24. Турбомолекулярные насосы

Применение находят турбомолекулярные насосы, в конст­рукции которых допускаются сравнительно большие (до 1,0-2,5 мм) зазоры как в осевом, так и в радиальном направлениях. Конструкции турбомолекулярных насосов классифицируются: по расположению вала ротора - на горизонтальные двухпоточ-ные или вертикальные однопоточные; по форме рабочих орга­нов - на дисковые или лопаточные.

Рассмотрим принцип действия турбомолекулярного насоса. На роторе и статоре турбомолекулярного насоса дискового ти­па (рис. 2.19) имеются диски (рис. 2.20) толщиной в несколько миллиметров. Диски ротора вращаются в пространстве между дисками статора. В дисках ротора и статора выфрезерованынаклонные щели-прорези (косые радиальные пазы); причем наклоны щелей в дисках ротора и статора зеркально симметричны (рис. 2.21).

На рис. 2.22 представлена мо­дель перехода молекул газа через движущуюся в указанном направле­нии (и-*) наклонную щель. Молеку­лы, налетающие на щель вращаю­щегося диска со стороны /-/ в точку А, диффузно рассеиваются от его поверхности. Молекулы, рассеянные в пределах угла , возвращаются обратно; молекулы, рассеянные в пределах угла проходят через щель на сторону II-U; молекулы, рассеянные в пределах угла , могут оказаться как по ту, так и по другую сторону диска. Молекулы, налетающие на вращающийся диск со стороны //-//, оказываются в аналогич­ных ситуациях.

Таким образом, принцип перехода молекул газа через вра- щающееся колесо основан на различии сопротивлений щелей рабочего колеса потокам газа с обеих сторон. Быстрота дейст- вия турбомолекулярного насоса и достигаемый при его исполь- зовании перепад давлений зависят от геометрии пазов рабочих колес и согласованности их характеристик.

Быстрота действия рабочего колеса насоса прямо пропор­циональна вероятности К. Максимальная быстрота действия рабочего колеса определяется следующим образом:

=36.4*KmaxS

где S - суммарная площадь входа в пазы рау|очего колеса, м²; Т - температура газа, К; М - относительная молекулярная мас­са газа. Значение .K_тах, а следовательно, и Smax, возрастает при увеличении угла наклона пазов рабочего колеса, а значение т_maxувеличивается при уменьшении угла наклона.

Предельное остаточное давление, создаваемое турбомолеку- лярным насосом, зависит от быстроты действия и числа рабо- чих ступеней насоса, степени его герметичности, а также газо- выделения. Для обезгаживания поверхностей рабочей полости насоса используется высокотемпературный прогрев насоса в условиях высокого вакуума. Рабочий диапазон впускных дав- лений турбомолекулярных вакуумных насосов - Па. На- чинать откачку можно с давления 10² Па, но быстрота действия насоса при этом невелика. Из-за тормозящего действия газа резко возрастает потребляемая мощность и происходит разо- грев насоса. Наибольшее выпускное давление, обеспечивающее номинальную быстроту действия турбомолекулярного насоса, составляет примерно 10 Па. Необходимые для работы турбо- молекулярного насоса предварительное разрежение в вакуум- ной системе и давление на его выходе обеспечиваются форваку- умным механическим насосом с масляным уплотнением. Быст- рота действия форвакуумного насоса в 20-50 раз меньше быст- роты действия турбомолекулярного насоса, что обеспечивает соответствие их производительностей при наибольшем впуск- ном давлении турбомолекулярного насоса.