Теоретическое обоснование турбомолекулярные механизмы получили к 1913 году. Сначала молекулярный, затем – диффузный. Через 45 лет первые аппараты получили практическое воплощение. С этого началась их экспансия в промышленность.
- Турбомолекулярный вакуумный насос – что это
- ТМН – особенности эксплуатации, использование масла
- Другие бренды – обзор ТМН
Турбомолекулярный вакуумный насос – что это
Турбомолекулярный вакуумный насос представляет собой агрегат для получения в отдельной камере вакуума со значением от среднего до сверхвысокого. Поддерживать – тоже его обязанность. Всегда функционирует в паре с форвакуумным аппаратом, для создания нужной величины выходного давления.
Турбомолекулярный вакуумный насос – что это
Конструктивных вариантов существует четыре:
- однопоточные;
- двухпоточные;
- с рабочими дисками;
- с лопатками.
По конструктивным особенностям можно ввести классификацию по трём категориям:
- Цилиндрическое исполнение. Ротор с каналами в виде колец.
- То же, только на поверхности каналы по типу спирали.
- Дисковый вид. Спиральные каналы устраиваются в торцовых крышках.
Первая схема. Корпус со статичными дисками статора. Ротор в виде вала с дисками. На их поверхности радиальные пазы. Есть вариант колёс с лопатками.
В агрегатах второй категории каналы в виде спирали создаются на поверхности корпуса. Газ при движении по канавкам делится на потоки, и из полостей нагнетания выводится форвакуумным прибором.
Диски ротора и статора чередуются. Канавки на их поверхностях расположены относительно друг друга в зеркальном отражении. Есть зазор между статором и осью ротора. Такая система каналов различного вида создаёт разность давлений и помогает возникновению вакуума.
Движение ротору придаёт электродвигатель. Роторы двигателя и насоса находятся в одной форвакуумной камере.
Скорость вращения от 18 до 90 000 об. / мин. Это требует идеальной балансировки и высокой точности при установке подшипников. Смазка выполняется с применением маслонасоса.
Пара лопастей ротора и статора образуют ступень. Компрессия для каждой ступени достигает 30 единиц. В агрегате несколько ступеней и степень компрессии суммируется по их числу.
После достижения определённого давления включается в дело форвакуумный насос и удаляет сжатый газ из камеры.
Производительность и степень сжатия агрегата находятся в прямой зависимости от скорости вращения двигателя. Влияет на этот фактор и геометрическая форма канавок. Методика расчёта позволяет подбирать аппарат с нужными параметрами.
Турбомолекулярный вакуумный насос следует относить к приборам, чья работа строится на передаче импульса кинетической энергии молекулам воздуха или газов для их движения к выпускному отверстию.
Агрегаты по расположению в пространстве могут быть двух типов:
- горизонтальные;
- вертикальные.
Работа на высоких скоростях при вращении вала до 90 000 об. / мин. без шума и вибрации требует идеальной балансировки и применения высококачественных комплектующих.
Вместо классических стальных подшипников применяются шариковые подшипники из керамики. Технически более сложные агрегаты используют для этой цели магнитные подвесы. Управляет вращением вала электроника, помогают – датчики. В системах такого типа отсутствует трение, поэтому выше КПД насоса, отсутствует износ.
Существуют варианты с комбинированной фиксацией вала. Один из концов опирается на подшипник, другой – на магнитный подвес. Долговечность подшипника значительно увеличивается, потому что на другом конце автоматически устраняется возможность дисбаланса.
ТМН – особенности эксплуатации, использование масла
Конструктивные особенности турбомолекулярных насосов (ТМН) прямо связаны с их эксплуатацией, ремонтом.
ТМН – особенности эксплуатации, использование масла
Обязательная процедура для ТМН после отключения питания – вентилирование камеры. Когда давление впуска и выпуска становится равным, происходит её загрязнение масляными парами. Процесс можно предотвратить, если провести вентилирование сухим газом до давления равному атмосферному. Многие модели вентилируются со стороны высокого вакуума без остановки ротора, если это не запрещено в инструкции по эксплуатации.
Если это нельзя делать таким образом, то предусматривается дополнительный порт для вентиляции. Он открывается на стадии сжатия. Продувка ТМН со стороны линии форвакуума запрещается.
Получение сверхвысокого вакуума требует предварительной термической обработки камеры, ротора и статора. Температура процедуры должна быть меньше критической температуры материала, применяемого для изготовления роторов. Обычный диапазон температур – 100 – 140° С.
При функционировании агрегата образуется тепло от трения в подшипниках, электродвигателе, при достижении высокой степени сжатия в камере. Прибор необходимо охлаждать. Небольшие насосы охлаждают конвекцией, крупные – с помощью вентиляторов. Существуют аппараты с водяным охлаждением.
При работе в зоне магнитных полей, ТМН с роторами из металла подвергаются тепловому влиянию вихревых токов. Это воздействует на прочность материала. Эксплуатация разрешается в условиях плотности магнитного потока, не превышающей установленные нормы. В иных случаях предусматривается магнитное экранирование. Есть информация об испытаниях ТМН с ротором из керамики в магнитном поле с плотностью потока 460 мТ. Обычная норма – до 30 Мт (тесла).
Материал ротора требует защиты от воздействия коррозионных газов. При давлении в системе до 10-3 мм рт. ст. коррозии не происходит. При других условиях применяются специальные смазки для подшипников.
При производстве полупроводников используют установки плазменного травления. Так устраняют алюминий и кремний. Чтобы защитить алюминиевый ротор и другие элементы, используют защитные покрытия. Применяют системы подачи продувочных инертных газов в зону подшипника потоком, направленным к выпуску. Это препятствует входу коррозийных газов.
ТМН с магнитным подвесом уменьшает объём сервисных задач.
При откачке ядовитых или радиоактивных газов возникают требования к герметичности процесса. Уплотнения в узлах и деталях, взаимодействующих с внешней средой, делают из металла.
Для стабильной производительности и высокой скорости перекачки, ТМН объединяют в агрегат с титановыми или криогенными насосами.
Есть ещё одна задача, требующая постоянного внимания: наличие подшипников в отдельных типах ТМН.
Подшипник всегда требует внесения смазки. Возникает проблема попадания её в камеру.
Абсолютно исключить попадание масла в откачиваемые газы можно при одном условии: его не должно быть в агрегате. Существуют «сухие» типы вакуумных насосов, не требующие внесения смазки в узлы.
К этой категории относятся все спиральные, турбомолекулярные насосы. Сюда можно отнести некоторые виды роторных и пластинчато-роторных приборов.
К эксплуатации таким оборудованием допускается только квалифицированный персонал, прошедший обучение. В его обязанности входит контроль балансировки и проведение регулировок. Замена и внесение масла для турбомолекулярных насосов – тоже трудоёмкая задача. Масло для ТМН надо приобретать в соответствии с руководством по эксплуатации агрегата.
Насосы Leybold турбомолекулярные
Компания из Германии приоритетным направлением считает качество, долговечность и широкую линейку выпускаемого оборудования.
Насосы Leybold турбомолекулярные
Бренд представляет на рынке следующие виды:
- диафрагменные;
- высоковакуумные;
- пластинчато-роторные;
- винтовые.
Модели разрабатываются для применения в конкретных областях, поэтому показывают наибольшую эффективность в той сфере, для какой были созданы.
В основе принципа работы ТМН – вращение пары роторов в противоположном направлении. Количество рабочих камер может быть разным.
Система смазки бесконтактного типа исключает попадание масла в камеру. Высокая степень шумоизоляции.
Производительность турбомолекулярных насосов Leybold до 2400 л / сек., чему способствует скорость вращения ротора свыше 12500 об. / мин.
О надёжности говорит интервал в 80 000 часов работы изделия до обращения в сервисную службу после первого запуска.
Насосы Edwards турбомолекулярные из Европы
Насосы Edwards турбомолекулярные из Европы
Производитель Edwards Vacuum из Великобритании представляет на рынке модели с двумя типами подвеса ротора:
- на магнитной подвеске;
- с подшипниками из керамики.
Совмещают два важных качества: скорость откачки и низкое остаточное давление.
Типы аппаратов:
- вакуумные;
- турбомолекулярные;
- спиральные.
Приборы каждой категории имеют свои преимущества. Это позволяет их использование в различных отраслях.
Турбомолекулярные насосы Edwards успешно функционируют в радиоэлектронной промышленности. Низкий уровень шума вакуумных аппаратов открывает дорогу для применения в медицинских учреждениях. Спиральные агрегаты выделяются способностью сохранять работоспособность с высоким содержанием пыли в камере.
Отдельные образцы намного превосходят по параметрам изделия конкурентов.
Другие бренды – обзор ТМН
В мире высокого вакуума известны другие производители.
Другие бренды – обзор ТМН
Продукцию для различных отраслей промышленности и науки выпускает компания Agilent (Италия).
Линейка аппаратов:
TwisTorr – разработка с плавающей подвеской и молекулярной ступенью TwisTorr. Для создания привлекались инновационные изобретения. Скорость откачки и степень сжатия имеют лидирующие параметры для изделий с таким же диаметром фланца.
Turbo-V – аппараты, работающие без масла. Система MacroTorr препятствует загрязнению камеры. Гарантия выработки по регламенту между ремонтами ТМН – 250 000 часов.
Японская фирма EBARA Technologies Inc. – один из мировых лидеров на рынке высокого вакуума. Выпускает ТМН; форвакуумные приборы сухого типа; скрубберы, утилизирующие токсичные и вредные газы. Поставляет аппараты для электронной и оптической отраслей, установки для проведения научных исследований.
Что выделяет продукцию EBARA:
- высокие параметры откачки;
- конструктивная защита подшипников от скачков давления;
- автоматическая регулировка подшипников;
- долговечность работы агрегатов.
Другие известные бренды: Компания ULVAC Technologies (Япония), KYKY Technology Co., LTD (КНР).
Продукция этих брендов имеет самые высокие отзывы потребителей.