Классификация вакуумных насосов, их основные параметры и принципы действия

По назначению вакуумные насосы делятся на низко-, средне-, высоко- и сверхвысоковакуумные, а по принципу действия - на механические и физико-химические. Получение вакуума возможно удалением газа из откачиваемого объема за пределы вакуумной системы или связыванием его в вакуумной системе. Вакуумные насосы, которые откачивают газ отдельными порциями в результате периодического изменения объема и положения рабочей камеры, называют объемными вакуумными насосами. Вакуумные насосы, в которых вакуум получается за счет связывания газа в вакуумной системе, называют сорбционными насосами. Классификация вакуумных насосов дана на рис. 1.1.

Вакуумный насос - устройство, предназначенное для создания, повышения и (или) поддержания вакуума.

Низковакуумный насос - вакуумный насос, предназначенный для понижения давления в откачиваемом объеме, начиная от атмосферного.

Высоковакуумный насос - вакуумный насос, работающий на ступени самого низкого давления откачной системы, которая состоит из двух или более последовательно соединенных насосов.

Форвакуумный насос - вакуумный насос, предназначенный для поддержания выпускного давления другого насоса.

Бустерный вакуумный насос - вакуумный насос, устанавливаемый между форвакуумным и высоковакуумным насосами для увеличения быстроты откачки системы насосов при среднем вакууме или для оптимизации давления в откачной системе и уменьшения объемного расхода, необходимого для форвакуумного насоса.

Вакуумный насос предварительного разрежения - вакуумный насос, предназначенный для понижения давления в откачиваемом объеме или откачной системе от атмосферного давления до значения, при котором может начать работу другая откачная система или вакуумный насос.

Одноступенчатый вакуумный насос - вакуумный насос, в котором перепад давлений создается одной рабочей ступенью.

Многоступенчатый вакуумный насос - насос, в котором пе­репал давлений создается последовательно несколькими рабо­чими ступенями.

Механический вакуумный насос - газоперекачивающий ва­куумный насос, откачивающее действие которого основано на перемещении газа вследствие механического движения рабочих частей насоса.

Вакуумный насос объемного действия - механический ваку­умный насос, в котором объем, заполненный газом, периодиче­ски отсекается от входа, обеспечивая перемещение газа к выходу.

Рис. 1.1. Классификация вакуумных насосов

Газобалластный вакуумный насос - насос с масляным уп­лотнением, снабженный устройством для дозированной подачи неконденснрующегося газа для исключения конденсации отка­чиваемых паров в насосе.

Поршневой вакуумный насос - вакуумный насос объемного действия, в котором сжатие и нагнетание газа происходят под действием возвратно-поступательного движения поршня.

Вращательный вакуумный насос - вакуумный насос объем­ного действия, в котором сжатие и нагнетание газа осуществля­ют вращающие поверхности твердого тела.

Пластинчато-роторный вакуумный насос - вращательный вакуумный насос, в котором эксцентрично установленный ротор вращается тангенциально относительно неподвижной поверхно­сти статора.

Пластинчато-статорный вакуумный насос - вращательный вакуумный насос, в котором эксцентрично установленный ротор вращается, скользя по внутренней стенке статора.

Плунжерный вакуумный насос - вращательный вакуумный насос, в котором эксцентрично установленный ротор вращается относительно внутренней стенки статора.

Жидкостно-кольцевой вакуумный насос - вращательный ва­куумный насос, в котором эксцентрично установленный ротор с закрепленными на нем лопатками отбрасывает жидкость к стен­ке статора.

Двухроторный вакуумный насос (насос Рутеcа) - вращатель­ный вакуумный насос, рабочая камера в котором имеет два вза­имно связанных ротора, по форме напоминающие восьмерки, синхронно вращающихся в противоположных направлениях с очень малым зазором, не касаясь один другого и стенок камеры.

Вакуумный турбонасос - кинетический вакуумный насос, в котором импульс движения передается газу от вращающихся твердых поверхностей.

Молекулярный вакуумный насос - кинетический вакуумный насос, в котором молекулам газа в результате их соприкоснове­ния с поверхностью высокоскоростного ротора сообщается им­пульс количества движения, заставляющий их перемещаться в направлении к выходу насоса.

Турбомолекулярный вакуумный насос - молекулярный ваку­умный насос, на валу ротора которого закреплены диски с про­резями или лопатками, вращающиеся между соответствующими дисками статора.

Струйный вакуумный насос - газоперекачивающий вакуум­ный насос, в котором откачка происходит путем захвата газа струей рабочего тела (жидкости, пара или газа).

Эжекторный вакуумный насос - пароструйный низковаку­умный насос, в котором происходит турбулентно-вязкостный захват молекул откачиваемого газа струей паров рабочей жидко­сти насоса.

Жидкостно-струйный вакуумный насос - струйный вакуум­ный насос, в котором в качестве рабочего тела используют струю жидкости.

Газоструйный вакуумный насос - струйный вакуумный на­сос. в котором в качестве рабочего тела используют струю газа.

Пароструйный вакуумный насос - струйный вакуумный на­сос. в котором в качестве рабочего тела используют струю паров рабочей жидкости.

Диффузионный вакуумный насос - пароструйный высокова­куумный насос, в котором захват газа струей паров рабочей жидкости происходит за счет диффузии газа в струю.

Ионный вакуумный насос - кинетический вакуумный насос, в котором молекулы газа ионизируются, а затем перемещаются к выходу насоса с помощью электрического и магнитного полей.

Сорбционный вакуумный насос - газоулавливающий ваку­умный насос, в котором откачка происходит вследствие сорбции газа материалом сорбента.

Адсорбционный вакуумный насос - сорбционный вакуумный насос, в котором откачка происходит вследствие физической сорбции газа пористым сорбентом при низкой температуре.

Геттерный вакуумный насос - сорбционный вакуумный на­сос, в котором откачка происходит преимущественно вследствие хемосорбции газа геттером (газопоглотителем).

Сублимационный вакуумный насос - геттерный вакуумный насос, поглощающая поверхность которою обновляется при конденсации на ней термически испаряемого геттера.

Геттерно-ионный вакуумный насос - геттерный вакуумный насос, в котором наряду с хемосорбцией происходит ионизация газа с последующим внедрением ускоренных ионов в поверх­ность распыленною геттера.

Вакуумный крионасос - конденсационный или сорбционный насос с рабочими поверхностями, охлаждаемыми до сверхнизких температур, позволяющих конденсировать откачиваемые газы.

Основные характеристики вакуумных насосов следующие.

Быстрота откачки вакуумного насоса S_об - объем газа, от­качиваемый в единицу времени при фиксированном давлении.

Быстрота действия вакуумного насоса S_н - величина, ха­рактеризующаяся быстротой откачки во входном сечении насоса.

Эффективная быстрота откачки вакуумного насоса S_эф - быстрота откачки на конце трубопровода, присоединенного к откачиваемому сосуду.

Производительность вакуумного насоса Q_н- поток газа, от­качиваемый через входное сечение насоса в единицу времени.

Наибольшее давление запуска вакуумного насоса р_зап - наи­большее давление во входном сечении вакуумного насоса, при котором насос может начать работать.

Наибольшее выпускное давление вакуумного насоса р_вып - наибольшее давление в выходном сечении вакуумного насоса, при котором насос может осуществлять откачку.

Наибольшее рабочее давление вакуумного насоса р_б- наи­большее давление во входном сечении насоса, при котором он длительное время сохраняет номинальную быстроту действия. В рабочем диапазоне от наименьшего до наибольшею рабочего давления обеспечивается эффективное использование насоса.

Рабочие диапазоны давлений вакуумных насосов определяются их принципом действия и конструкцией (рис. 1.2).

Предельное остаточное давление насоса р_пр - минимальное значение, к которому асимптотически стремится давление в стандартизованном испытательном объеме без выпуска газа при нормально работающем насосе. Быстрота действия насоса при приближении к предельному давлению стремится к нулю. Пре­дельное давление большинства вакуумных насосов определяется газовыделением материалов, из которых изготовлен насос, пере­теканием газов через зазоры и другими явлениями, возникаю­щими в процессе откачки.

Наименьшее рабочее давление вакуумного насоса р_м - это минимальное давление во входном сечении насоса, при котором насос длительное время сохраняет номинальную быстроту дей­ствия. 11аименыиее рабочее давление примерно на порядок вы­ше предельного.

Время выхода вакуумного насоса на рабочий режим t_вых - время с момента включения насоса до момента, когда он может начать откачку при рабочем давлении в выходном сечении насоса.

Рис. 1.2. Диапазоны рабочих давлений вакуумных насосов