4.2. Скоростные насосы

В скоростных насосах молекулы газа получают от быстро движущихся элементов насоса дополнительную составляющую скорости к своим хаотическим скоростям теплового движения, вследствие чего возникает поток газа от входа к выходу насоса.

1)молекулярные насосы, в которых частицам газа сообщается скорость от поверхности движущегося конструктивного элемента;

2)струйные насосы, в которых частицы газа приобретают скорость от струи жидкого или газообразного рабочего тела;

3)насосы с электростатическим полем, в которых предварительно ионизованные частицы газа под действием сил электрического поля перемещаются от входа к выходу насоса.

4.2.1. Молекулярные насосы

В молекулярных насосах частицы газа, ударяясь о быстро перемещающуюся поверхность, отражаются от нее с дополнительной составляющей скорости в направлении движения поверхности

Различают насосы собственно молекулярные и турбомолекулярные.

Собственно молекулярные насосы Устройство и принцип действия молекулярного насоса иллюстрирует фиг. 4 29 Внутри цилиндрической полости статора 1 находится ротор 2. Статор имеет такую конфигурацию, что на участке поверхности 3—4 зазор между ним и ротором очень мал и создает сравнительно большое сопротивление потоку; на остальном же участке 3—5—4 длиной L между ротором и статором образуется камера шириной h, где и происходит процесс откачки. Молекулы газа, попадающие во входное отверстие насоса и ударяющиеся о поверхность ротора, остаются на ней некоторое время (равное времени пребывания), а затем отрываются со скоростью, зависящей от температуры ротора. Однако, ввиду того что ротор обладает окружной скоростью vW, молекулы газа приобретают тангенциальную составляющую скорости в направлении движения ротора и движутся вслед за ним от входа к выходу насоса.

Механизм приобретения молекулами составляющей скорости в направлении откачки связан с тем, что круговая диаграмма вероятности распределения направлений вылета частиц с поверхности (фиг. 2.10) при движении ротора со скоростью vW смещается в направлении его движения. Молекулы, обладающие скоростями, касательными к поверхности, после многих отражений от стенок камеры приближаются к выходу из насоса, где газ накапливается и его концентрация возрастает, вследствие чего газ вытекает в форвакуум, созданный у выхода из насоса. Зазор 3—4, имеющий большое сопротивление, затрудняет перетекание газа со стороны выхода ко входу (т е. ограничивает обратный поток). Тем не менее такой поток существует и в насосной камере в направлении 4—5—3, так что эффективный откачиваемый поток представляет собой основной поток за вычетом двух обратных потоков (в направлениях 4—5—3 и 4—3).