Общая характеристика вакуумных насосов

Область давлений, с которой имеет дело вакуумная техника, охватывает примерно 15 порядков по степени десяти. От 10⁵ Па до 10^-10 Па. По степеням вакуума этот диапазон можно подразделить следующим образом:

Низкий вакуум: 10⁵  10² Па (760 - 1 мм.рт.ст.)

Средний вакуум: 10²  10^1 Па (1 – 10^-3 мм.рт.ст.)

Высокий вакуум: 10^1  10^4 Па (ниже 10^-3 мм.рт.ст.)

Сверхвысокий вакуум: ниже 10^4 Па (ниже 10^-6 мм.рт.ст.)

Вакуумные насосы подразделяются на насосы: низковакуумные, высоковакуумные и сверхвысоковакуумные, а по принципу действия подразделяются на механические и физикохимические.

Для получения той или иной степени вакуума требуются соответствующие насосы или их комбинация. Выбор насоса определяется родом и количеством пропускаемых насосом газов и диапазоном рабочих давлений насоса и его параметрами.

Основными параметрами вакуумных насосов являются:

1. быстрота откачивающего действия насоса – S_н, (м³/с)

2. Производительность насоса Q ,(Пам³/c)

3. предельное давление – р_пр, (Па)

4. наименьшее рабочее давление – р_min ,(Па)

5. наибольшее рабочее давление – р_max, (Па)

6. наибольшее давление запуска – р_зап ,(Па)

1. Быстрота откачивающего действия насоса - S_н = = - объем газа, проходящего через входной патрубок насоса в единицу времени, отнесенный к единице давления, (м³/с; л/.с). р₂ – давление газа на входе в насос.

2. Производительность насоса Q₀  количество газа, откачиваемое насосом в единицу времени при давлении p₂ на входе насоса. Q = U(p₁p₂) = p₂S_H. Р₁ – давление газа на выходе из откачиваемого объема.

При постоянном потоке Q быстрота действия насоса, очевидно, зависит от давления газа на входе в насос р₂.

3. Предельное давление р₂ = р_пр – минимальное давление, которое может обеспечить насос, работая без откачиваемого объема. Предельное давление вакуумных насосов определяется газовыделением деталей насоса, перетеканием газов через зазоры, наличием вредных пространств, диффузией паров рабочих и герметизирующих жидкостей.

Все эти газовыделения образуют обратный поток газов в насосе.

Общий поток определяется:

Q = Q_пр  Q_обр = S_H  p₂,

где Q_пр – прямой поток газа; Q_обр – обратный поток газов.

Q_пр = S_mp₂,

где S_m max быстрота действия откачки насоса

Если p₂ = p_пр, то Q = 0 и тогда Q_пр = Q_обр,

этом случае Q_обр = S_mp_пр

и

Q = S_mp₂ - S_mp_пр = S_m(p₂  p_пр) или .

отсюда

S_H = S_m (15)

т.е. быстрота действия насоса зависит от величины давления газа на его входе.

Если p₂ = p_пр , то S_H = 0

Если р₂ >> р_пр, то S_н = S_m

S_m – максимальная быстрота действия насоса при наличии входного патрубка с проводимостью U_пат. Наличие входного патрубка уменьшает геометрическую быстроту действия насоса S_г.

Для механических вращательных насосов:

S_г = V_к n , (16)

где (для механических насосов) V_к – объем рабочей камеры насоса [м³], n – частота циклов откачки [1/с].

. (17)

О бщая кривая откачки – зависимость быстроты откачивающего действия насоса S_н от давления на входе в насос p₂.

.

C ростом р₂ выше наибольшего рабочего давления р_max быстрота действия насоса начинает снижаться, при р₂ = р_зап S_н = 0

4. наименьшее рабочее давление p_min  минимальное давление, при котором насос длительное время сохраняет номинальную быстроту действия. p_min примерно на порядок выше p_пр.

5. наибольшее рабочее давление p_max  максимальное рабочее давление, при котором насос длительное время сохраняет номинальную быстроту действия.

В рабочем диапазоне от p_min до p_max насос обеспечивает эффективную откачку.

6. наибольшее давление запуска p_зап  max давление во входном патрубке насоса, при котором он может начать работу. Обычно p_зап > p_max на 23 порядка.

Схема вакуумной установки

Тип насоса 1 выбирают по предельному давлению [1,табл. 9.7] и составу остаточных газов [1,рис. 9.16] современных низко­вакуумных насосов.

Клапан 9 позволяет выровнять давления на входном и выход­ном патрубках насосов с рабочей жидкостью во время их оста­новки .

Предохранительная камера 2 используется для механических насосов и представляет собой ловушку для паров рабочей жидко­сти насоса или балластный объем, предотвращающий аварийное проникновение в вакуумную камеру рабочей жидкости насосов

Клапан 3 отключает вакуумную камеру от наоса после достижения в ней рабочего давления и позволяет дроссели­ровать процесс откачки, предотвращая перегрев механических насосов во время работы при высоких давлениях.

Вакуумная камера 7 может иметь необходимое количество электрических вводов10. Кла­пан 5 предназначен для напуска воздуха в вакуумную камеру. В процессе наладки установки к клапану 5 может подключаться течеискатель .

Вакуумная система для получения низкого и высо­кого вакуума содержит дополнительный высоковакуумный насос 4.

Клапан 8 коммутирует насос с вакуумной камерой

Рис 1. Вакуумная система для получения низкого и высокого вакуума

1-насос для получения низкого вакуума; 2-заливная ловушка; 3,5,8,9-клапаны; 4-магниторазрядный насос; 7-откачиваемый объем; 10,11,12,13,14-электрические токовводы.