Лекция №8. Средства получения вакуума.

Имеются два пути получения вакуума: основной путь – использование вакуумных насосов и второй – использование ловушек, которые обычно служат для улучшения вакуума, получаемого вакуумными насосами.

Все вакуумные насосы удаляют газ одним из трех способов: отсекают определенный объем газа, сжимают его и выбрасывают в область высокого давления, другим способом обеспечивают откачиваемому газу достаточное количество движения, чтобы удалить его из вакуумной системы, либо забирают у газа это количество движения химически связывая или конденсируя его на поверхности.

В первом и втором случаях требуемое для переноса газа из камеры в атмосферу количество движения обеспечивается какой-либо рабочей субстанцией (поршнем, струёй газа или ротором, вращающимся с большой скоростью.

Во втором случае процесс управляемой сорбции обеспечивается присутствием в вакуумной системе сорбентов, поверхность которых реагирует с попадающими на неё молекулами газов. Если энергия сорбций превышает тепловую энергию молекулы, то последняя остаётся на поверхности. Этот процесс можно обеспечить либо выбором сорбентов с большой энергией сорбций (например, на основе титана T_i или циркония Z_r) либо охлаждая сорбент жидким азотом (до температуры 77 К), чтобы снизить тепловую энергию попавших на поверхность молекул.

В зависимости от степени вакуума все насосы, рис. 18, могут быть отнесены к следующим группам:

Рис.18

1. Насосы предварительного разряжения (форвакуумные насосы, служащие для получения низкого и среднего вакуума), область рабочих давлений 10⁵-10^-1 Па.

2. Высоковакуумные насосы (10^-1-10^-5 Па)

3. Сверхвысоковакуумные насосы (P<10^-5 Па)

Соотношение скоростей откачки насосов предварительного разрешения и высоковакуумных (сверхвысоковакуумных) насосов соединённых последовательно в одну линию, рис.18а, может быть определено из уровнения стационарного потока:

Q₁=Q₂=P_н S_н=P_фS_ф

где S_н - быстрота действия высоковакуумного насоса.

S_ф - быстрота действия форвакуумного насоса.

P_ф -давление на входе с форвакуумного насоса (или на выходе высоковакуумного насоса).

Рис.18а

Быстрота действия высоковакуумного насоса, последовательно соединённого с форвакуумным определятся:

Таким образом, если мы хотим согласовать быстроту действия , например, пароструйного диффузионного насоса, работающего при давлении P_н=10^-3Па, последовательно соединённого с форвакуумным имеющим параметры Р_ф=10² Па, S_ф=10^-4м³с^-1, то быстрота действия «согласованного» диффузионного насоса составит:

S_н =10^-4м³/с 10²Па/10^-1Па=10 м³/с

Если тот же диффузионный насос работает при максимальном рабочем давлении, составляющем Па, то его «согласованная» быстрота откачки составит:

S_н =10^-4м³/с 10²Па/10^-1Па=10^-1 м³/с.

Из приведённого примера видно, что если мы желаем обеспечить надёжную «согласованную» работу форвакуумного и высоковакуумного и высоковакуумного насосов, их согласование производят при максимальном рабочем давлении высоковакуумного насоса. Рассмотрим определения основных параметров вакуумных насосов.

-Предельное давление, Па – минимальное давление, создаваемое насосом на входном патрубке при длительной (более 10 часов) работе «на себя», (при закрытом впускном патрубке, когда быстрота откачки равна нулю).

S_H –Быстрота действия насоса, м³с^-1 – объём газа откачиваемый насосом в единицу времени при данном впускном давлении, S_H=dv/dt

P_{вп min} –минимальное впускное давление, Па, при котором насос обеспечивает паспортную быстроту откачки.

P_{вп max} –наибольшее впускное давление, Па, (давление на впускном натрубке) при котором насос обеспечивает паспортную быстроту откачки.

P_{вп max}- P_{вп min} –диапазон рабочих давлений насоса, Па.

Q_max= P_{вп max} S_H –максимальная производительность насоса, м³ Па с^-1

P_вып –выпускное давление (давление на выпускном патрубке насоса), Па.

Р_{вып max} – максимально допустимое выпускное давление насоса, при котором насос нормально работает.