Турбомолекулярные насосы относятся к группе безмасляных механических нагнетателей. Системы работают вместе с форвакуумными устройствами, осуществляющими предварительную откачку газовой среды. Они применяются во многих сферах промышленности и производства.
Содержание:
- Общие сведения о турбомолекулярных насосах
- Устройство турбомолекулярного насоса
- Принцип работы турбомолекулярного насоса
- Основные характеристики турбомолекулярных насосов
- Типы турбомолекулярных насосов
- Виды турбомолекулярных насосов
- Преимущества и недостатки турбомолекулярных насосов
- Сфера применения турбомолекулярных насосов
- Популярные бренды турбомолекулярных насосов
- Ремонт турбомолекулярных насосов
Общие сведения о турбомолекулярных насосах
Турбомолекулярный насос является компрессором, который за счет вращения ротора с лопастями обеспечивает откачивание газовой среды из какой-либо области и поддерживает нужное давление на выходе. По своей конструкции нагнетатель похож на диффузионные системы, способные превращать газовые среды в вакуумные.
Устройство турбомолекулярного насоса
В основе конструкции лежит ротор, на котором крепятся комплекты лопастей. Данные лопатки располагаются перпендикулярно оси ротора с соблюдением шага.
В системе предусмотрены неподвижные пластины, зафиксированные на корпусе. Важным условием для эффективной работы нагнетателя являются минимальные зазоры между пластинами и лопатками.
Скорость перекачивания газовой среды зависит от типа лопастей, величины зазора и угла наклона элементов. Все эти параметры точно высчитываются на этапе проектирования конструкции.
Ротор чаще всего изготавливают из легких сплавов алюминия, а затем тщательно балансируют. Его вращение обеспечивается электрическим двигателем, подключенным при помощи муфты или промежуточного привода.
Все детали конструкции изготавливаются на современном высокоточном оборудовании, поскольку даже небольшие погрешности способны существенно снизить эффективность работы агрегата или полностью вывести его из строя.
Большая часть турбомолекулярных моделей функционирует без смазки в рабочей зоне. Так что перекачиваемая среда не загрязняется парами масел и остается экологически чистой.
Принцип работы турбомолекулярного насоса
Ротор вращается со скоростью от 24 000 до 90 000 об / мин. Расположенные под углом лопасти закручивают газовую среду и направляют ее в нужную сторону. Аппараты работают по принципу молекулярной турбины, передающей импульс молекулам газа. Скорость каждой молекулы среды складывается из скорости ротора и теплового ускорения.
Современные молекулярные аппараты могут иметь более 9 рядов лопастей, функционируя как многоступенчатый компрессор с осевым потоком и высокой скоростью откачки.
Лопасти около входа рассчитаны на низкую степень сжатия и высокую скорость перемещения среды, тогда как на выходном отверстии детали работают с высоким сжатием на небольшой скорости.
Процесс перекачивания можно рассматривать как совместную работу лопастей ротора и статора. Молекулы сначала ускоряются вращающимися деталями, а затем замедляются зафиксированными пластинами. Энергия движения преобразуется в сжатие, создавая необходимое давление. С каждой ступенью давление среды повышается, пока на выходе не становится максимальным.
Расстояние между лопастями ротора и пластинами статора должно быть минимальным, чтобы обеспечивать необходимое сжатие и поддерживать проводимость потока. Так как в конструкции не используется смазка для уплотнения, необходима высокая точность изготовления деталей.
Конструкция турбонасоса оптимизирована для предотвращения обратного потока между ротором и статором, а также минимизирует утечки среды вокруг кончиков лопастей.
Основные характеристики турбомолекулярных насосов
К основным характеристикам относят следующее:
- быстрота откачивания газовой среды;
- предельное остаточное давление;
- наибольшее впускное давление.
Быстрота оборудования остается постоянной в широком диапазоне рабочих давлений. Однако при давлении ниже 10-6 Па показатель снижается, поскольку в этом случае в область начинают перетекать легкие газы со стороны форвакуума.
Типы турбомолекулярных насосов
По конструктивному исполнению турбомолекулярные аппараты могут быть:
- двухпоточными;
- однопоточными;
- с лопатками;
- с дисковыми рабочими колесами.
Виды турбомолекулярных насосов
Помимо разделения по типам в зависимости от исполнения также предполагается классификация по трем видам:
- Цилиндрические с ротором, имеющим характерные кольцевые каналы. Предполагают использование конструкции Геде.
- Цилиндрические с ротором, на поверхности которого размещены каналы спирального вида. Применяется устройство Хольвека.
- Дисковые. Предусмотрены каналы спирального вида, идущие от наружного диаметра к диску. Такие конструкции принято называть устройствами Зигбана.
Выбор между разновидностями зависит от конкретных требований к оборудованию. Стоит учесть, что агрегаты цилиндрического типа с каналами спирального типа не включают в себя отсекатели, что снижает объем перекачиваемой среды.
В устройстве Зигбана каналы создаются на крышках торцового вида. Подвижный диск располагается в корпусе. Газовая среда направляется в каналы при помощи патрубка. А возле центра диска уже осуществляется откачка при помощи форвакуумного аппарата.
Преимущества и недостатки турбомолекулярных насосов
Турбомолекулярные насосы – надежное перекачивающее оборудование, к преимуществам которого относят:
- устройство за короткий срок достигает нужных оборотов и начинает функционировать с полной производительностью;
- пары масла не загрязняют перекачиваемую среду;
- устойчивость к попаданию воздуха;
- возможность быстрой работы с тяжелыми газами;
- обеспечивают высокую степень сжатия;
- можно поддерживать рабочее давление в широком диапазоне значений;
- производительность не снижается при резких перепадах давления.
Есть у агрегатов и некоторые недостатки:
- даже незначительный дисбаланс в конструкции может привести к существенному росту вибрации и ускоренному износу подшипников;
- резкое изменения атмосферного давления может стать причиной повреждения лопастей ротора;
- хрупкие узлы с подшипниками;
- удорожание производства из-за повышенных требований к точности изготавливаемых деталей;
- скорость работы ниже, чем у диффузионных моделей;
- могут сильно шуметь во время работы.
Сфера применения турбомолекулярных насосов
Турбомолекулярные насосы применяют в разных отраслях. Оборудование встречается в следующих сферах:
- пищевая промышленность;
- медицина;
- термоядерные исследования;
- космическая отрасль;
- разработка технологий по обработке материалов;
- производство течеискателей;
- нанесение тонких пленок и покрытий на различные поверхности;
- исследования в условиях сверхвысокого вакуума;
- травление, распыление, литография;
- изготовление полупроводников.
Нередко для протекания тех или иных производственных процессов необходимо не только поддерживать вакуумную среду, но и обеспечивать его чистоту. Безмасляные турбомолекулярные системы оказываются очень кстати, поскольку они не загрязняют газовую смесь какими-либо парами от смазки.
Популярные бренды турбомолекулярных насосов
В продаже можно отыскать много молекулярных нагнетателей от разных компаний в том числе ТМН российского производства. Самые популярные бренды:
Leybold
Высококачественные ТМН нагнетатели, собираемые в Германии. Позволяют получать высокий и сверхвысокий вакуум с соблюдением чистоты среды. Легко монтируются, не требуют сложной настройки и управляются при помощи встроенной электроники. Могут работать в течение 20 лет с заменой некоторых элементов раз в 5 лет эксплуатации.
Edwards
Английский концерн, выпускающий мощные турбонасосы в разных модификациях. Самыми популярными считаются агрегаты серий EXT и nEXT. Поддерживают дальнейшую доработку для работы с низким остаточным давлением при сохранении скорости. Устройства издают немного шума, не перегреваются и не допускают выбросов вредных веществ.
EBARA
Американо-японская компания, производящая экологичное промышленное оборудование. Турбомолекулярные насосы этого бренда оснащаются контроллером, который регулирует скорость вращения ротора. Компактные аппараты могут быть установлены даже на подвижные части вакуумных систем.
KYKY
Китайский бренд, под которым выпускаются надежные и относительно недорогие ТМН нагнетатели. Производитель уделяет большое внимание защите от вибраций, а также повышению параметров компрессии для создания сверхвысокого вакуума.
Agilent
Американская компания, производящая исследовательское и промышленное оборудование. Выпускает две серии турбомолекулярных насосов для создания чистой вакуумной среды. Есть устройства с разными показателями производительности, предельного остаточного давления и требований к перекачиваемой среде.
Shimadzu
Еще один японский производитель, регулярно создающий высокопроизводительные промышленные аппараты со стабильными эксплуатационными показателями. Скорость откачки может доходить до 4200 л/с.
Существует еще целый ряд брендов, под которыми выпускаются добротные вакуумные насосы. Выбирать устройство нужно исходя из конкретных потребностей, сложности решаемых задач и условий эксплуатации. Лучшим решением будет посоветоваться со специалистом.
Ремонт турбомолекулярных насосов
Чтобы турбомолекулярный насос работал как можно дольше, все обслуживание и ремонтные работы стоит доверять только обученному персоналу. Лучше всего обращаться к представителям завода-производителя или магазина, в котором насос был куплен. Особенно это касается дорогих промышленных агрегатов, стоящих на гарантийном или послегарантийном обслуживании. Вмешательство неопытных пользователей в сложную конструкцию турбомолекулярного нагнетателя может привести к еще более значительным затратам на последующий ремонт.
Сильнее всего в процессе эксплуатации нагнетателей страдают подшипники и уплотнители. Эти элементы принято относить к расходникам, так что их поломка не должна становиться серьезной проблемой. Лучше всего регулярно проводить диагностические мероприятия, выявлять дефекты на ранних стадиях и своевременно осуществлять замену.
При выборе насоса стоит учесть сложность доступа к расходникам. Наличие продуманного подхода позволит упростить ремонт, а также сократить время простоя оборудования на производстве.
Гораздо более серьезной поломкой представляется неполадка с ротором. Чаще всего она возникает из-за резкой разгерметизации емкости нагнетателя. Вращающиеся на большой скорости роторы попросту раскалываются и могут пробить корпус агрегата. Настолько серьезная авария моментально выводит насос из строя, делая его непригодным даже к ремонту. И для восстановления производственных мощностей нужно будет купить новый аппарат.
Турбомолекулярные насосы можно найти во множестве магазинов. В целях предотвращения будущих финансовых потерь обращаться стоит в официальные маркеты, дающие гарантию на дорогое оборудование. А лучше и вовсе обратиться к заводу изготовителю, который полностью берет на себя ответственность за качество насоса и обеспечит поддержку в будущем.
