Общая характеристика насосов

Вакуумные насосы по назначению делятся на высоковакуумные и низковакуумные. По физическому признаку работы делятся на механические, сорбционные и ионные. Механические насосы бывают объемные и молекулярные, основанные на передаче количества движения молекулами газа от движущейся поверхности.

Насосы объемного типа осуществляют откачку за счет периодического изменения объема рабочей камеры. По конструкции они бывают поршневые, жидкостно-кольцевые и ротационные (вращательные).

Насосы с передачей количества движения молекулами газа бывают водоструйные, эжекторные, диффузионные, молекулярные, характеристики, которых основаны на закономерностях внутреннего трения в газах.

Откачные насосы на основе сорбционных явлений бывают испарительные (используется хемосорбция) и адсорбционные (криогенные насосы, в которых работают процессы физической адсорбции и конденсации). В ионно-адсорбционных насосах работают заряженные молекулы, движущиеся под действием электрического поля.

Для лучшего понимания основных параметры вакуумных насосов приведем упрощенную схему откачной системы, включающей откачиваемый объект, вакуумный насос, соединительные трубопроводы и манометры (рис.5.1). Можно определить следующие параметры вакуумных насосов.

1) Быстрота откачки насоса Si – объем газа, проходящий через сечение трубопровода в единицу времени

. (5.1)

2) Быстрота откачки объекта или эффективная быстрота откачки насоса – объем газа, поступающий в единицу времени из откачиваемого объема в трубопровод через сечение I при давлении p₁

. (5.2)

3) Быстрота действия насоса – это объем газа, удаляемый насосам в единицу времени через входной патрубок (сечения ) при давлении p₂

. (5.3)

4) Коэффициент использования насоса

. (5.4)

5) Производительность насоса – поток газа, проходящий через его входное сечение.

6) Предельное давление насоса p_пр – это минимальное давление, которое может обеспечить насос, работая без откачиваемого объекта.

7) Наименьшее рабочие давление p_min – это минимальное давление при котором насос длительное время сохраняет номинальную быстроту действия.

8) Наибольшее рабочие давление p_б – это максимальное давление при котором насос длительное время сохраняет номинальную быстроту действия.

9) Давление запуска насоса p_з – это минимальное давление во входном сечении насоса при котором он может (осуществлять откачку) начинать работу.

10) Наибольшее выпускное давление p_в – максимальное давление в выходном сечении насоса при котором он может осуществлять откачку.

Основная характеристика насоса – это зависимость быстроты действия от давления на входе в насос (рис.5.2).

1 – откачиваемый объем; 2, 3 – манометры для измерения давления;

4 – насос; 5 – соединительный трубопровод

Рисунок 5.1 – Схема откачной системы

Рисунок 5.2 – Основная характеристика насоса

На рис.5.3 представлены диапазоны рабочих давлений насосов.

Рисунок 5.3 –Диапазоны рабочих давлений вакуумных насосов

Объемная откачка

В процессе объемной откачки выполняются следующие операции :

- всасывание газа за счет расширения рабочей камеры насоса;

- уменьшение объема рабочей камеры и сжатие и газа;

- удаление сжатого газа из рабочей камеры в атмосферу.

– геометрическая быстрота объемной откачки, где n – частота циклов, V_k – объем камеры. Реальная S_n в 100 раз меньше из-за обратного потока газа в насосе, наличия вредного пространства в насосе, диффузия паров масла. Для увеличения S_n необходимо увеличивать объем камеры V_k и проводимость входного патрубка. Частота n циклов имеет оптимальное значение, при превышении которого возможен перегрев насоса или не- заполнение рабочей камеры откачиваемым газом. Обычно n = 1400.

Поршневые насосы

Схема поршневого насоса и его откачная характеристика приведены на рис.5.4. Скорость передвижения поршня составляет около 1 м/с, предельное давление – 10³ – 10⁴ Па, скорость откачки– 10…4000 л/с.

Преимущества: высокий к.п.д., надежность, работа атмосферного давления.

Недостатки: большая металлоемкость, габариты, потребность в фундаменте.

1 – корпус; 2 – кривошипно-шатунный механизм; 3 – поршень; 4 –всасыва-ющий клапан; 5 – нагнетающий клапан; 6 – «мертвое» пространство;

7 – фундамент

Рисунок 5.4 – Схема поршневого насоса и его откачная характеристика