6.3. Области действия вакуумных насосов

Вакуумные насосы подразделяются на низковакуумные, средневакуумные, высоковакуумные и сверхвакуумные.

1) Низковакуумные насосы обеспечивают откачку в диапазоне давлений от 10⁵ до 10² Па. К ним относят некоторые объемные механические насосы (поршневые, водокольцевые, многопластинчатые) и некоторые струйные насосы (водоструйные, газоструйные и пароводяные эжекторы).

2) Средневакуумные насосы работают в диапазоне давлений от 10² до 10^-1 Па. К ним относятся некоторые механические насосы (с масляным уплотнением, двухроторные), пароструйные насосы (пароводяные, парортутные и паромасляные эжекторы).

3) Высоковакуумные насосы работают в диапазоне давлений 10^-1 …10^-5 Па, а сверхвакуумные – ниже 10^-5 Па. К ним относятся следующие насосы: пароструйные, диффузионные, турбомолекулярные, сорбционные, сорбционно-ионные, магниторазрядные и криогенные (конденсационные и криосорбционные).

6.4. Объемные вакуумные насосы

В процессе объемной откачки выполняются следующие основные операции:

• всасывание газа за счет расширения рабочей камеры насоса;

• уменьшение объема рабочей камеры и сжатие находящегося в ней газа;

• удаление сжатого газа из рабочей камеры в атмосферу или насос предварительного разрежения.

В течение времени t₁ (рис.6.1) осуществляется всасывание газа (область І), в промежутке от t₁ до t₃ – сжатие газа (область ІІ), от t₃ до t₄ – выхлоп газа (область ІІІ). Затем цикл повторяется.

Кривые 1 и 3 на этом рисунке соответственно отражают зависимость объема камеры V_к и давления рабочей камеры р_к от времени. Кривая 2 соответствует изменению давления рабочей камеры в режиме работы с напуском балластного газа в момент времени t₂. Напуск балластного газа осуществляется при откачке паров воды или органических растворителей, давление насыщенных паров которых при рабочей температуре в насосе находится в промежутке от предельного давления р_пр до максимального выпускного давления.

Напуск газа снижает степень сжатия и предотвращает конденсацию откачиваемых паров в объеме насоса.

Предельное давление характеризуется мертвым объемом, утечками газа через клапаны, уплотнения, давлением паров рабочей жидкости, газовыделением из корпуса насоса и определяется по формуле:

где – коэффициент, учитывающий газовыделения из корпуса насоса и степень утечек газа;– объем вредного пространства, м³; – объем рабочей камеры насоса, м³; – давление выхлопа, Па.

Предельное давление объемной откачки можно улучшить, уменьшая общий обратный поток из насоса. Этого можно добиться, применяя ловушки, предотвращающие проникновение паров рабочей жидкости насоса в откачиваемый объем, или последовательно соединяя две ступени откачки для уменьшения прорыва газов из камеры сжатия в камеру всасывания.

Работа насоса представлена на р – V диаграмме (рис. 6.2) и определяется по формуле:

.

,

где – давление всасывания, Па;– наибольший объем рабочей камеры, м³; – показатель политропы.

Объемные вакуумные насосы в зависимости от конструктивной схемы делятся на поршневые, жидкостно-кольцевые и ротационные.