Турбомолекулярный насос — принцип работы, констуркция

ООО «АВАКС»

Научно-производственная фирма

ВАКУУМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ • КОМПОНЕНТЫ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ • РАСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Техническая информация > Все о вакуумных насосах > Турбомолекулярные насосы — конструкция, принцип работы >


Блок: 1/5 | Кол-во символов: 248
Источник: https://avacuum.ru/rus/techinfo/vacuum_pumps/turbomolecular_pumps/

Описание

Турбомолекулярные насосы (ТМН) позволяют получать средний, высокий и сверхвысокий вакуум с остаточными газами, молекулярная масса которых меньше 44.

ТМН представляет собой многоступенчатый осевой компрессор, роторные и статорные ступени которого снабжены плоскими наклонными каналами вдоль радиуса лопатками. При вращении роторных ступеней с высокой скоростью происходит откачка молекул газа из-за их различной вероятности перехода через наклонные каналы ступеней в прямом и обратном направлениях.

ТМН рассчитан на работу в условиях молекулярного режима течения газа. Для обеспечения работоспособности ТМН необходимо обеспечить на выходе из его последней ступени молекулярный режим течения газа любым насосом предварительного разрежения (форвакуумным насосом) с выхлопом в атмосферу.

Молекулярный насос (МН) состоит из молекулярных ступеней, установленных на одном роторе. Для обеспечения его работоспособности возможно применение форвакуумного насоса (в зависимости от конструкций ступеней МН).

Гибридный ТМН (ГТМН) содержит первые ступени от турбомолекулярного насоса, а последние ступени от молекулярного насоса. Роторные ступени ГТМН закреплены на общем валу. Назначение молекулярных ступеней — обеспечить нормальную работу последним ступеням ТМН при повышении давления на входе в ТМН, а также возможность применения более дешёвых одноступенчатых форвакуумных насосов с большим предельным давлением.

Блок: 2/11 | Кол-во символов: 1414
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BD%D0%B0%D1%81%D0%BE%D1%81

Общие сведения о турбомолекулярных насосах

Турбомолекулярные насосы относятся к категории высоковакуумных «безмасляных» механических (молекулярных) насосов. (Классификация)

Турбомолекулярный насос работает в паре с форвакуумным насосом, который необходим как для предварительной откачки вакуумной системы (турбомолекулярный насос не может самостоятельно откачивать вакуумную систему с атмосферного давления), так и для постоянной эвакуации откачиваемых газов с выхлопного порта турбомолекулярного насоса. Предельное остаточное давление в вакуумной системе, которое может быть достигнуто современным турбомолекулярным насосом ~ 10-6 — 10–8 Па (~ 10-8 — 10-10 Торр).

Турбомолекулярные насосы можно подразделить на группы по типу подвеса ротора:

— с классическим подвесом ротора: ротор вращается в двух механических подшипниках качения (в современных насосах необслуживаемых керамических с консистентной смазкой) — верхнем и нижнем. Замена подшипника в таких насосах достаточно сложный процесс, сопряженный с необходимостью балансировки ротора (рекомендуется делать в условиях завода-изготовителя);

— с гибридным подвесом ротора: в таких насосах нижний подшипник — механический, верхний — магнитный (т.е. ротор не имеет механической связи со статором). Нижний подшипник, находящийся на атмосферной стороне, можно заменить, не отправляя насос на завод-изготовитель;

— с магнитным подвесом ротора: оба подшипника — магнитные. Механические подшипники тоже присутствуют, но используются как аварийные, при сильных одиночных колебаниях ротора и при отключении электроэнергии). Таким образом, в современных турбомолекулярных насосах в зависимости от конструкции смазка отсутствует или ее присутствие практически не влияет на состав остаточной атмосферы в вакуумной системе. Турбомолекулярные насосы старой конструкции (такие еще есть на рынке) могут служить источником незначительного количества паров масла в вакуумной системе.

Ротор небольших турбомолекулярных насосов вращается со скоростью 80000 — 90000 оборотов в минуту, больших — 40000-50000 об/мин.

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 2057
Источник: https://avacuum.ru/rus/techinfo/vacuum_pumps/turbomolecular_pumps/

Скорость откачки

Скорость откачки определяется наружным диаметром роторных ступеней, длиной лопаток, их количеством, углом наклона лопаток первых ступеней, скоростью вращения. При высоком давлении на входе в ТМН, его быстрота действия зависит и от скорости откачки форвакуумного насоса. Когда давление газа на входе в ТМН возрастает, то увеличивается его трение в ступенях проточной части ТМН и мощность, потребляемая электродвигателем, особенно при снижении скорости вращения ротора от трения газа. Это вызывает увеличение нагрева проточной части ТМН, подшипниковых узлов вращения, снижение скорости откачки и может привести к аварии. Поэтому, при повышении температуры узлов вращения ротора выше определённой величины происходит отключение питания электродвигателя ТМН с помощью температурного датчика, установленного вблизи одного из узлов вращения ротора. Так происходит ограничение времени откачки максимального потока газа на входе в ТМН.

Блок: 3/11 | Кол-во символов: 946
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BD%D0%B0%D1%81%D0%BE%D1%81

Достоинства и недостатки туромолекулярных насосов

Недостатки:

— попадание воздуха в турбомолекулярный насос, ротор которого вращается с номинальной скоростью, может привести к разрушению ротора, а иногда и корпуса насоса;

— сложность обслуживания турбомолекулярных насосов с классическим подвесом ротора (замена подшипников);

— откачиваемая среда не должна содержать механических частиц;

— максимальная быстрота откачки турбомолекулярных насосов в стандартном исполнении не превышает 4000-5000 л/с.

Достоинства:

— безмасляная откачка;

— хорошо выдерживают высокую газовую нагрузку;

— простота эксплуатации, комфортны в работе;

— очень низкий уровень шума и вибраций;

— компактные размеры и вес;

— есть исполнения для откачки агрессивных сред


Блок: 3/5 | Кол-во символов: 774
Источник: https://avacuum.ru/rus/techinfo/vacuum_pumps/turbomolecular_pumps/

Номинальная потребляемая мощность

Номинальная потребляемая мощность — это мощность, определяемая при номинальной скорости вращения ротора ТМН. При получении высокого вакуума она определяется силами трения в узлах вращения ТМН. Во время разгона ротора ТМН мощность, потребляемая его приводом максимальна. Обычно она ограничивается рабочими параметрами блока питания ТМН.

Блок: 4/11 | Кол-во символов: 371
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BD%D0%B0%D1%81%D0%BE%D1%81

Конструкция турбомолекулярного насоса

В корпусе турбомолекулярного насоса расположен ротор. На роторе, в плоскостях, перпендикулярных его оси и расположенных на определенном расстоянии друг от друга, имеются наборы лопаток-лопастей. Лопатки наклонены под определенным углом к плоскости, в которой они расположены. Между лопатками ротора расположены неподвижные пластины, закрепленные на корпусе. Расстояния между наборами лопаток и пластин минимальны. Форма лопаток, расстояния между лопатками и пластинами статора, углы наклона при проектировании ротора рассчитываются — от этих параметров зависит быстрота откачки. Для уменьшения массы ротор изготавливается из легкого материала (специальный сплав алюминия) и тщательно балансируется. Ротор приводится во вращение электродвигателем, подвес ротора может быть различным — см. «Общие сведения…». Для изготовления деталей турбомолекулярного насоса используются высокоточные станки и другое оборудование. Повреждение ротора выведет насос из строя.

Блок: 4/5 | Кол-во символов: 1002
Источник: https://avacuum.ru/rus/techinfo/vacuum_pumps/turbomolecular_pumps/

Коэффициент компрессии

Коэффициент компрессии определяется скоростью вращения, количеством ступеней и молекулярным весом откачиваемого газа. Он выше для тяжёлых газов, что обеспечивает эффективное противодействие проникновению углеводородов в откачиваемый объём. Значение коэффициента компрессии по водороду важно при использовании насоса для создания сверхвысокого вакуума.

Блок: 5/11 | Кол-во символов: 376
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BD%D0%B0%D1%81%D0%BE%D1%81

Предельное остаточное давление

Предельное остаточное давление, определяемое в соответствии со стандартами Pneurop, — это остаточное давление, достигаемое в откачиваемой системе через 48 часов откачки после окончания обезгаживания прогревом. В качестве форвакуумного насоса должен быть выбран в этом случае только двухступенчатый пластинчато-роторный насос.

Блок: 6/11 | Кол-во символов: 358
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BD%D0%B0%D1%81%D0%BE%D1%81

Подшипниковый узел и система подвески

Применяются две основные системы подвески: магнитный подвес и керамические подшипники. Необслуживаемые керамические подшипники используются вместо обычных стальных подшипников. Шарики подшипника, выполненные из нитрида кремния, легче, твёрже и обладают более высокой однородностью по сравнению со стальными аналогами. При их использовании увеличивается ресурс и снижается уровень вибраций.

Повышение надежности достигается использованием разных материалов в паре шарик-канавка, предотвращающих образование поверхностных раковин. Использование магнитного подвеса ещё более повышает надежность всей системы. Часто в насосах применяется гибридная схема подвеса. На входе насоса со стороны высокого вакуума используются магнитные опоры, а на выходе керамические подшипники с масляной или консистентной смазкой.

Полностью магнитный подвес ротора дает дополнительные преимущества:

  • безмасляная откачка — полное отсутствие следов углеводородов;
  • не требует технического обслуживания — отсутствие механического износа подшипников;
  • низкий уровень вибраций — ниже уровня вибраций обычных подшипников;
  • минимальные требования к охлаждению — в большинстве случаев достаточно естественного охлаждения;
  • произвольная ориентация — насос может быть установлен в любом положении.

Блок: 7/11 | Кол-во символов: 1297
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BD%D0%B0%D1%81%D0%BE%D1%81

Контроллер

Контроллер управляет приводом турбомолекулярного насоса. Для работы турбомолекулярного насоса необходимы высокие скорости вращения, до 100.000 оборотов в минуту. Для обеспечения таких скоростей и пусковых режимов приводных электродвигателей применяется контроллер, плавно регулирующий частоту от практически нулевой до максимальной.

Блок: 8/11 | Кол-во символов: 345
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BD%D0%B0%D1%81%D0%BE%D1%81

Кол-во блоков: 22 | Общее кол-во символов: 19695
Количество использованных доноров: 6
Информация по каждому донору:

  1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BD%D0%B0%D1%81%D0%BE%D1%81: использовано 7 блоков из 11, кол-во символов 5107 (26%)
  2. http://vacart.ru/turbomolekulyarnyj-nasos/: использовано 1 блоков из 5, кол-во символов 1297 (7%)
  3. http://tek-prom.ru/turbomolekulyarnyj-nasos/: использовано 1 блоков из 5, кол-во символов 1280 (6%)
  4. http://VacuumPro.ru/vakuumnyj-nasos/turbomolekulyarnyj/princip-raboty: использовано 1 блоков из 2, кол-во символов 2070 (11%)
  5. http://cialis20.ru/turbomolekulyarnyj-nasos/: использовано 3 блоков из 4, кол-во символов 5860 (30%)
  6. https://avacuum.ru/rus/techinfo/vacuum_pumps/turbomolecular_pumps/: использовано 4 блоков из 5, кол-во символов 4081 (21%)


Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.