Турбомолекулярный вакуумный насос – это высоковакуумное оборудование, способное создавать и поддерживать вакуум глубиной 10-2 – 10-8 Па. Свое название он получил за возможность откачивать воздушную среду из емкостей на молекулярном уровне.
Турбомолекулярный насос
Турбомолекулярный насос (turbomolecular pump) относится к объемным механическим вакуумным насосам. Это единственный механический вакуумный насос способный создавать сверхвысокий вакуум. Большей частью это обеспечивается большими скоростями вращения ротора, которые достигают 10000-50000 об/мин. При этом подвеска ротора испытывает огромные нагрузки. Чтобы повысить долговечность насоса в таком режиме работы, в его конструкции предусмотрен контроллер и особая система подвески ротора.
Контроллер предотвращает резкие скачки скорости вращения за счет управления пусковыми режимами электрического двигателя и плавным изменением частоты вращения. Подвеска изготавливается из специальных материалов и имеет конструкцию обеспечивающую высокую производительность и надежность.
Существует три типа подвесок ротора турбомолекулярного насоса:
- Подшипниковый узел. Особенность подшипникового узла в том, что в нем используются керамические подшипники. Они изготавливаются из нитрида кремния и обеспечивают низкую вибрацию и высокие показатели долговечности.
- Магнитный подвес. Представляет собой намагниченный подшипник, внутри которого находится небольшой защитный подшипник. Он стабилизирует вал ротора при радиальных нагрузках, но никак не задействован при стабильной работе, поэтому практически не изнашивается. Насос с магнитным подвесом может работать в любом положении, для охлаждения узла в основном достаточно естественного охлаждения.
- Гибридный узел. Смешанный тип двух предыдущих видов подвесок. Керамический подшипник устанавливается со стороны предварительного разряжения, а магнитная подвеска работает со стороны глубокого вакуума.
Самым оптимальным вариантом считается гибридная подвеска, так как обеспечивает наилучшие характеристики скорости откачивания при низких уровнях шума и вибрации. Производительность вакуумного насоса в зависимости от модели может достигать 3500 л/сек.
Преимущества турбомолекулярного насоса:
- высокий и сверхвысокий стабильный вакуум;
- широкий диапазон рабочего давления;
- большая производительность при небольших размерах;
- быстрый пуск и простота в эксплуатации;
- отсутствие паров масла в выхлопе;
- непритязательность к условиям эксплуатации;
- надежность и долговечность;
- возможность работать в любом положении в пространстве.
Недостатки турбомолекулярного насоса:
- необходимость в создании предварительного разряжения с помощью форвакуумного насоса;
- необходим точный баланс пластин ротора и статора;
- откачиваемый воздух не должен содержать абразивных частиц и пыли;
- достаточно высокая стоимость.
Используются насосы ТМН во многих областях промышленности, где требуется чистый высокий и сверхвысокий вакуум. Такими индустриями является металлургия, авиация, атомная промышленность, приборостроение, исследовательские лаборатории, оптика, медицина, микроэлектроника, изготовление полупроводников, напыление тонких пленок и другое.
Производятся турбомолекулярные насосы во многих странах мира: Китай (KYKY), США (Agilent Technologies), Германия (Pfeiffer, Leybold), Англия (Edwards), Россия (ТАКО), Япония (SHIMADZU) и прочие.
Турбомолекулярный насос: принцип работы
Турбомолекулярный насос представляет собой многоуровневую турбину. Внутри цилиндра, который является статором, вращается ротор. В статоре по спирали или по кругу нарезаны канавки, а на роторе расположены диски с пластинами, находящиеся под определенным углом. Причем на одном диске пластины расположены в одном направлении, а на соседнем – в другом. Конструкция выполнена таким образом, что между пластинами и стенками канавок очень маленький зазор.
При вращении пластины ротора передают некоторое количество энергии ударяющимся о них молекулам. При этом молекулы начинают направленно двигаться в статорные пазы, где газ накапливается и сжимается до определенного давления, а потом направляется к выпускному отверстию. За счет большого количества пазов, которые сжимают откачиваемую среду одновременно, достигается большой показатель глубины вакуума.
Скорость откачивания и глубина вакуума турбомолекулярного насоса ТМН во многом зависят от нескольких параметров:
- частоты вращения;
- геометрических размеров ротора: угла пластинок, наружного диаметра дисков с пластинами, размеров пластин и их количества;
- давления откачиваемой среды.
Из-за этого насос ТМН имеет большое количество моделей с различными техническими характеристиками и стоимостью. Цена вакуумного насоса также зависит от производителя и материалов, из которых изготовлены детали и узлы оборудования.
