Большая Советская Энциклопедия (ВА) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" (книга читать онлайн бесплатно без регистрации txt) 📗
Для получения среднего вакуума чаще применяют вращательные насосы с масляным уплотнением. Их рабочая камера заполнена маслом, либо они погружены в масляную ванну. Быстрота откачки этих насосов 0,1—750 л/сек , предельное давление 1 н/м2 (10-2мм рт. ст. ) в одноступенчатых и 10-1н/м2 (10-3мм рт. ст. ) в двухступенчатых насосах. Масло хорошо уплотняет все зазоры, выполняет функцию дополнительной охлаждающей среды, однако при длительной работе сконденсированные пары загрязняют масло. Для предотвращения конденсации паров, возникающей при их сжатии, камеру заполняют определённым объёмом воздуха (балластным газом), который в момент выхлопа обеспечивает парциальное давление пара в паро-воздушной смеси, не превышающее давления насыщения. При этом пары из насоса выталкиваются без конденсации. Такие насосы называются газобалластными и применяются как форвакуумные (для создания предварительного разрежения).
Двухроторные насосы имеют 2 фигурных ротора, которые при вращении входят один в другой, создавая направленное движение газа. Эти насосы обладают большой быстротой откачки и часто применяются как промежуточные (вспомогательные, или бустерные) между форвакуумными и высоковакуумными. Они обеспечивают вакуум 10-2 —10-3н/м2 (10-4 —10-5мм рт. ст. ) при быстроте откачки до 15 м3 /сек(рис. 4а, 4б ).
В молекулярных насосах при вращении ротора в газе молекулы получают дополнительную скорость в направлении их движения. Впервые такой насос был предложен в 1912 немецким учёным В. Геде, но долго не получал распространения из-за сложности конструкции. В 1957 немецкий учёный В. Беккер применил турбомолекулярный насос (рис. 5а, 5б ), ротор которого состоит из системы дисков. Таким насосом получают вакуум до 10-8н/м2 (10-10мм рт. ст .).
В струйных насосах направленная струя рабочего вещества уносит молекулы газа, поступающие из откачиваемого объёма. В качестве рабочего вещества могут быть использованы жидкости или пары жидкостей. В зависимости от этого насосы называются водоструйными, пароводяными, парортутными или паромасляными. По принципу действия струйные насосы бывают эжекторными и диффузионными. В эжекторных насосах (рис. 6а, 6б ) откачивающее действие струи основано на увеличении давления газового потока под действием струи более высокого напора. Такие насосы применяются для получения вакуума 10 н/м2 (10-1мм рт. ст. ). Простым эжекторным насосом является водоструйный насос, распространённый в лабораторной практике, в химической промышленности и др. Предельное давление таких насосов не намного превышает давление водяных паров. Например, при температуре воды в насосе, равной 20°С, достигаемый вакуум равен 3 100 н/м2 (23 мм рт. ст. ), а парциальное давление остаточных газов около 670 н/м2 (5 мм рт. ст. ). К эжекторным насосам может быть отнесён вихревой насос (аппарат), откачивающее действие которого основано на использовании разрежения, развивающегося вдоль оси вихря (рис. 7а, 7б ). Значительно большей быстротой откачки и более низким предельным давлением обладают насосы, в которых рабочим веществом является водяной пар. В многоступенчатых пароводяных насосах быстрота откачки достигает 20 м3 /сек , создаваемый вакуум 0,7 н/м2 (5 × 10-3мм рт. ст. ).
Откачивающее действие диффузионных насосов основано на диффузии молекул откачиваемого газа в области действия струи пара рабочего вещества за счёт перепада их парциальных давлений. В качестве рабочего вещества в 1915 В. Геде применил пары ртути. Ртуть обеспечивает постоянное (для данной температуры) давление насыщенного пара, постоянную (для данного давления) температуру, остаётся химически неактивной, не боится перегрева, но пары ртути, даже в небольшом количестве, опасны для человеческого организма. Одним из заменителей ртути является масло (см. Вакуумное масло ). Такие В. н. называются паромасляными. Применение в качестве рабочей жидкости масла привело к широкому распространению таких насосов с быстротой откачки до нескольких сотен м3 /сек при получении вакуума до 10-6н/м2 (10-8мм рт. ст. ). В паромасляном В. н. последовательно соединены несколько откачивающих ступеней в одном корпусе (рис. 8а, 8б ). Диапазон рабочих давлений трёхступенчатого паромасляного насоса 10-3 —10-1н/м2 (10-5 —10-3мм рт. ст. ).
В сорбционных насосах используют способность некоторых веществ (например, Ti, Mo, Zr и др.) поглощать газ. Откачиваемый газ оседает на поверхности внутри вакуумной системы. Один из активных поглотителей постоянно напыляется на поглощающую поверхность (испарительный насос). Поглотителем может быть также пористый адсорбент (см.Адсорбционный насос ).
Действие ионных насосов основано на ионизации газа сильным электрическим разрядом и удалении ионизованных молекул электрическим полем. Этот способ мало распространён из-за сложности устройства и большой потребляемой мощности, затрачиваемой главным образом на создание магнитного поля. При комнатной температуре инертные газы и углеводороды практически не поглощаются напылёнными плёнками металлов. Для их удаления служат комбинированные ионно-сорбционные, или ионно-геттерные, насосы, в которых сорбционный способ поглощения химически активных газов сочетается с ионным способом откачки инертных газов и углеводородов. Поглощающая поверхность обновляется осаждением на стенках термически испаряемого титана, а также катодным распылением титана в электрическом разряде или в магнитном поле в электроразрядных или магниторазрядных ионно-сорбционных насосах (рис. 9 ). Ионно-сорбционные В. н. при предварительной откачке до 10-2н/м2 (до 10-4мм рт. ст. ) создают вакуум до 10-5н/м2 (10-7мм рт. ст. ). Быстрота откачки зависит от рода газа. Например, быстрота откачки водорода 5000 л/сек , азота 2000 л/сек , аргона 50 л/ сек . Достигаемое предельное давление в хорошо обезгаженных объёмах и без натекания газа ниже 10-8н/м2 (10-10мм рт. ст .).
Действие конденсационных, или криогенных, насосов основано на поглощении газа охлажденной до низкой температуры поверхностью (рис. 10 ). Водородно-конденсационный насос, предложенный Б. Г. Лазаревым с сотрудниками (Физико-технического институт АН УССР), имеет постоянную быстроту откачки в широком диапазоне давлений. Охлаждающий жидкий водород вырабатывается ожижителем, находящимся в установке. Неконденсируемые газы (водород, гелий) откачиваются параллельно включенным насосом, например диффузионным. Для включения такого насоса необходимо предварительное разрежение.
Лит. см. при ст. Вакуумная техника .
И. С. Рабинович.
Рис. 10. Криогенный насос.
Рис. 6б. Общий вид многоструйного эжекторного насоса.
Рис. 3б. Общий вид водокольцевого вакуумного насоса.
Рис. 3а. Схема водокольцевого вакуумного насоса: 1 — водяное кольцо; 2 — серповидная камера.
