7.1. Молекулярные вакуумные насосы

Удаление газа из вакуумной системы с помощью движущихся поверхностей называется молекулярной откачкой.

Существуют две схемы молекулярной откачки:

• откачка при одинаковых направлениях движения пластины и газа (рис 7.4);

• откачка при взаимно перпендикулярном перемещении пластины и потока газа.

Молекулярная откачка по схеме рис.7.4 осуществляется через канал, одна из стенок которого совершает относительное перемещение со скоростью υ_р параллельно оси канала х.

Молекулы газа, находящиеся в канале, соударяются с движущейся поверхностью, получая приращение количества движения в направлении насоса предварительного разряжения. При этом создается перепад давления р₂ > р₁. Данная схема удобна для получения больших коэффициентов компрессии (р₂/р₁) при малых значениях истинной быстроты действия насоса S_н.

На рис. 7.5 представлены некоторые конструкции молекулярных насосов.

Так в соответствии со схемой рис. 7.5,а насос имеет в статоре 3 набор цилиндрических канавок, входные и выходные отверстия в которых разделены перегородкой 1. Ротор вращается с большой частотой так, что его линейная скорость близка к тепловой скорости молекул.

Согласно схеме (рис. 7.5,б) спиральный паз 1 образует на поверхности статора 2 и цилиндрической поверхности ротора 3 рабочий канал.

Схема (рис. 7.5,в) предполагает, что в статоре 1 выфрезерованы два спиральных канала, суживающихся к центру. Между ними расположен вращающийся диск 2.

Для этих насосов рабочий диапазон давлений составляет 1,0…10^-7 Па, остаточное давление – 10^-7…10^-9 Па, быстрота действия – 50…10⁴ л/с при частоте вращения ротора до 40000 об/мин.

7.2. Струйные вакуумные насосы

При пароструйной откачке молекулы откачиваемого газа, поступающие в насос через входной патрубок, взаимодействуют со струей пара, имеющей звуковую и сверхзвуковую скорость, и приобретают дополнительную скорость в направлении насоса предварительного разряжения, соединяемого с входным патрубком 6 (рис. 7.6). В камере 3 происходит смешение паровой струи из сопла 2 и откачиваемого газа. Запирающий канал 4 создает сопротивление обратному потоку газа. Разделение газа и рабочего пара осуществляется в камере в процессе конденсации рабочего пара на охлаждаемых

поверхностях. После чего откачиваемый газ выходит из насоса через выходной патрубок 6, а сконденсированный пар поступает по трубопроводу 7 в кипятильник 8, где вновь испаряется и по паропроводу 9 попадает в рабочее сопло 2, обеспечивая непрерывность процесса откачки.

Взаимодействие откачиваемого газа с паровой струей зависит от степени вакуума.

При низком вакууме молекулы, находящиеся в пограничном с паровой струей слое, за счет внутреннего трения увлекают другие слои газа. Такие насосы называются эжекторными. Рабочее давление таких насосов находится в диапазоне 10⁵…1,0 Па.

При высоком вакууме все молекулы откачиваемого газа непосредственно взаимодействуют с движущейся струей пара (взаимодействие струи с каждой молекулой). Насосы, работающие в таких условиях называют диффузионными. Рабочее давление таких насосов составляет 10^-2 Па.

Промежуточное положение по давлению впуска между эжекторными и диффузионными насосами занимают бустерные насосы, которые используются для откачки при давлениях впуска 10…10^-2 Па и сравнительно высоком выпускном давлении, доходящим у отдельных насосов до нескольких сотен паскалей. Таким образом, можно сказать, что бустерный насос – это средневакуумный насос, в котором захват газа струей происходит как в результате диффузии газа в струю, так и в результате турбулентно-вязкостного увлечения газа.