В зависимости от требований различных технологических процессов, возникает необходимость создания различной степени разрежения. Турбомолекулярные насосы относятся к механизмам, позволяющим создавать глубокий вакуум, максимально приближенный к абсолютному.
Навигация:
- Принцип работы турбомолекулярных насосов
- Турбомолекулярный насос ТМН
- Турбомолекулярный насос KYKY
- Ремонт турбомолекулярных насосов
Турбомолекулярный вакуумный насос получил распространение в установках напыления металлов, авиационной промышленности, научных лабораториях, для откачки газов низкой плотности (водорода и гелия). Высокая скорость вращения ротора потребовала разработки специальных высокоточных керамических подшипников и магнитных подвесок. Существуют турбомолекулярные насосы с подшипниками на обоих сторонах ротора, комбинированные (магнитный подвес с одной стороны и подшипник с другой) и полностью на магнитных подвесах.
Даже незначительный дисбаланс может привести к полному разрушению насосов, поэтому очень важно контролировать состояние магнитных подвесов и подшипников. При изготовлении насосов очень тщательно балансируют ротор, на котором находятся тарелочки, для предотвращения излишних нагрузок на подшипники.
Принцип работы турбомолекулярных насосов
Турбомолекулярный насос, принцип работы которого основан на том, что при вращении ротора установленные на нем тарелочки толкают молекулы воздуха при соприкосновении, является сложным устройством, обеспечивающим создание глубокого вакуума. Таким образом каждая молекула получает ускорение, которое откидывает ее в направлении выхода из насоса. На всех тарелочках имеются лопасти, расположение и угол наклона которых влияет на скорость откачки и степень разрежения, обеспечивает постепенное повышение давления к выходу.
Корпус насоса (статор) имеет ответные тарелочки, расположенные параллельно тарелочкам ротора. На них также имеются канавки, направляющие движение молекул строго по заданной траектории.
Каждая тарелочка ротора расположена на минимальном расстоянии от статора и его тарелочек, что позволяет ускорять все доступные молекулы и обеспечивать создание глубокого вакуума. При этом на выходе может создаваться значительное давление, что потребует применения дополнительного форвакуумного насоса. Степень сжатия и скорость откачки среды зависят от:
геометрии канавок на статоре;
- расположения, угла наклона лопастей на роторе;
- расстояния между тарелочками ротора и статора;
- количества ступеней.
Скорость вращения ротора, в зависимости от модели, может достигать 90 000 об/мин, что обеспечивает достаточное ускорение молекул откачиваемой среды. Самыми слабыми местом турбомолекулярных насосов являются подшипниковые соединения. Даже незначительный дисбаланс приводит к быстрому выходу их из строя.
К достоинствам турбомолекулярных насосов относятся:
возможность создания и поддержания глубокого и сверхглубокого «чистого» вакуума (без содержания масла);
высокая скорость откачки;
работа с любыми газами, включая инертные и коррозионные;
быстрый запуск в работу.
К недостаткам следует отнести:
незначительный дисбаланс подшипников может привести к разрушению корпуса и ротора насоса;
при откачке газов с высоким давлением происходит значительный нагрев, поэтому требуется применение форвакуумных насосов, обеспечивающих предварительное разрежение;
сложная смазка роторных подшипников;
скачек давления может привести к разрушению лопастей ротора;
выполнять регламентные и ремонтные работы должен только обученный и квалифицированный персонал.
Схема турбомолекулярного насоса:
Турбомолекулярный насос ТМН
Турбомолекулярные насосы марок ТМН наиболее часто применяются в:
- течеискателях;
- масс-спектрометрии;
- производстве электронных приборов;
- фармацевтике.
Вакуумные насосы марок ТМН могут выполняться в горизонтальном и вертикальном вариантах, обладать различной мощностью и производительностью. Они также различаются скоростью откачки и максимальным создаваемым разряжением.
Для улучшения теплоотдачи и повышения надежности в процессе работы рабочие колеса выполняют из сплавов титана или алюминия. В качестве примера можно рассмотреть турбомолекулярный насос ТМН -150/63, в котором применены керамические подшипники. Универсальное исполнение значительно упрощает установку насоса и позволяет монтировать его как горизонтально, так и вертикально. Скорость вращения ротора достигает 42 000 об/мин, что позволяет достигать остаточного давления до 1,3х10-6 мм ртутного столба. Желательно применение форвакуумного насоса, обеспечивающего предварительную откачку газов до нужного разрежения.
Высококачественные керамические подшипники в данной модели турбомолекулярного насоса способны безотказно отработать до 7 000 часов. Скорость откачки зависит от типа газов (азот до 150 л/с, гелий до 60 л/с). Охлаждение воздушное, поэтому температура корпуса может достигать 120оС.
Фотография турбомолекулярного насоса ТМН-500:
Турбомолекулярный насос KYKY
Китайская компания KYKY Vacuum разработала несколько турбомолекулярных насосов, пользующихся заслуженной популярностью на мировом рынке. К ним относятся все насосы серий F и FF. Они выполняются в горизонтальном и вертикальном исполнении, что обеспечивает удобство монтажа. Применение керамических высокоточных подшипников обеспечивает значительный ресурс эксплуатации и более низкую стоимость, что позволяет составлять конкуренцию более известным производителям.
Существуют модели с воздушным и водяным охлаждением, что также положительно сказывается на возможностях применения турбомолекулярных насосов KYKY. Монолитный ротор (выполненный как одно целое с нагнетающими тарелочками) обладает более высокой механической прочностью и лучшим балансом (что исключает возникновение вибраций), в сравнении со сборными конструкциями.
Турбомолекулярные насосы KYKY применяются:
- при ядерных исследованиях;
- в напылительных установках;
- для электронно-оптических систем;
- в фармацевтике и медицине;
Внешний вид турбомолекулярных насосов KYKY серии FF:
Ремонт турбомолекулярных насосов
Ремонт турбомолекулярных насосов должен выполнять обученный и квалифицированный персонал. Для небольших предприятий хорошим решением будет привлечение специалистов сервисных организаций, поскольку турбомолекулярные насосы редко выходят из строя.
При правильной организации обслуживания, согласно рекомендаций производителей, периодической замене подшипников и смазки в них, турбомолекулярные насосы способны длительное время обходиться без ремонтов. При замене подшипников следует тщательно проверять балансировку ротора, это позволит избежать серьезных и дорогостоящих ремонтов.
Турбомолекулярные насосы с магнитными подвесами являются более современными и способны автоматически выполнять балансировку в подвесах. Кроме того, модели с магнитными подвесами также сигнализируют о неисправностях и способны автоматически останавливать работу насосов при опасности разрушения. Системы автоматики обеспечивают разгон до рабочей частоты вращения ротора и плавную остановку, позволяя избежать резких нагрузок на подшипники и лопасти. Обслуживание таких насосов не требуется, но существует необходимость периодической очистки и замены фильтрующей системы. При значительном износе лопастей дисков также снизится производительность и максимальное разрежение. Такая неисправность также потребует привлечения высококвалифицированного персонала и выполнения балансировочных работ.
Так как скорость вращения ротора всех видов турбомолекулярных насосов очень велика, попадание даже незначительных механических загрязнений внутрь может привести к разрушению тарелочек и полному выходу насоса из строя. Китайские модели, ротор которых выполнен совместно с тарелочками, ремонту после таких повреждений не подлежат. Модели других производителей могут потребовать замены тарелочек и даже полностью корпуса, что сопоставимо со стоимостью всего насоса, поэтому обязательно нужно следить за системой фильтрации и своевременно ее обслуживать. Корпус восстановлению не подлежит, поэтому износ лопастей потребует его замены, что составляет большую часть стоимости ремонта.
Вертикальный турбомолекулярный насос в разрезе:
