощена, поскольку балансировка ротора не требуется.

Турбомолекулярные насосы с магнитным подвесом

Вращающийся элемент находится между двух магнитных подшипников. Механические подвесы тут также присутствуют, но они вступают в работу только в аварийном режиме. Они помогут избежать остановки системы в случае отключения электричества или появлении значительных колебаний ротора.

Агрегаты используют в разных сферах:

• металлургия;
• создание высокоточной техники и микроскопов;
• промышленное машиностроение;
• ядерная и атомная промышленность;
• спектрометрия;
• производство авиационной техники;
• изготовление полупроводниковой продукции;
• производство печатных плат, полупроводников и микроэлектроники;
• солнечная энергетика;
• фотоэлементы;
• упаковка товаров;
• плазменные технологии;
• имитация условий космоса для тренировок космонавтов или проведения лабораторных исследований;
• формирование необходимых условий для протекания тех или иных химических реакций;
• в качестве течеискателя для замкнутых вакуумных систем;
• создание ускорителей частиц;
• научные исследования и др.

Применение подобного оборудования практически не ограничено. Его можно интегрировать в самые разные производственные процессы, научные исследования и изыскания.

К преимуществам нагнетателей относят:

• создает сверхвысокий вакуума максимальной чистоты;
• возможность работы с коррозионными газами или инертными смесями;
• легкая конструкция;
• компактный блок;
• низкий уровень шума;
• незначительные вибрации;
• широкий диапазон рабочих давлений;
• устойчивость к повышенной газовой нагрузке;
• неприхотливость к техническому обслуживанию.

Есть и недостатки, среди которых принято выделять:

• сложная замена подшипников на классических решениях;
• чувствительность к попаданию лишнего воздуха во внутреннюю часть (требующая использования высококачественных уплотнений и фланцев);
• высокие требования к очистке откачиваемой среды.

При выборе сухого нагнетателя стоит учитывать ряд моментов:

• Производительность. Указывает на возможность использования для решения конкретных задач и скорость создания сверхглубокого вакуума.
• Качество материалов. Хорошие нагнетатели создаются из прочных сплавов, способных выдерживать значительные нагрузки. Влияет на срок эксплуатации оборудования.
• Наличие автоматики. Различные электронные контроллеры значительно упрощают процесс управления оборудованием и позволяют автоматизировать многие монотонные операции.
• Габариты. Стоит заранее произвести необходимые замеры и спланировать монтаж.
• Количество ступеней. Влияет на скорость откачивания и коэффициент компрессии. Бывают одноступенчатые и двухступенчатые модели.
• Специальные исполнения. Для работы с агрессивными, огне- или взрывоопасными газовыми средами необходимо использовать системы, имеющие соответствующий класс защиты. На поверхность деталей наносят упрочняющее напыление.

Турбомолекулярные насосы по доступной цене предлагают американские (EBARA) и европейские (Busch, Pfeiffer Vacuum), так и азиатские (CBVAC, Osaka Vacuum, Shimadzu) производители ТМН.