Турбомолекулярный насос принцип работы

Что такое турбомолекулярный вакуумный насос, применение

Ничем не заполненное пространство, называется вакуумом. Оно имеется в космосе, производится в испытательных лабораториях и в промышленности. Чтобы воссоздать вакуум прибегают к использованию специального оборудования, создающего низкий, средний, высокий и сверхвысокий вакуум, в зависимости от нужных параметров. Добиться этого можно при помощи конструкции, именуемой как турбомолекулярный насос (ТМН).

Турбомолекулярный насос, является компрессором, работающим исключительно с набором определённых параметров давления на выходе и входе, то есть давление не должно пересекать определённый уровень. Для этого используют дополнительный насос, поддерживающий выходное давление, чтобы основное устройство приступило к работе.

В процессе работы турбомолекулярного и вспомогательного насоса, сжимающиеся газы проходят несколько состояний:

• Газообразное.
• Вязкое.
• Молекулярное.
• Промежуточное.

Турбомолекулярный насос (ТМН) по конструкции и принципу действия напоминает диффузионный насос, быстро преобразовывающий газовые среды в вакуумные. Из-за взаимодействия газов с высокоскоростными поверхностями, среды двигаются внутри ТМН в нужном направлении. Турбомолекулярные насосы работают по принципу кинетических вакуумизирующих устройств.

Конструктивные особенности турбомолекулярного насоса:

• Основной элемент ТМН – ротор, вращающийся внутри корпуса. Изготовлен, в виде турбины с лопатками и дисками.
• При работе ротор взаимодействует со статором.
• Основной элемент изготовлен из алюминиевого сплава, улучшающего износоустойчивость и прочность алюминия, что гарантирует долгий срок эксплуатации насоса.
• На поверхности ротора сформированы своеобразные спиральные канавки, обеспечивающие качество перекачки. Их форма и размер изменяются от выхода к входу, чтобы обеспечить многоуровневое сжатие газообразных сред (например, азота до 10 -9 ).

Однако стоит отметить, что эффективность перекачивания сред снижается при увеличении веса молекул у перекачиваемого сырья.

Сравнительно со старыми моделями турбомолекулярных насосов (ТМН), новые обладают большей износоустойчивостью, поскольку в них встроены подшипники с шариками из керамики, а не из металла, из-за чего они легче (весом), не создают внутреннего напряжения под влиянием центробежных сил и снижают нагрузку на функционирующее устройство. Они меньше подвергаются коррозии, чем и улучшают эксплуатационные характеристики насосов. Кроме того, такие подшипники твёрже и меньше поддаются разрушению при контакте поверхностей

Принцип работы турбомолекулярного насоса

Турбомолекулярный насос (ТМН) изготовлен вполне просто, поскольку представляет собой округлый вращающийся диск с лопастями. При вращении вторых, оказывается влияние на газовые молекулы, переносящиеся в механическую энергию. Далее они проходят из входного патрубка, сквозь статорные канавки. В процессе газы сжимаются и продвигаются к нагнетательному отверстию, откуда выходят при помощи подкачивающего устройства.

Следовательно, в процессе работы ТМН, газы проходят следующие этапы:

• Поступление газов в рабочий отсек ТМН происходит через всасывающий патрубок.
• Сжатие газовых сред выполняется, путём их прохождения сквозь несколько турбомолекулярных ступеней.
• Выход осуществляется при помощи подкачивающего насоса.

Данного типа устройства способны вакуумизировать газовые среды, даже при интенсивных нагрузках до 50Па. Основной элемент конструкции – ротор, способен работать со скоростью – 24 000-90 000 оборотов в минуту и включаться от различного питания, включая генератор. В зависимости от бренда, вакуумизирующий турбомолекулярный насос может иметь различные геометрические формы и исполнение, в виде горизонтальной или вертикальной конструкции.

Особенности монтажа турбомолекулярного насоса (ТМН)

При установке горизонтальных устройств, требуется направлять выходной фланец к низу, во избежание сбора конденсатов (паров) из форвакуумного трубопровода, расположенного в районе подшипника. Это позволит избежать повреждения подшипника и продлить эксплуатационный срок турбомолекулярного насоса.

Преимущества турбомолекулярных насосов (при правильном монтаже конструкции):

• Осуществление сверхвысокого безмасляного вакуума.
• Обширный рабочий диапазон давления.
• Возможность обработки коррозийных и инертных газов в больших объёмах.

Кроме этого устройство не вызывает трудностей во время ремонта и обслуживания, быстро запускается и хорошо перекачивает, даже тяжёлые газы.

Какие могут возникнуть трудности при эксплуатации турбомолекулярного насоса:

• Состояние смазки подшипников нужно контролировать, иначе они выйдут из строя.
• Дисбаланс между статором и роторными лопастями, могут спровоцировать преждевременную изнашиваемость подшипников.
• Резкие скачки атмосферного давления опасны для турбомолекулярного насоса, поскольку они повреждают целостность лопастей, что приводит в поломке ТМН.

Выполнять смазку подшипников вручную очень сложно, поэтому рекомендуется отдавать устройство в сервисный центр.

Турбомолекулярный насос в аппаратах МРТ

Благодаря применению вакуумного оборудования появилось множество предприятий, изготавливающих продукты и, добывающих полезные ископаемые.

Также благодаря турбомолекулярным насосам стало возможно:

• Ускорение частиц.
• Изготовление полупроводников.
• Космическая промышленность.
• Термоядерный синтез.
• Высококачественная медицина.

Современные устройства для обследования человека встроены внутрь устройств МРТ, КТ, поскольку без масс-спектрометра, в состав которого входит турбомолекулярный насос, тщательная диагностика невозможна.

Благодаря масс-спектрометру с турбомолекулярным насосом можно:

• Идентифицировать биомолекулы.
• Исследовать их, и выявить отклонения в человеческом здоровье.

Особенности покупки турбомолекулярного насоса

Прежде чем покупать турбомолекулярный насос, стоит убедиться, что этот бренд сможет выполнять нужный вам объём работ. Для этого ознакомьтесь с документами производителя и оцените производительность выбранного устройства. Также обратите внимание на подлинность ТМН. Это позволит избежать покупки подделки, что отразиться на эксплуатационном качестве и сроке службы изделия.

Купить ТМН в Москве можно несколькими способами:

• Через интернет.
• В специализированных магазинах.

Второй вариант надёжней, поскольку магазин предоставит качественное оборудование, предъявит советующие документы (по требованию потребителя) и гарантийный срок. Также при поломке (по истечению гарантии), вы сможете воспользоваться тех. обслуживанием. Благодаря этому можно устранить поломки турбомолекулярного насоса, а не приобретать новый, на чём вы можете сэкономить.

Турбомолекулярный насос принцип работы

Турбомолекулярный насос представляет собой кинетический вакуумный насос, работающий по принципу турбины.

Турбомолекулярный насос

Вакуумный турбомолекулярный насос работает исключительно в паре со вспомогательным насосом, который обеспечивает необходимое выходное давление. Без определенных показателей турбомолекулярное оборудование не запустится.

Отличительными чертами турбомолекулярного насоса выделяют высокую производительность, надежность в процессе эксплуатации и высокую стоимость. Цена турбомолекулярного насоса обусловлена качеством материала конструкции и особенностями строения деталей. Установка специализируется на перекачке газов с большой скоростью. Основные детали конструкции оборудования – ротор, подшипники и статор. Характеристики составляющих турбомолекулярного насоса:

1. Ротор представляет собой металлическую деталь, имеющую форму цилиндра.
2. Статор сделан из прочного материала, отличается герметичностью для обеспечения вращения ротора внутри.
3. Подшипники производят из высокопрочного материала – нитрида силикона. Они обеспечивают высокую устойчивость к износу, а также бесперебойное функционирование оборудования.

Турбомолекулярные насосы востребованы в узкоспециализированных направлениях. Оборудование применяется для нанесения напыления покрытий, толщина пленки которых очень мала, полупроводниковые механизмы и датчики, определяющие утечку вещества, производятся при действии вакуума, создаваемого насосом. К достоинствам турбомолекулярного насоса относят:

• отсутствие масла в рабочем объеме;
• нагнетание сверхглубокого вакуума;
• перекачка крупного объема газов;
• возможность работы с агрессивными и инертными газами;
• рабочее давление колеблется в широком диапазоне;
• устойчивы к резким скачкам показателей давления;
• быстро запускаются;
• легкое обслуживание;
• быстрая и качественная перекачка тяжелых газов.

Для стабильной и бесперебойной работы оборудования необходимо своевременно производить смену смазывающего материала, также рекомендуется следить за состоянием подшипников. Замену комплектующих частей делают специалисты, которые знают особенности и настройки оборудования.

Принцип работы турбомолекулярных насосов

Принцип работы турбомолекулярного насоса заключается во вращении диска с лопастями внутри рабочего объема. Молекулы газа, поступающие в установку через входной патрубок, ускоряются лопастями при движении по специальным канавкам. Затем происходит сжатие газа и его вывод через выходное отверстие под воздействием дополнительного подкачивающего насоса.

Стоит отметить, что в рабочем объеме находятся лопасти 2-х типов:

• подвижные;
• неподвижные.

Они расположены на разных уровнях. Подвижные лопасти передают импульсы молекулам поступающего газа, направляя их в сторону стенок установки. На поверхности молекулы скапливаются, а их термическая скорость увеличивается за счет движения лопастей. Турбомолекулярный насос может быть в 2-х вариантах исполнения: горизонтально направленный и вертикально направленный. Скорость производительности и действия, а также степень сжатия напрямую зависят от скорости, с которой вращается ротор, и от его геометрических особенностей. Фланец оборудования должен быть направлен вниз для предотвращения скопления возле подшипника конденсата рабочей жидкости (масло или вода из форвакуумного трубопровода).

Турбомолекулярный насос ТМН

Турбомолекулярный насос ТМН – насос вращательного типа. Широко используется в различных отраслях промышленности: авиационная, электронная, электротехническая, атомная и другие. ТМН получили распространение благодаря способности не загрязнять рабочую камеру парами углеводорода, максимально ускоряться при работе с легкими газами, создавая в рабочем объеме различную степень сжатия. Распространенная модель – турбомолекулярный насос ТМН-500. Установка отличается высокой эффективностью, скоростью накачивания требуемого вакуума. При этом процесс не зависит от перекачиваемого объема и от качества газа.

Насос выделяется особенностью уравновешивания опоры без вспомогательной балансировки. Это способствует тому, что пользователь может самостоятельно заменить подшипники, а также оба вида лопаток. Существует возможность интенсивного прогрева и продолжительной интенсивной работы.

Турбомолекулярный насос КУКУ

Турбомолекулярный насос КУКУ – универсальная установка безмасляного типа. Отличается гибридной ступенью и необслуживаемыми подшипниками из керамики. Оборудование обеспечивает непрерывную откачку газа без потери трудоспособности.

Смазка используемых подшипников в установке твердая, поэтому насос может устанавливаться в любом удобном положении. Ротор турбомолекулярного насоса производится из цельной заготовки. Это обеспечивает высокую устойчивость к деформациям и отсутствие вибрации во время откачки. Купить турбомолекулярный насос можно у официальных представителей иностранной компании – производителя. Цена оборудования при всех достоинствах конструкции и производительности является доступной.

Ремонт турбомолекулярных насосов

Турбомолекулярные насосы отличаются строгими показателями настроек, которые неопытный пользователь может сбить при попытке самостоятельно отремонтировать оборудование. В случае поломки обязательно следует обращаться к специалистам, которые сделают качественную диагностику установки и произведут замену вышедшей из строя детали. Сервисные центры специализируются на гарантийном и постгарантийном обслуживании установок. Стоимость ремонта зависит от типа поломки и сложности ее устранения. Зачастую на проведенный ремонт выдается долгосрочная гарантия. Также стоит отметить, что цена ремонта представляет собой определенный процент от полной стоимости турбомолекулярного насоса.

Принцип работы и схема подключения турбомолекулярного(ТМН) насоса

Современные турбомолекулярные насосы — это компактные высокотехнологичные устройства, которые обеспечивают чистый высокий вакуум, большие скорости откачки и низкую предельную производительность.

Даже меньшие модели обеспечивают скорость прокачки около 70 литров в секунду, а давление, превышающее w-8, является обычным, w-10 Торр может быть достигнуто при оптимальных условиях. Предельное давление турбо системы частично зависит от типа
впускного фланца, например, фланцев KF, ISO и Conflat, где все металлические герметичные впускные фланцы требуются для давления ниже 10-8 Торр.

Турбомолекулярные насосы не могут выходить прямо в атмосферу
и, следовательно, для работы необходим вспомогательный насос, а также другие вспомогательные элементы, в том числе контроллер турбонагнетателя, вентилятор воздушного охлаждения или комплект водяного охлаждения, вентиляционный клапан, впускной экран, которые являются некоторыми общими элементами (см. систему ниже), в которой отражено наше пакетное предложение Agilent VSSl. со всеми компонентами с маркировкой, турбонасос, контроллер, вентилятор воздушного охлаждения, комплект водяного охлаждения, впускной экран).

В следующих параграфах будут обсуждаться многие аспекты турбомолекулярных насосов, включая их конструкцию, принцип их работы и предельное давление, а также взаимосвязь между скоростью накачки, степенью сжатия, размером вспомогательного насоса, техническим обслуживанием и откачкой агрессивных газов.

Как работает турбо молекулярный насос

Ротор турбомолекулярных насосов работает на высоких оборотах, в диапазоне от 24 000 до 90 000 об / мин. Лопасти ротора тонкие и расположены под углом для ускорения молекул газа в направлении действия откачки. Турбомолекулярные насосы можно рассматривать как устройство передачи импульса, молекулярную турбину. Движущиеся лопасти ротора насоса сталкиваются с отдельными молекулами газа и ускоряют их. Скорость молекулы газа после контакта с ротором является суммарным произведением скорости ротора и тепловой скорости молекул газа. Здесь показана фотография ротора турбонасоса, где ротор турбонасоса был изготовлен из цельной заготовки высокопрочного алюминиевого сплава. Современные роторы турбомолекулярных насосов имеют 9 или более рядов лопастей, напоминающий многоступенчатый компрессор с осевым потоком, с адекватной компрессией и оптимальной скоростью откачки. Лопасти, расположенные рядом с входом насоса, рассчитаны на высокую скорость откачки и более низкую степень сжатия, так как они будут перекачивать молекулы газа при низком давлении. Когда молекулы газа проходят через турбонасос, газ сжимается, и поэтому лопасти, ближайшие к выходному отверстию, рассчитаны на высокое сжатие и низкую скорость откачки.
Турбонасос включает в себя наборные зафиксированные ряды лопаток статора между каждым рядом лопаток ротора (см. Ниже). Угол лопастей статора противоположен лопастям ротора, эти углы оптимизированы, чтобы повысить вероятность того, что молекула газа будет двигаться в направлении откачки, а не в противоположном направлении через насос. Сам процесс работы турбонасоса можно рассматривать как совместную работу лопастей ротора и статора. Лопасти ротора ускоряют молекулы вдоль оси ротора. Затем лопатки статора уменьшают скорость прокачиваемого газа. Это необходимо для того, чтобы следующий ряд лопастей ротора мог придать ускорения молекулам, снова перемещая их дальше. Представляется предпочтительным рассматривать ряд лопастей ротора и соседний нижний ряд лопастей статора вместе как пару, как одну ступень.
Статоры с проставками установлены на внутренней стенке насоса, и расположены максимально близко к пластинам ротора, но не касаются его. Геометрия статора должна быть рассчитана на замедление молекул газа на минимальном расстоянии при обеспечении адекватной проводимости потока. Скорость кончика лопасти ротора турбомолекулярного насоса должна быть порядка тепловой скорости молекул. Благодаря этому условию турбонасосы вынуждены работать на высоких скоростях вращения. Угловая частота зависит от диаметра ротора, поэтому роторы меньшего размера должны вращаться быстрее, чем насосы большего размера, например, небольшие турбомолекулярные насосы часто вращаются между 70000 и 90000 об/мин. Более высокая скорость обеспечивает лучшую производительность насоса за счет более высокого сжатия газа, что приводит к более низкому предельному давлению. По этой причине лопасти высокомолекулярных насосов не доходят до центра насоса, так как область ближе к центру насоса. Насос будет иметь меньшую скорость и более низкое сжатие. По этим причинам турбонасосы спроектированы с длиной лопасти не более 30% диаметра ротора. Конструкция турбонасоса также оптимизирована для предотвращения обратного потока между ротором и статорами, а также предотвращения утечек вокруг кончиков лопастей ротора.

Турбомолекулярный насос – принцип работы турбомолекулярного насоса. Особенности в плане ремонта турбомолекулярных насосов. Отличия Турбомолекулярного насоса КУКУ от Турбомолекулярного насоса ТМН

Турбомолекулярный насос — один из наиболее популярных вакуумных агрегатов, который уже успел завоевать крепкое место на огромном рынке вакуумной техники. Данный тип насоса предназначен для создания и соответственно поддержки высокого и сверхвысокого вакуума. Установки подобного типа — это действительно большая редкость, так как сверхвысокий вакуум — это уровень, достичь которого очень трудно Принцип работы турбомолекулярного насоса заключается в посыле некого сигнала молекулам откачиваемого газа. Далее в процесс вступают огромные скорости, благодаря которым собственно и удается начать работу данного устройства. Если говорить о скорости вращения ротора в турбомолекулярном насосе, то этот показатель достигает нескольких десятков тысяч оборотов за одну минуту. Но также стоит помнить, что для применения подобного насоса также требуется и наличие форвакуумного насоса, который служит неким дополнением, и без него провести рабочий процесс попросту не получится.

При выборе вакуумного насоса для длительной работы, люди чаще всего обращают свое внимание на такой пункт, как: скорость откачки. Делается это для того, чтобы достигать как можно больших показателей производительности, которые напрямую зависят от того, какова будет скорость откачки данного устройства.

В таком механизме, как турбомолекулярный насос, скорость откачки определяется при помощи наружного диаметра ступеней ротора. Делается это путем высчитывания количества углов наклона и вычисления первых ступеней скорости вращения. Если внутри устройства уже высокий уровень давления, то его скорость откачки напрямую зависит от того, насколько эффективно будет работать форвакуумный насос. При увеличении давления на входе, трение ступеней у проточной части становится только больше, а это значит, что и количество электроэнергии для его работы увеличивается в несколько раз. Далее этот процесс приводит к тому, что проточная часть насоса ТМН становятся все горячее. Стоит также отметить, что ни в коем случае нельзя допускать снижения скорости откачки устройства, так как в подобном случае внутри механизма может произойти серьезный бой, который однозначно обернется серьезными последствиями.

Для того чтобы подобной угрозы не было, производители насосов ТМН установили в устройство систему отключения питания, которая срабатывается если вращение ротора переходит за определенный уровень.

Не менее важной частью турбомолекулярного насоса является контроллер. Так как системы подобного типа требуют огромного количество оборотов в минуту, для достижения высоких показателей производительности, в системе обязан быть контроллер, который будет регулировать все эти процессы. Абсолютно все турбомолекулярные насосы оснащены таким контроллером, так как именно через него происходит регулирование частоты и тому подобных процессов, которые каким-то образом влияют на работу.

Но это еще далеко не все элементы турбомолекулярного насоса, которые играют большую роль. Всего существует еще огромное количество элементов, которые также в некоторых ситуациях могут быть очень важными. Но стоит учитывать и цену данного агрегата, так как подобные устройства находятся на уровне среднего ценового сегмента, и турбомолекулярный насос сможет позволить себе далеко не каждый.

Принцип работы турбомолекулярного насоса

Турбомолекулярный насос — это устройств, принцип работы которого сочетает в себе некие элементы осевого компрессора и молекулярного увлечения. Это приводит к тому, что процесс вращения ротора начинает иметь крайние точки, что позволяет на выходе получить линейную скорость около 430 м/c. Именно поэтому, вал турбомолекулярного насоса напрямую зависит от диаметра самого насоса и в результате мы получаем показатели скоростей от 10000 до 60000 оборотов в минуту.

Стоит также взять во внимание тот факт, что принцип работы турбомолекулярного насоса в сравнении с другими устройства сверхвысокого вакуума имеет целый ряд существенных преимуществ, о которых мы сейчас и поговорим.

Преимущества турбомолекулярного насоса:

• Максимальный уровень готовности к началу работы
• Быстрый запуск системы, который длится не более 15 минут
• Высокий уровень степени сжатия
• Широкий диапазон рабочего давления, которого более чем достаточно для решения большинство задач
• Не снижает уровень работоспособности при резких перепадах давления

Глядя на все эти преимущества, можем сделать вывод, что турбомолекулярный насос — это действительно очень мощное и качественное устройство, которое можно применять в самых разных направлениях не боясь за показатели его производительности.

Турбомолекулярный насос ТМН

Турбомолекулярный насос ТМН — устройство, позволяющее достигать уровень среднего, высокого и даже сверхвысокого вакуума, что на данный момент является более чем высоким показателем.

Внутри насоса ТМН, мы сможем увидеть многоступенчатый осевой компрессор, который напрямую зависит от работы статорных ступеней и самого ротора. Статорные ступени в данном механизме получили в свое пользование плоские наклонные каналы, которые расположились вдоль радиуса лопаток. После того, как в системе начинается процесс вращение роторных ступеней, механизм сразу же начинает процесс откачки молекул газа, что позволяет достигать высокого уровня производительности данного устройства.

Наиболее удачно насосы ТМН себя демонстрируют в молекулярном режиме, так как именно там они имеют все возможные условия для производительной работы. Для того чтобы устройство могло работать без перебоев и демонстрировать постоянно высокий показатель работоспособности, они также снабжаются форвакуумным насосом, который расположен на выходе и выполняет ряд важнейших функций, без которых большинство процессов стали бы попросту невозможными.

Турбомолекулярный насос KYKY

Турбомолекулярный насосы данной серии всего за два года успели увеличить свои продажи в несколько раз, и ничего удивительного в этом нет. Главной на то причиной, является производительность и качество таких насосов, которые можно применять где угодно, и в любом из направлений, результаты производительности будут максимально высокими.

Если же говорить о наиболее удачной модели подобного насоса, то – это KYKY FF-63/70E. Эта версия турбомолекулярного насоса имеет безмасляный тип работы, так именно такой принцип работы позволяет деталям быть в максимально хорошем состоянии.

Цена подобных устройств на данный момент находится на достаточно высокой отметке, так как характеристики агрегата действительно удивляют.

Характеристики турбомолекулярного насоса KYKY FF-63/70E:

• Мощность потребления – 100 В
• Охлаждение системы – Водяное (воздушное)
• Быстрота действия в л/c – 62
• Скорость вращения ротора в системе – 51000
• Время, требуемое для начала работы – 1.5 мин

Таких характеристик более чем достаточно для работы в серийном производстве, что уже является показателем высокого уровня производительности устройства. Так что если вы всерьез задумались над покупкой подобного агрегата, то можете обратить свое внимание на модель KYKY FF-63/70E, которая действительно стоит своих денег.

Ремонт турбомолекулярных насосов

Большое количество людей отказывается от покупки турбомолекулярных печей, думая, что сложная конструкция не позволит производить быстрый ремонт данного агрегата. Но на самом деле, устройство продумано таким образом, что все сложные элементы системы заменяют друг друга, и починка определенных устройств в системе не будет чем-то ужасным. Примечательным является тот факт, что если поломка не очень значительная, то устройство некоторое время сможет продолжать свою работу без потери эффективности.

Как показывает практика, турбомолекулярные насосы вовсе редко попадают в станцию техобслуживания и немалую роль в этом играет качество изготовления таких насосов, которые способны работать при любых условиях. Но если они и попадают в ремонт, то в 95 процентах случаев все заканчивает без каких-либо проблем. Причем и стоимость починки подобного устройства не столь велика по сравнению с насосами других разновидностей.

Турбомолекулярный насос. Виды и работа. Применение и особенности

Турбомолекулярный насос представляет собой специализированный вакуумный агрегат, который используется для образования вакуума большого значения. Установки данного типа имеют немного разновидностей, ведь аналогов, способных создать сверхвысокий вакуум, практически не существует. Впервые о турбомолекулярных устройствах заговорили в 1913 году. Именно тогда Геде придумал, как создать молекулярный насос. Однако первые турбомолекулярные устройства стали появляться только в 1958 году благодаря Беккеру. Постепенно их стали активно применять в промышленности.

Огромную роль в процессе создания вакуума выполняет принцип работы насоса. Молекулярное состояние системы находится в прямой зависимости от турбины, которая применяется в данном агрегате. Эта турбина способствует ускорению процесса создания вакуума. Эти агрегаты получили широкое распространение в промышленности, авиации, научных лабораториях и тому подобное.

Виды

Турбомолекулярный насос в зависимости от конструктивного исполнения может быть:

• Двухпоточным.
• Однопоточным.
• С лопатками.
• С дисковыми рабочими колесами.

По своей конструкции подобные агрегаты могут быть классифицированы по трем видам:

1. Цилиндрический вид, в роторе которого имеются кольцевые каналы. Данный агрегат имеет конструктивное исполнение Геде;
2. Цилиндрический вид, по поверхности его ротора располагаются каналы спирального вида. Данный агрегат часто называют устройством Хольвека.
3. Дисковый вид, в котором используются каналы спирального вида от наружного диаметра к диску. Этот тип конструкций часто называют устройством Зигбана.

Конструктивно схема устройства, который предложил Беккер, имеет корпус, в котором установлены неподвижные статорные диски. Ротор представляет вал с колесами, которые представляют диски с фрезерованными косыми пазами радиального вида. Они также могут представлять лопаточные колеса, лопатки на них ставятся под некоторым углом к торцовой плоскости втулки. В случае, когда колеса выполнены в виде дисков с прорезями, то в статорных колесах прорези выполняются зеркально. Для лопаточного исполнения применяются те же условия, но уже с учетом углов установки. Чтобы упростить установку статорных колес их разрезают по диаметру.

В молекулярные агрегаты цилиндрического вида, в которых каналы спирального вида находятся по поверхности ротора, имеют несколько иное исполнение. Здесь, в отличие от агрегатов Геде, каналы создаются винтовыми корпусными канавками. В этих устройствах отсутствуют отсекатели, что снижает объем перемещающегося газа.

Газ посредством патрубка для всасывания направляется насос, где перемещается по винтовым канавкам и делится на потоки. Оттуда он выходит в полости нагнетания, из них газ откачивается с помощью форвакуумного насоса. Ротор начинает работать благодаря электрическому двигателю. Чтобы исключить перемещение газов внутренняя часть насоса надежно изолируется от внешней среды.

В устройстве Зигбана дискового вида каналы изготавливаются в крышках торцового вида. Вращающийся диск в данном случае находится в корпусе. Газ направляется в каналы спирального вида посредством патрубка для всасывания. В большинстве случаев используются три спирали, через которые газ направляет к центру диска, где с помощью форвакуумного насоса откачивается.

Главный минус насосов указанных исполнений – это необходимость применения современного высокоточного оборудования для их производства и сборочных работ. В случае погрешностей в мехобработке или увеличении зазоров происходит резкое перетекание газов, вследствие чего существенно снижаются показатели откачивания. Тем не менее, молекулярные ступени с успехом применяются в комбинированных турбомолекулярных устройствах.

Подобные агрегаты выпускают разные производители, вследствие чего они также добавляют разнообразные новшества в своих моделях.

Устройство

Турбомолекулярный насос работает благодаря статорным и роторным дискам, у которых имеются радиальные косые каналы. Их стенки находятся под углом порядка 15-40 градусов по отношению к плоскости диска. При этом каналы статоров располагаются зеркально по отношению к роторам. Между валом ротора и статором есть зазоры, которые позволяют перемещаться молекулам газа в сторону откачки. Подобная система подвижных и неподвижных каналов обеспечивает перепад давлений и способствует эффективному образованию вакуума.

Насос приводится в движение благодаря высокочастотному электрическому двигателю. Ток в двигатель подается от электрической сети или мощного аккумулятора. Ротор движка располагается в форвакуумной полости вместе с валом насосного ротора. Такое конструктивное исполнение исключает манжетный износ.

Вращение ротора осуществляется с частотой порядка 18-100 тысяч оборотов в минуту. Поэтому во время сборочных работ насос подвергается тщательной балансировке, во время которой подшипники устанавливаются с максимальной точностью. Для таких агрегатов применяются специальные подшипники, имеющие текстолитовые сепараторы. Чтобы подшипники работали без перебоев, им нужна смазка. С этой целью используется маслонасос, для которого устанавливается свой электрический движок. Воздух подается через входной патрубок.

Когда начинается вращаться двигатель, в движение приводится ротор насоса, он вращается относительно статора. Лопатки ротора и статора располагаются по отношению друг к другу зеркально. Вместе они создают ступень насоса, обеспечивающую компрессионное сжатие воздушных масс. Для воздуха компрессия может достигать показателя 30. Однако в агрегатах применяется сразу несколько ступеней, вследствие чего компрессия может достигать показателя в несколько сотен единиц.

Далее в действие вступает форвакуумный насос, который благодаря компрессии легко откачивает воздушные массы. Указанное конструктивное исполнение вызвано тем, что для работы данного агрегата требуется определенное давление, чтобы насос мог приступить к работе. Внешний вид подобного агрегата напоминает турбину, вследствие чего и пошло название турбомолекулярный насос.

Принцип действия

Турбомолекулярный насос можно отнести к кинетическим агрегатам, которые работают на принципе передаче импульса молекулам для направления их к откачивающему устройству. Его конструкция напоминает ротор из многочисленных ступеней. Типичная конструкция выполнена в виде вращающегося круглого диска, на котором расположены лопасти. Они во время вращения действуют на молекулы воздушных масс и передают им энергию, направляя через статорные канавки.

В насосе предусмотрено несколько ступеней, на каждой из которых происходит сжатие газа до момента, когда они не дойдут до нагнетательного отверстия. Через него сжатый воздух легко откачивается насосом. Быстродействие и параметры сжатия определяются геометрией роторной и статорной частей, их скоростью вращения, а также числом лопастей. Агрегат производится в вертикальном либо горизонтальном исполнении.

Применение

Турбомолекулярный насос находит широчайшее применение во многих сферах деятельности. Данные агрегаты применяются в промышленности, в первую очередь это касается медицинской, металлургической, авиационной, атомной, химической, радиотехнической и электронной промышленности.

• Их используют во всевозможных технологических процессах.
• Обеспечения функционирования установок и оборудования, где наблюдается необходимость создания и поддержания вакуума высокого значения.
• Также турбомолекулярный насос применяется в аналитических приборах, к примеру, в многокамерных масс-спектрометрах.
• Такие агрегаты незаменимы при создании полупроводников, в частности в ионной имплантации и сухом травлении. Производителям необходимо повышать производительность оборудования, их надежность. Поэтому без турбомолекулярных устройств здесь не обойтись. Данные процессы проходят с применением коррозионных и агрессивных газов, поэтому насосы снабжаются защитой и соответствующим покрытием.
• Напылении материалов.
• При испарении, покрытии и травлении разнообразных материалов.
• Химическом осаждении.
• В создании ускорителей частиц.
• При вакуумировании электронных ламп.
• В случае необходимости имитации космического пространства.
• Изготовление вакуумных печей.
• Для создания устройств поиска протечек.
• Создания сверхвысоковакуумного оборудования.
• В производстве электронных приборов и так далее.

Турбомолекулярный насос: особенности конструкции и принцип работы

Турбомолекулярный вакуумный насос – это высоковакуумное оборудование, способное создавать и поддерживать вакуум глубиной 10 -2 – 10 -8 Па. Свое название он получил за возможность откачивать воздушную среду из емкостей на молекулярном уровне.

Турбомолекулярный насос

Турбомолекулярный насос (turbomolecular pump) относится к объемным механическим вакуумным насосам. Это единственный механический вакуумный насос способный создавать сверхвысокий вакуум. Большей частью это обеспечивается большими скоростями вращения ротора, которые достигают 10000-50000 об/мин. При этом подвеска ротора испытывает огромные нагрузки. Чтобы повысить долговечность насоса в таком режиме работы, в его конструкции предусмотрен контроллер и особая система подвески ротора.

Контроллер предотвращает резкие скачки скорости вращения за счет управления пусковыми режимами электрического двигателя и плавным изменением частоты вращения. Подвеска изготавливается из специальных материалов и имеет конструкцию обеспечивающую высокую производительность и надежность.

Существует три типа подвесок ротора турбомолекулярного насоса:

1. Подшипниковый узел. Особенность подшипникового узла в том, что в нем используются керамические подшипники. Они изготавливаются из нитрида кремния и обеспечивают низкую вибрацию и высокие показатели долговечности.
2. Магнитный подвес. Представляет собой намагниченный подшипник, внутри которого находится небольшой защитный подшипник. Он стабилизирует вал ротора при радиальных нагрузках, но никак не задействован при стабильной работе, поэтому практически не изнашивается. Насос с магнитным подвесом может работать в любом положении, для охлаждения узла в основном достаточно естественного охлаждения.
3. Гибридный узел. Смешанный тип двух предыдущих видов подвесок. Керамический подшипник устанавливается со стороны предварительного разряжения, а магнитная подвеска работает со стороны глубокого вакуума.

Самым оптимальным вариантом считается гибридная подвеска, так как обеспечивает наилучшие характеристики скорости откачивания при низких уровнях шума и вибрации. Производительность вакуумного насоса в зависимости от модели может достигать 3500 л/сек.

Преимущества турбомолекулярного насоса:

• высокий и сверхвысокий стабильный вакуум;
• широкий диапазон рабочего давления;
• большая производительность при небольших размерах;
• быстрый пуск и простота в эксплуатации;
• отсутствие паров масла в выхлопе;
• непритязательность к условиям эксплуатации;
• надежность и долговечность;
• возможность работать в любом положении в пространстве.

Недостатки турбомолекулярного насоса:

• необходимость в создании предварительного разряжения с помощью форвакуумного насоса;
• необходим точный баланс пластин ротора и статора;
• откачиваемый воздух не должен содержать абразивных частиц и пыли;
• достаточно высокая стоимость.

Используются насосы ТМН во многих областях промышленности, где требуется чистый высокий и сверхвысокий вакуум. Такими индустриями является металлургия, авиация, атомная промышленность, приборостроение, исследовательские лаборатории, оптика, медицина, микроэлектроника, изготовление полупроводников, напыление тонких пленок и другое.

Производятся турбомолекулярные насосы во многих странах мира: Китай (KYKY), США (Agilent Technologies), Германия (Pfeiffer, Leybold), Англия (Edwards), Россия (ТАКО), Япония (SHIMADZU) и прочие.

Турбомолекулярный насос: принцип работы

Турбомолекулярный насос представляет собой многоуровневую турбину. Внутри цилиндра, который является статором, вращается ротор. В статоре по спирали или по кругу нарезаны канавки, а на роторе расположены диски с пластинами, находящиеся под определенным углом. Причем на одном диске пластины расположены в одном направлении, а на соседнем – в другом. Конструкция выполнена таким образом, что между пластинами и стенками канавок очень маленький зазор.

При вращении пластины ротора передают некоторое количество энергии ударяющимся о них молекулам. При этом молекулы начинают направленно двигаться в статорные пазы, где газ накапливается и сжимается до определенного давления, а потом направляется к выпускному отверстию. За счет большого количества пазов, которые сжимают откачиваемую среду одновременно, достигается большой показатель глубины вакуума.

Скорость откачивания и глубина вакуума турбомолекулярного насоса ТМН во многом зависят от нескольких параметров:

• частоты вращения;
• геометрических размеров ротора: угла пластинок, наружного диаметра дисков с пластинами, размеров пластин и их количества;
• давления откачиваемой среды.

Из-за этого насос ТМН имеет большое количество моделей с различными техническими характеристиками и стоимостью. Цена вакуумного насоса также зависит от производителя и материалов, из которых изготовлены детали и узлы оборудования.