3. Експериментальне визначення швидкодії насоса. Метод постійного об’єму

Існують два методи експериментального визначення швидкодії насоса: метод постійного об’єму і метод постійного тиску.

Метод постійного об’єму полягає в тому, що до насоса безпосередньо приєднують вакуумну камеру (рис.10.4, а), об’єм якої V, і проводять відкачку при безперервному вимірюванні тиска манометром М для того, щоб побудувати криву відкачки, тобто залежність (рис. 10.3).

Швидкодія насоса для будь-якого проміжка часу і тиску визначають за формулою (10.4).

10.4. Метод постійного тиску

Метод постійного тиску полягає в тому, що до впускного патрубка насоса приєднують манометр М, а до нього через мікрометричний кран довгий скляний капіляр К, діаметром d.

П

Рис. 10.4.

ри працюючому насосі поступово регулюють микрометричним краном (натікачем KН) газовий потік з атмосфери так, щоб встановився і залишався незмінним робочий тиск , що покаже манометр М (рис.10.4, б). Як тільки такий режим роботи застабілізується, у капіляр вводять краплю ртуті, яка буде покажчиком її положення, і вимірюють проміжок часу t, за який крапля переміститься на довжину l. Оскільки діаметр капілярної трубки відомий, то можна визначити об’єм газу V, що буде відкачаний з трубки за час t:

. (10.5)

При незмінному тиску, що встановився при відкачці, поток газу також буде сталим, тобто

. (10.6)

де - атмосферний тиск.

Таким чином, швидкодію насоса, що вимірюється за тиском Торр, можна розрахувати за формулою

. (10.7)

10.5. Класифікація вакуумних насосів

При конструюванні вакуумних насосів використовують різні фізичні явища і закони, що дозволяють здійснити видалення газів з об’єктів відкачки.

До насосів, в яких використовується закон Бойля-Маріотта, відносяться:

а) поршневий насос;

б) насос Шпренгеля;

в) обертовий ртутний насос Геде;

г) пластинчаті й золотникові насоси;

д) двороторні насоси Рутса.

До насосів, в яких використовується в’язкість газу, відносяться пароструминні ежекторні насоси.

До насосів, в яких використовується молекулярна течія газу, відносяться:

а) механічні молекулярні насоси Гольвека і Зігбана;

б) дифузійні насоси.

Існують насоси, в яких використовується іонізація газів, а також насоси, що створюють вакуум за допомогою поглинання газів (іонно-сорбційні, електророзрядні, кріогенні).

10.5.1. Насоси, що працюють на основі закону Бойля-Маріотта. Поршневий насос

Рис.10.5.

Перші вакуумні насоси були поршневого типу. Такі насоси використовував фон Герніке ще в 1650 р. у своїх знаменитих дослідах з відокремленням півкуль. Цей насос складається з поршня і циліндра, в якому два отвора з клапанами, що відкриваються: один - в атмосферу; другий - в середину циліндра (рис.10.5). При кожному русі поршня вниз, а потім вверх повітря з вакуумної камери відкачується в атмосферу. Між поршнем, коли він знаходиться у верхньому положенні і торкається поверхні циліндра і клапаном , завжди є простір, що виникає з конструктивних особливостей (нерівності поверхонь). Цей об’єм називають шкідливим простором, оскільки він впливає на граничний тиск насоса.

Дійсно, якщо позначимо шкідливий простір через , а об’єм камери через , то коли поршень почне рухатися вверх тиск в шкідливаму просторі буде дорівнювати 760 Торр і тоді, у відповідності з законом Бойля-Маріотта, можна записати, що

, (10.8)

і знайти самий низький тиск, який може створити насос:

Торр. (10.9)

Цей тиск дійсно буде самим низьким, оскільки клапан відкривається тільки за умови, що тиск у камері відкачки буде більшим за .

Швидкодія поршневого насоса за тиском при циклах відкачки за секунду дорівнюватиме

. (10.10)

Як видно з наведеної формули, швидкодія насоса буде наближатися до нуля, коли тиск досягне граничного значення.

У кінці XIX ст., після внесення різних удосконалень з метою підвищення герметичності, поршневі насоси використовувалися в промисловому виробництві освітлювальних ламп. Граничний тиск таких насосів знаходиться в межах від 0,1 до 1 Торр, тому вони були замінені пластинчатими обертовими насосами.