Техника получения вакуума

Классификация насосов
В основу получения вакуума могут быть положены два принципа: первый — удаление газа из откачиваемого сосуда за пределы вакуумной системы, второй — связывание газа в вакуумной системе. Первый принцип реализован в газоперемещающих насосах.
Перемещение массы газа можно производить периодически, отдельными порциями и непрерывно. Для удаления порции газа необходимо изолировать в рабочей камере насоса определенный объем газа, переместить его от входного патрубка насоса к выходному, сжать в процессе перемещения до давления, большего, чем давление в выходном сечении насоса, и вытолкнуть газ за пределы насоса. Вакуумные насосы, которые откачивают газ отдельными порциями в результате периодического изменения объема и положения рабочей камеры, называются объемными вакуумными насосами. Объемными вакуумными насосами являются только механические насосы, т. е. такие насосы, откачивающее действие которых основано на перемещении газа вследствие механического движения рабочих частей насоса.
Для непрерывного удаления нейтральных молекул газа необходимо иметь тело, которое постоянно увлекало бы и перемещало газ. Таким телом может быть непрерывно движущаяся твердая поверхность или струя жидкости, пара или газа. При соударении с движущейся твердой поверхностью и в результате внутреннего трения молекулы газа приобретают преимущественное направление движения. Механические насосы, откачивающее действие которых основано на увлечении удаляемого газа непрерывно движущимися твердыми поверхностями, получили название молекулярных, так как движущиеся части насоса воздействуют на отдельные молекулы.
Вакуумные насосы, в которых реализуется второй принцип создания вакуума, получили название сорбционных насосов. Газ в сорбционных насосах может связываться геттером (геттер — вещество, применяемое для хемосорбции газов в вакуумных системах), а также сорбироваться и конденсироваться на охлаждаемой поверхности.
Классификация вакуумных насосов по принципу действия приведена на рис. 3.1.
Основные параметры вакуумных насосов. Быстрота действия насоса — это объем газа, удаляемый насосом в единицу времени через входной патрубок насоса:
SН = dV/dt [л/с], [м3/ч].                                                                 (3.1)
Эффективная быстрота откачки (SЭФ) насоса — это объем газа, поступающий в единицу времени из откачиваемого объема в трубопровод. Она зависит от сопротивления трубопровода.
Производительность вакуумного насоса характеризует расход газа во входном сечении насоса при данном давлении и выражается в м3 • Па/с. Легко показать, что производительность насоса есть произведение быстроты откачки на давление, при котором она измерена:
Q = PSH.                                                       (3.2)
Установим связь между тремя основными характеристиками вакуумной системы: быстротой действия насоса SH, эффективной быстротой откачки объекта и проводимостью вакуумной системы между насосом и откачиваемым объектом U:

Уравнение (3.4) называют основным уравнением вакуумной техники, которое может быть переписано в виде:

При условии SH =U из формулы (3.5) получим: Sэф= 0,5SH. Если U →∞, то Sэф →SH, при U →0, следует Sэф →0.
Наибольшее давление запуска вакуумного насоса — это то наибольшее давление в его входном сечении, при котором насос может начать работу.
Наибольшее рабочее давление вакуумного насоса — это то наибольшее давление в его входном сечении, при котором насос длительное время сохраняет номинальную быстроту действия.
Предельное остаточное давление, наибольшее давление запуска, наибольшее рабочее давление и наибольшее выпускное давление выражаются в единицах давления газа — Паскалях и других производных единицах.
Наибольшее выпускное давление — это наибольшее давление в выходном сечении насоса, при котором насос еще способен осуществлять откачку, т. е. осуществлять перенос массы газа со стороны с низким давлением на сторону с более высоким давлением газа. Эта величина является одной из основных характеристик молекулярных и других типов насосов, в которых осуществляется перемещение газа, в частности струйных насосов.
Выбор насоса или насосов, работающих последовательно, зависит в первую очередь от необходимого предельного давления, требуемой производительности вакуумного насоса, присутствия паров масла в откачиваемом объеме, а также некоторых экономических факторов: расхода электроэнергии, воды, хладагента и т. д.

Рис. 3.1. Классификация современных вакуумных насосов

Рис. 3.2. Диапазоны рабочих давлений в миллиметрах рт. ст. для современных вакуумных насосов различных типов