Коллектив авторов - Большая энциклопедия техники

Таким образом, каждая ступень, состоящая из роторного и статорного дисков, создает перепад давлений. Причем наибольшее отношение давлений по обе стороны ступени (степень сжатия) равно приблизительно отношению вероятностей перехода молекул через паз в направлении откачки и в обратном направлении, а наибольшая возможная быстрота ступени пропорциональна разности Σ1 -2– Σ2 -1. В области достигнутых окружных скоростей в современных промышленных турбомолекулярных насосах разность Σ1 -2– Σ2 -1характеризуется почти линейной зависимостью, т. е. эффективность насоса возрастает с ростом окружной скорости ротора и с уменьшением наиболее вероятной скорости молекул. Расчеты показывают, что максимальная быстрота действия достигается при угле наклона пазов около 30°. С другой стороны, для получения достаточно высокой степени сжатия в одной ступени (от 3 до 5) угол наклона паза должен быть не более 20°.

Поэтому в современных насосах высоковакуумные ступени выполняются с углом наклона 35°, а все остальные – 20°. Для «быстрых» молекул (легких газов) окружная скорость ротора является относительно меньшей, чем для «медленных» молекул (тяжелых газов), поэтому коэффициент сжатия ступени заметно меньше для легких газов. Каждый роторный и статорный диск создает небольшой перепад давлений, однако благодаря большому количеству последовательных ступеней (30—40) обеспечивается высокий коэффициент сжатия насоса в целом (102—103 по водороду, 107—109 по азоту). Так как турбомолекулярные насосы имеют очень высокий коэффициент сжатия для тяжелых газов, то во время работы эти насосы являются надежным барьером против проникновения тяжелых молекул масла из форвакуумной полости насоса.

Конструкции и характеристики.Высокая надежность насосов достигается тем, что они приводятся во вращение от высокочастотного электродвигателя, ротор которого расположен в форвакуумной полости на общем валу с ротором насоса. Таким образом, исключается вакуумный ввод вращения, манжеты которого подвержены износу. Ротор вращается с частотой около 18 000 об/мин и перед сборкой насоса подвергается тщательной динамической балансировке, что обеспечивает работу насоса без шума и вибраций, а также долговечность подшипников.

Смазка подшипников осуществляется маслонасосом, имеющим небольшой собственный электродвигатель. В случае аварийного отключения электроэнергии подача смазки прекращается, а ротор турбомолекулярного насоса способен по инерции вращаться еще 40—60 мин. Однако это не ведет к повреждению подшипников, имеющих текстолитовые сепараторы. Небольшой поток воды используется для охлаждения статорной обмотки электродвигателя и торцевых крышек, отделяющих подшипники от полости на выходе последнего форвакуумного диска насоса с тем, чтобы уменьшить в этой области давление паров масла. Основным остаточным газом является водород (массовое число 2). Кроме того, содержится небольшое количество паров воды (массовое число 18), смесь окиси углерода и азота (массовое число 28) и двуокиси углерода (массовое число 44). Таким образом, в остаточных газах тяжелые углеводородные соединения не обнаруживаются, и турбомолекулярные насосы с достаточным основанием считаются безмасляными средствами откачки, хотя в их форвакуумных полостях присутствуют пары масла, используемого для смазки подшипников насоса, и пары масла, попадающие туда из механического вакуумного насоса. Быстрота действия остается постоянной в широком диапазоне давлений – от 10 -1Па, когда начинает сказываться изменение режима течения газа через диски насоса, до 10 -6Па, когда на быстроту действия оказывает влияние водород, выделяющийся из насоса и перетекающий со стороны форвакуумной полости насоса. Предельное остаточное давление турбомолекулярных насосов составляет 10 -8—10 -7Па. Достоинства турбомолекулярных насосов – быстрый запуск, малая селективность при откачке различных газов, отсутствие паров масла и продуктов его разложения в остаточной атмосфере, возможность получения сверхвысокого вакуума без использования ловушек на входе. Механизм насоса не повреждается при прорывах атмосферного воздуха. Все это обусловило их широкое применение во многих отраслях науки и промышленности.

При эксплуатации турбомолекулярных насосов необходимо контролировать поступление масла к подшипникам (для чего в насосе предусмотрены смотровые окна) и отсутствие шумов, появление которых свидетельствует об износе подшипников. Недопустима длительная выдержка остановленного турбомолекулярного насоса под форвакуумным давлением (ниже 10 Па), так как при этом пары масла могут проникнуть со стороны форвакуума через роторный механизм на сторону высокого вакуума.

Остановленный турбомолекулярный насос должен быть заполнен осушенным воздухом или азотом до атмосферного давления через кран, имеющийся в форвакуумном патрубке насоса. Небольшое количество паров масла, попавшее на вход турбомолекулярного насоса, обычно легко удаляется прогревом корпуса в области впускного патрубка до 100—120 °С при работающем турбомолекулярном насосе. Большую опасность для работы насоса представляет попадание в него твердых частиц. При наличии такой опасности во входном патрубке насоса должна быть установлена металлическая сетка с размерами ячейки 1 × 1 мм.

Эжектор (от фр. ejecteur, а оно, в свою очередь, от ejecter – «выбрасывать») – устройство, внутри которого осуществляется передача кинетической энергии от среды, которая движется с большей скоростью, к другой среде. При этом такая передача энергии осуществляется при смешении сред. Эжекторы нашли широкое применение в химической, а также в нефтеперерабатывающей промышленности, где они используются в качестве смесителей. Применяются эти струйные насосы с целью отсасывания газа, пара или жидкости.

Акселерометр (от лат. accelero – «ускоряю» и греч. metreo – «измеряю») – прибор для измерения ускорений в транспортных наземных машинах различного назначения, а также в летательных аппаратах всех видов, в ракетах и др.

Акселерометр был изобретен в конце XIX в., предназначался для установки в автомобилях и паровозах с целью контроля за скоростью движения. На шкале этого прибора обязательно указывалась предельная величина ускорения (допустимая для данного транспортного средства) с красной отметкой. Это означало, что в случае превышения предельной величины ускорения может наступить разрушение двигателя автомобиля или паровоза, поэтому установка акселерометра обеспечивала безопасную эксплуатацию транспортных наземных средств. Впервые акселерометры были установлены в 1890-х гг. на автомобилях Форда, а затем на автомобилях «Мерседес-Бенц». С развитием паровозостроения в конце XIX – начале ХХ в. акселерометры стали устанавливаться и на паровозах. Первые акселерометры были тяжелыми и громоздкими, поэтому их конструкции постоянно совершенствовались.