Турбомолекулярный вакуумный насос – принцип работы оборудования для высокого и сверхвысокого разрежения
В различных сферах промышленности для создания высокого и сверхвысокого вакуума часто используется насос турбомолекулярный. Это высокопроизводительная техника, отличающаяся надежностью и бесперебойностью работы, высокой скоростью перекачки газов. Но ее использование возможно только в паре с вспомогательным оборудованием, обеспечивающим нужные показатели выходного давления. Тем не менее, востребованность таких агрегатов высокая, они устанавливаются везде, где необходимо достичь высоких показателей разрежения и чистоты газовой смеси. Кроме того, техника может применяться для откачки агрессивных паров или газов, углеводородов и так далее.
Содержание:
- ТМН – принцип работы прибора
- Турбомолекулярный вакуумный насос для глубокого разрежения
- Важные детали ТМН
- Турбомолекулярные насосы Leybold
- Насосы турбомолекулярные Edwards
ТМН – принцип работы прибора
Первые варианты такой техники разрабатывались еще с 1913 года, но вплоть до недавнего времени устройства не находили широкого применения, так как их надежность была низкой, как и производительность. Но современный турбомолекулярный вакуумный насос имеет усовершенствованную конструкцию, за счет чего лишен недостатков первых моделей, хотя его принцип работы остался неизменным.
ТМН – принцип работы прибора
Так как прибор относится к вращательному типу, в основе его действия – обороты ротора внутри статора. Благодаря конструкции этого элемента и высокой скорости его вращения, молекулы газа, которые попадают внутрь аппарата со скоростью теплового движения, сталкиваются с поверхностью ротора, остаются на ней определенное время. А при отрыве от поверхности получают уже более высокую скорость, за счет чего и происходит сжатие газа. Уже в таком виде газ выводится через патрубок, посредством подкачивающего оборудования.
При этом степень сжатия поступающей газовой смеси, скорость действия устройства напрямую зависят от скорости вращения ротора и особенностей его конструкции.
Турбомолекулярный вакуумный насос для глубокого разрежения
Турбомолекулярный вакуумный насос для глубокого разрежения
За счет принципа действия ТМН обладает многими достоинствами. Среди них:
- возможность создания высокого и сверхвысокого вакуума;
- постоянная готовность к работе, соответственно, быстрый запуск оборудования;
- техника стабильно функционирует даже при резком перепаде давления;
- возможность перекачки больших объемов сред;
- широкий диапазон давления для действия;
- возможность существенного сжатия некоторых видов газов;
- наибольшая скорость откачки газов, и это то, чем диффузионный насос отличается от турбомолекулярного;
- нетребовательность в обслуживании.
Но нельзя сказать, что такая аппаратура лишена недостатков. Среди них – нужда в максимально точной балансировке лопастей ротора и статора. При нарушениях возникает вибрация, из-за которой выходят из строя подшипники. Но даже в идеально настроенном оборудовании подшипники – самая изнашиваемая деталь, это второй недостаток такой техники.
Современные модели оснащены подшипниками не из стали, а из нитрида силикона, что повышает их износоустойчивость. Благодаря этому реже требуется ремонт турбомолекулярных насосов. Но остается необходимость в регулярном техническом обслуживании, которое сводится к замене смазки каждые 6 месяцев и замене подшипников – срок службы даже устойчивых к износу деталей составляет не более 3 лет. Некачественное или неподходящее масло для турбомолекулярных насосов уменьшает этот срок. Для разных типов устройств нужна своя смазка – жидкая или густая. Также периодически нужна смазка других деталей.
Сфера применения такого оборудования достаточно широкая. Технику используют для имитации космических условий, при проведении ядерных исследований, масс-спектрометрии и других научно-исследовательских процессов. ТМН эксплуатируются в авиационной, атомной, металлургической промышленности, при изготовлении электротехнических приборов, солнечных фотоэлементов, нанесении пленочных покрытий и так далее. Аппараты устанавливают в химических, фармацевтических лабораториях, на производстве – везде, где необходимо соблюдать чистоту откачиваемой среды и создавать глубокое разрежение.
Важные детали ТМН
Как можно понять из описания принципа действия установки, ее основными деталями являются ротор и статор. Оба элемента оснащены пластинами, закрепленными под определенным углом, и каждый ряд пластин представляет собой диск с лопастями, которые располагаются зеркально по отношению к лопастям другого диска. На каждой пластине имеется небольшой паз, благодаря которому и создается нужное давление. Длина паза невелика, поэтому благодаря каждой отдельной лопасти образуется небольшое давление. Но так как лопаток много, нужная величина достигается быстро.
Важные детали ТМН
Такими дисками оснащены оба элемента. Но двигаются только пластины ротора, а статор остается неподвижным. Вращение деталей приводит к захвату газа. Молекулы газа ударяются о лопасти, получая часть их механической энергии – чем дальше продвигается молекула по рабочей камере, тем больше энергии она получает. Это приводит к сжатию газа. Чем выше скорость вращения ротора, тем больше давление, а механизм способен развивать скорость 24000-90000 об/мин.
Так как между пластинами есть минимальные промежутки, не возникает трения деталей. Но при откачке возникает вибрация, уменьшить которую позволяет подвеска с подшипниками. В передовых моделях используется магнитный подвес – он эффективно гасит вибрацию, но не подвержен износу.
К другим важным элементам установки относится электрический двигатель, всасывающий и подающий патрубки. Последний подсоединяется к подкачивающему устройству.
Производится два типа таких агрегатов: в вертикальном и горизонтальном исполнении. Если осуществляется монтаж горизонтальной модели, выходной фланец направляют вниз – это предотвращает скопление водяных, масляных паров в области подшипника, соответственно, его порчу (если он сделан из стали).
Что касается моделей, то различные бренды предлагают широкие линейки оборудования, с разной производительностью и техническими характеристиками. На российском рынке популярностью пользуются аппараты Hipace, ТМН, ВМН 500, Agilent, KYKY, Ebara, Shimadzu. Но среди брендов особенно надежные машины предлагает Leybold и Edwards.
Турбомолекулярные насосы Leybold
Немецкая компания Leybold GmbH, основанная еще в 1850 году, сегодня считается одним из лидеров на мировом рынке, а ее филиалы расположены практически во всех странах Европы, Азии, Америки. Под этой маркой производится профессиональное, надежное оборудование, разрабатываемое в собственных центрах компании. Здесь же применение находят и инновационные разработки специалистов, благодаря которым удается делать конструкцию техники более совершенной, а сами агрегаты – более эффективными, экологичными и экономичными.
Турбомолекулярные насосы Leybold
Турбомолекулярные насосы Leybold – это оригинальные изделия, имеющие сертификат DIN EN ISO 9001:2008. Модели представлены линейкой TURBOVAC. Для всех машин характерно наличие раздельного преобразователя частоты и керамических подшипников, обладающих повышенной износостойкостью. Блок питания и преобразователь частоты расположены вне рабочей зоны агрегата, что повышает уровень надежности техники и облегчает ее эксплуатацию.
В серии присутствуют классические модели, а также, модификации с молекулярной или дожимающей ступенью, варианты с магнитным подвесом (TURBOVAC TMP).
Все устройства могут устанавливаться в масс-спектрометры, установки для напыления, линии производства полупроводников и так далее. Отдельные варианты могут использоваться для перекачки агрессивных сред.
Насосы турбомолекулярные Edwards
Английская компания Edwards – еще один признанный лидер в области изготовления техники для создания разреженной среды. При изготовлении используются передовые достижения и собственные наработки компании.
Насосы турбомолекулярные Edwards
Турбомолекулярные насосы Edwards представлены широким модельным рядом, предлагаются модели, как с керамическими подшипниками, так и с магнитным подвесом, или с комбинированным устройством (верхний магнитный подвес, нижний керамический подшипник), с интегрированным или выносным контроллером.
Высокая пропускная способность, низкое предельное остаточное давление, длительный срок службы, бесперебойность даже в жестких условиях эксплуатации – все это несомненные достоинства техники от английского бренда.
Аппараты монтируются на установках ионной имплантации, пленочного напыления, плазменного травления, на линиях сборки полупроводников и научных приборов, микроэлектроники. Ряд моделей используется и в ускорителях, а также, ядерной промышленности. Большой выбор параметров позволяет найти оборудование, оптимально соответствующее потребностям предприятия.