Вакуумный насос

Вакуумный насос — устройство, служащее для удаления (откачки) газов или паров до определённого уровня давления (технического вакуума).

История развития вакуумной техникиПравить

Началом научного этапа в развитии вакуумной техники можно считать 1643 г., когда Торричелли впервые измерил атмосферное давление. Около 1650 года Отто фон Герике (Otto von Guericke) изобретает механический поршневой насос с водяным уплотнителем. Изучалось поведение различных систем и живых организмов в вакууме.[1]

Наконец, во второй половине XIX в. человечество шагнуло в технологический этап создания вакуумных приборов и техники. Это было связано с изобретением ртутно-поршневого насоса в 1862 году и потребностью в вакуумировании со стороны нарождающейся электроламповой промышленности.[2] Начинают изобретаться такие вакуумные насосы: вращательный (Геде, 1905), криосорбционный (Дж. Дьюар, 1906), молекулярный (Геде, 1912), диффузионный (Геде, 1913)[3]; манометры: компрессионный (Г. Мак-Леод, 1874), тепловой (М. Пирани, 1909), ионизационный (О. Бакли, 1916).

В СССР становление вакуумной техники началось с организации вакуумной лаборатории на ленинградском заводе «Светлана».[4] Началось бурное развитие электроники и новых методов физики.

Принципы работыПравить

Объёмные насосы осуществляют откачку за счёт периодического изменения объёма рабочей камеры. В основном они используются для получения предварительного разрежения (форвакуума). К ним относятся поршневые, жидкостно-кольцевые, ротационные (вращательные). Наибольшее распространение в вакуумной технике получили вращательные насосы.

 
Схема ротационного насоса: 1, 3 — лопасти, 2 — кожух.

К высоковакуумным механическим насосам относятся: пароструйные насосы (парортутные и паромасляные), турбомолекулярные насосы. Молекулярные насосы осуществляют откачку за счёт передачи молекулам газа количества движения от твёрдой, жидкой или парообразной быстродвижущейся поверхности. К ним относятся водоструйные, эжекторные, диффузионные молекулярные насосы с одинаковым направлением движения откачивающей поверхности и молекул газа и турбомолекулярные насосы с взаимно перпендикулярным движением твёрдых поверхностей и откачиваемого газа.

КлассификацияПравить

Вакуумные насосы классифицируют как по типу вакуума, так и по устройству. Область давлений, с которой имеет дело вакуумная техника, охватывает диапазон от 105 до 10−12 Па. Степень вакуума характеризуется числом Кнудсена  , определяемое как отношение средней длины свободного пробега молекул газа  к линейному эффективному размеру вакуумного элемента   Эффективным размером принимается, например, быть расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода, расстояние между электродами прибора, размер пор в пористых телах.

Вакуумные насосы по назначению подразделяются на сверхвысоковакуумные, высоковакуумные, средневакуумные и низковакуумные, а в зависимости от принципа действия — на механические и физико-химические. Условно весь диапазон давлений для реальных размеров вакуумных приборов может быть разделён на поддиапазоны следующим образом[5]:

  • Низкий вакуум:
 
 
давление 105…102 Па (103…100 мм рт. ст.).
  • Средний вакуум:
 
 
давление 102…10−1 Па (100…10−3 мм рт. ст.).
  • Высокий вакуум:
 
 
давление 10−1…10−5 Па (10−3…10−7 мм рт. ст.).
  • Сверхвысокий вакуум:
 
 
давление 10−5 Па и ниже (10−7…10−11 мм рт. ст.).

Классификация насосов по конструктивному признакуПравить

  • Механические
  • Магниторазрядные
  • Струйные
    • Паромасляные диффузионные
    • Паромасляные бустерные
  • Сорбционные
  • Криогенные

Вакуумные насосы также делят по физическим принципам их работы на газопереносные насосы и газосвязывающие насосы. Газопереносные насосы транспортируют частицы либо через некий рабочий объём (Поршневые насосы), либо путём передачи механического импульса частице (за счет столкновения). Некоторые насосы нуждаются в молекулярном течении переносимого вещества, другие — в ламинарном. Механические насосы подразделяются на объёмные и молекулярные.

ПрименениеПравить

Для получения той или иной степени вакуума требуются соответствующие насосы или их комбинация. Выбор насоса определяется родом и количеством пропускаемых насосом газов и диапазоном рабочих давлений насоса и его параметрами. Не существует такого насоса, с помощью которого можно было бы обеспечить получение вакуума во всем диапазоне давлений с приемлемой эффективностью.

ПримечанияПравить

  1. В. П. Борисов (Институт истории естествознания и техники им. С. И. Вавилова РАН.), ИЗОБРЕТЕНИЕ, ДАВШЕЕ ДОРОГУ ОТКРЫТИЯМ Архивная копия от 5 декабря 2014 на Wayback Machine: В 2002 г. исполнилось 400 лет со дня рождения изобретателя вакуумного насоса Отто фон Герике. // ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК том 73, № 8, с. 744—748 (2003)
  2. В. П. Борисов, Изобретение вакуумного насоса и крушение догмы «Боязни Пустоты» Архивная копия от 15 мая 2014 на Wayback Machine // Вопросы истории естествознания и техники, № 4, 2002
  3. *Борисов В.П. Глава 4. Формирование основ современной вакуумной техники // Вакуум: от натурфилософии до диффузионного насоса. — М.: НПК «Интелвак», 2001.
  4. «Светлана»: История Ленинградского объединения электронного приборостроения «Светлана» — Л.:Лениздат, 1986. — 246 с., ил.
  5. Понятие вакуума. Вакуумная техника. // ИФМ РАН.

ЛитератураПравить

  • Вакуумные системы технологического оборудования — МГИУ, 2010 — ISBN 9785276018003, глава 3 Вакуумные насосы и агрегаты, 3.1 Классификация и общие положения
  • Л. Н. Розанов «Вакуумная техника», — Москва: Высшая школа, 1982г;
  • Б. И. Королёв «Основы вакуумной техники», 1958 г.
  • Е. П. Шешин «Вакуумные технологии», — М.: Интеллект, 2009 г.
  • Ворончев Т. А., Соболев В. Д. Физические основы электровакуумной техники. - М., Высшая школа, 1967. - 351 с.

СсылкиПравить