Устройство и принцип работы растрового электронного микроскопа (стр. 6 из 7)

Рисунок 2.4 - схема пластинчато-роторного насоса

2.2.2 Параметры и характеристики

Остаточное давление и некоторые другие параметры механических насосов с масляным уплотнением в значительной мере определяются свойствами рабочей жидкости (залитого в насос масла). Как газы, так и конденсирующиеся пары, создающие обратный поток, попадают на вход насоса из циркулирующего в нем масла. Перед поступлением в камеру насоса масло некоторое время находится в маслорезервуаре, где подвергается воздействию атмосферного воздуха и поглощает газы. При поступлении масла в рабочую камеру поглощенные ранее газы выделяются из пленки масла и поступают на вход насоса.

У одноступенчатых насосов с масляным уплотнением давление остаточных газов составляет обычно (2,7—6,6)×10

Па [(2 - 5)·10 мм рт. ст.], а полное остаточное давление (2—6,6) Па [(1,5 – 5)·10 мм рт. ст.1.

У насосов с масляным уплотнением давление остаточных газов в основном определяется качеством изготовления.

Остаточное давление насосов измеряют с помощью манометра, присоединенного к заглушке (или к камере небольшого объема) на впускном патрубке насоса. При измерении давления остаточных газов манометр обычно защищают ловушкой, охлаждаемой жидким азотом.

Полное остаточное давление насоса зависит от состава (наличия летучих фракций) и состояния (в первую очередь — от температуры) рабочей жидкости. При повышении температуры масла наблюдается повышение как полного остаточного давления насоса, так и давления остаточных газов.

После запуска холодного насоса установившаяся температура масла (50—70° С) достигается через 2—З ч в зависимости от размеров насоса.

Быстрота действия S

насосов с масляным уплотнением определяется их конструкцией. Различают геометрическую быстроту действия S и истинную быстроту действия S или просто быстроту действия насоса.

Геометрическая быстрота действия S

может быть представлена как произведение объема V рабочей камеры насоса в момент «конец всасывания» на число оборотов вала в единицу времени:

где n — скорость вращения, об/мин.

В пластинчато-роторных насосах рабочая камера состоит из ряда ячеек объемом V

, образуемых между соседними пластинами, причем число ячеек равно числу пластин z,

Истинная быстрота действия S

всегда меньше этой величины из-за ограниченной проводимости входных коммуникаций в насосе между отверстием входного патрубка и камерой, а также за счет обратного потока газов. Эта разница становится особенно заметной при приближении к остаточному давлению. Отношение называемое объемным к.п.д. насоса, составляет обычно 0,75—0,85 при давлениях Па (1 мм рт. ст.) и уменьшается до нуля при P

В связи с отсутствием заметного перетекания газа с выхода на вход в рабочей камере быстрота действия насосов с масляным уплотнением практически не зависит от рода откачиваемого газа, так как разница в величине проводимости входных коммуникаций по разным газам очень мало сказывается на быстроте действия насоса.

При неизменной проводимости входных коммуникаций быстрота действия любого насоса при произвольном впускном давлении р

определяется уравнением

где P

— остаточное давление;

S

— быстрота действия насоса при впускном давлении

В насосах с масляным уплотнением при впускных давлениях ниже 10² - 10 Па (~ 1—0,1 мм рт. ст.) проводимость входных коммуникаций заметно уменьшается, в то же время уравнение (3), учитывающее влияние на быстроту действия только обратного потока, не учитывает уменьшения проводимости входных коммуникаций; поэтому применительно к этим насосам уравнение (3) в области низких давлений может использоваться только для грубых оценок быстроты действия.

Для точных расчетов, связанных с использованием значений быстроты действия в области низких давлений, не обходимо пользоваться экспериментальными зависимостями быстроты действия от впускного давления.

Для насосов с масляным уплотнением такие измерения проводят в области давлений от ~10³ Па (несколько мм рт. ст.) до p

. Обычно считают, что при высоких давлениях (p ≈ 10³ Па) быстрота действия насоса постоянна.

Мощность, потребляемая насосами с масляным уплотнением, затрачивается на преодоление трения в механизме насоса (мощность трения или мощность потерь) и на процесс перемещения и сжатия газа (индикаторная мощность.)

2.3 Диффузионный насос

Диффузионные насосы предназначены для работы в области высокого и сверх-высокого вакуума, т. е. при давлениях ниже 10

Па (10 мм рт. ст.).

Отличительной особенностью характеристики диффузионных насосов является постоянство быстро ты действия в рабочем диапазоне давлений, обусловленное сохранением молекулярного режима течения газа в районе первого сопла.

Конструкции паромасляных диффузионных насосов имеют ряд особенностей, обусловленных недостатками масел, используемых в качестве рабочих жидкостей. Это прежде всего устройства, обеспечивающие фракционирование (т. е. разделение на фракции) неоднородных масел, причем тяжелые фракции (с низким давлением насыщенного пара) направляются в сопло первой (высоковакуумной) ступени, чем обеспечивается низкое остаточное давление и высокое быстродействие насоса в целом, а легкие фракции (с высоким давлением насыщенного пара) направляются в сопло последней ступени, обеспечивая высокое выпускное давление. Насосы с таким устройством называются фракционирующими или разгоночными. На рисунке 2.5,а показано устройство металлического высоковакуумного разгоночного диффузионного насоса Н-5Т. Сварной корпус 1 насоса выполнен из мало углеродистой стали с наваренной на него рубашкой водяного охлаждения, паропровод 2 с двумя зонтичными соплами изготовлен из алюминия; последней выходной ступенью является эжектор З.

Рисунок 2.5 - Паромасляный насос Н-5Т (а) и устройство и действие лабиринтных колец для фракционирования масла (б): 1- корпус; 2 — паропровод; З — эжекторная ступень; 4 — ловушка для паров масла; 5 — электронагреватель; 6 — лабиринтные кольца.

Фракционирование масла, стекающего в кипятильник с периферии по стенке корпуса, осуществляется с помощью лабиринтных колец, удлиняющих путь масла (рисунок 2.5,б) до поступления в центральную зону кипятильника, откуда питается паром высоковакуумное сопло, так что легкие фракции масла успевают испариться на периферии кипятильника, откуда они поступают во второе зонтичное и эжекторное сопла насоса.

Остаточное давление пароструйного насоса в значительной мере определяется степенью фракционирования масла и содержанием газов в масле, стекающем в кипятильник, так как чем лучше обезгажено масло, тем меньше газов заносится паровой струей на впуск насоса. Лабиринтные кольца, показанные на рисунке 2.5, не прилегают плотно к днищу кипятильника, в связи с чем не обеспечивают достаточного фракционирования масла.

Проведенное рассмотрение показывает, что характеристики паромасляных насосов (диффузионных и бустерных) определяются как конструкцией насоса, так и родом рабочей жидкости.

Основные характеристики пароструйных насосов существенно зависят от молекулярной массы откачиваемого газа, что связано с большей противодиффузией легких газов (водород, гелий) через паровую струю по сравнению с тяжелыми (аргон, азот, кислород).

Теоретическая быстрота действия S

паровой струи при молекулярном режиме течения газа определяется как произведение величины площади А (м²) кольцевого зазора между корпусом и кромкой верхнего сопла на величину объема газа, падающего на единицу площади (при данном впускном давлении):