4.1. Объемные насосы

Объемные насосы действуют, как указывалось выше, по принципу увеличения объема данного количества газа, вследствие чего, согласно закону Бойля — Мариотта, давление этого газа понижается:

Увеличение объема, содержащего данное количество газа, может быть осуществлено разными способами. В самом простом случае насос представляет собой камеру (обычно неподвижную) с установленным в ней поршнем, движущимся таким образом, что замыкаемый поршнем объем камеры сначала увеличивается и заполняется газом, поступающим из откачиваемого пространства через входное отверстие (вход) насоса, — это процесс наполнения. Затем объем камеры уменьшается (путем возвратного движения поршня), а сжимаемый в ней газ удаляется через выходное отверстие (выход) насоса — это процесс удаления 1).

Принцип действия объемных насосов. Если откачиваемый объем V0 (фиг. 4.3) соединить с входом насоса, у которого объем камеры (цилиндра) увеличивается от величины Vмин~0 до величины Vмакc, то давление р0, существующее в пространстве V0, уменьшается до величины р1 соответствующей уравнению

После этого с помощью крана или клапана объем У0 отделяется от насоса, а газ из цилиндра посредством передвижения поршня выбрасывается под давлением р1 через выход насоса в окружающее пространство с давлением ра (например, атмосферным). Для следующих циклов откачки можно написать уравнения

Таким образом, объемный насос при каждом цикле откачки удаляет один и тот же объем газа при том давлении, которое в данный момент существует в откачиваемом пространстве, масса же удаляемого газа по мере понижения давления уменьшается.

Чем больше отношение Vмакс/V0, тем меньшее количество циклов N необходимо для того, чтобы получить требуемое низкое давление рN ≈ 0. Теоретически после N→∞ циклов откачки достигается рN=0. В действительности же вследствие негерметичностей, наличия вредных объемов (например, объема Vмин), паров смазок и т. п. после достаточно большого числа циклов достигается некоторое предельное давление ра0, неравное нулю.

1)В ротационных объемных насосах роль возвратно-поступательного движения поршня выполняет вращение ротора. Полный цикл (наполнение и удаление) соответствует одному полному обороту ротора.