5.5.1. Чем откачивать установку размером с дом? - Ашкинази Л.А.

Наиболее часто при откачке крупных установок применяются два типа насосов — турбомолекулярные и криосорбционные. Применяются они все чаще и чаще и в уста­новках других классов. Происходит это по мере того, как их конструкция и технология совершенствуются, стоимость умень­шается, а надежность и доступность увеличиваются.

Турбомолекулярный насос состо­ит из ротора и статора. На рото­ре и статоре есть пластины, и они чередуются (рис. 58). Когда насос работает, роторные пластины вра­щаются, статорные стоят. Впрочем, насос, показанный на рис. 58, качать не будет — он абсолютно симметри­чен, и непонятно, где у него вход, а где выход. На самом же деле пласти­ны, конечно, не целые, а с прорезями (рис. 59). Прорези косые, а сама пла­стина похожа на лопатку турбины.

Впрочем, аналогия неполная — в газе как бы нет отдельных молекул, он взаимодействует с лопастями турбины как целое, как «среда», а вакуум состоит из молекул, взаимодействующих с пластинами индивидуально. Столкнувшись с роторной пласти­ной, молекула приобретает скорость, направленную вправо (рис. 60).

Попав в статорную пластину, молекула либо отразится (ва­риант а), либо, не потеряв скорости, пройдет сквозь пластину (ва­риант б), а на выходе попадет в следующую роторную пласти­ну. Отразившись (й), она либо отразится и от плоской части роторной пластины и опять же полетит вправо, или попадет в прорезь роторной пластины и после соударения опять-таки полетит вправо (хотя и не вдоль оси). На самом деле все происходит, как всегда, немного сложнее, но суть дела именно такова. Медленные молекулы, независимо от на­правления исходной их скорости, ведут себя примерно так же, как и .покоящиеся. Быстрые имеют шансы пробиться против общего потока. Но шансы эти невелики, а ведь в насосе не одна пара пластин, а десятки.

Обратный поток насоса состоит из молекул, пробравшихся в обратном направлении с выхода насоса, и газа, десорбированного с его стенок. Этот поток можно было бы умень­шить, увеличив скорость движения лопаток, но совершен­ствование насосов сдерживается и прочностью материала — ведь скорость лопаток сравнима со скоростью сверхзвукового самолета.

Работа насоса, очевидно, тем эффективнее, чем больше скорость движения пластин и чем меньше зазор между ними. Поэтому, хотя принцип действия турбомолекулярного насоса известен давно, он начал широко применяться лишь в по­следнее десятилетие. Потребность в нем была и раньше, просто механика не доросла до уровня обеспечения необ­ходимой точности изготовления. Вспомним, что в первой паровой машине можно было между цилиндром и поршнем просунуть палец.

Параметры насоса существенно зависят от угла наклона лопаток — обратный поток тем меньше, чем меньше угол между лопатками и плоскостью пластины, но скорость откачки при этом убывает. Чтобы убедиться в этом, пред­ставьте себе работу насоса с углом наклона, близким к нулю. Обычно турбомолекулярные насосы делают так: во входной части лопатки имеют наклон 35%, а в выходной части — 20%. В целом насос оказывается и с высокой скоростью от­качки и с малым обратным потоком. Можно считать, что такой насос — это два насоса, соединенных последовательно.