Вакуумний насос , пристрій для видалення (відкачування) газів і пари із замкнутого об'єму з метою здобуття в нім вакууму . Існують різні типи Ст н., дія яких заснована на різних фізичних явищах: механічні (обертальні), струминні, сорбційні, конденсаційні.
Основні параметри Ст н.: граничний (найменше) тиск (залишкове тиск, граничний вакуум), яке може бути досягнуте насосом; прудкість відкачування — об'єм газу, що відкачується при даному тиску в одиницю часу ( м 3 /сек , л/сек ); допустимий (найбільше) випускний тиск у випускному перетині насоса, подальше підвищення якого порушує нормальну роботу Ст н.
Механічні насоси застосовують для здобуття вакууму від 1 н/м 2 (10 -2 мм рт. ст. ) до 10 -8 н/м 2 (10 -10 мм рт. ст. ). В робочій камері простого механічного насоса здійснює зворотно-поступальний рух поршень, який витісняє газ, створюючи при зворотному ході розрідження з боку відкачуваної системи. Поршневі насоси ( мал. 1а, 1б ) були першими механічними насосами. Їх витіснили обертальні насоси. У багатопластинчатому обертальному насосі ( мал. 2а, 2б ) всмоктування і виштовхування газу здійснюється при зміні об'ємів вічок, утворених ексцентрично розташованим ротором, в прорізах якого поміщені рухливі пластини, що притискаються до внутрішньої поверхні камери і ковзають по ній при його обертанні. За рахунок великої частоти обертання ротора ці насоси при порівняно малих розмірах володіють великою прудкістю відкачування (до 125 л/сек ). Граничний тиск досягає 2000 н/м 2 (15 мм рт. ст. ) в одноступінчатих насосах і 10 н/м 2 (10 -1 мм рт. ст. ) в двоступінчатих. Аналогічно відбувається процес відкачування газу водокільцевими насосами ( мал. 3а, 3б ). При обертанні колеса з радіальними лопатями, ексцентрично розташованого в камері, вода, що заповнює камеру, захоплюється лопатями і під дією відцентрових сил відкидається до стінки корпусу, утворюючи водяне кільце 1 і серповидну камеру 2 , в яку поступає відкачуваний газ.(газета) При обертанні колеса вічка по черзі з'єднуються з каналом, через який відкачуваний газ виходить в атмосферу. Ці насоси придатні для відкачування вологого і забрудненого газу, кисню і вибухонебезпечних газів. Граничний вакуум складає 95% (у одноступінчатих насосах) і 99,5% (у двоступінчатих насосах) від теоретично можливого; наприклад, при температурі води 20°С — до 7,1 кн/м 2 (53 мм рт. ст. ) в одноступінчатих і 3,1 кн/м 2 (23 мм рт. ст. ) в двоступінчатих насосах.
Для здобуття середнього вакууму частіше застосовують обертальні насоси з масляним ущільненням. Їх робоча камера заповнена маслом, або вони занурені в масляну ванну. Прудкість відкачування цих насосів 0,1—750 л/сек , граничний тиск 1 н/м 2 (10 -2 мм рт. ст. ) в одноступінчатих і 10 -1 н/м 2 (10 -3 мм рт. ст. ) в двоступінчатих насосах. Масло добре ущільнює всі зазори, виконує функцію додаткового середовища, що охолоджує, проте при тривалій роботі сконденсовані пари забруднюють масло. Для запобігання конденсації пари, що виникає при їх стискуванні, камеру заповнюють певним об'ємом повітря (баластним газом), яке у момент вихлопу забезпечує парціальний тиск пари в паро-повітряній суміші, що не перевищує тиску насичення. При цьому пари з насоса виштовхуються без конденсації. Такі насоси називаються газобаластними і застосовуються як форвакуумниє (для створення попереднього розрідження).
Двороторні насоси мають 2 фігурних ротора, які при обертанні входять один в інший, створюючи направлений рух газу. Ці насоси володіють великою прудкістю відкачування і часто застосовуються як проміжні (допоміжні, або бустерні) між форвакуумнимі і високовакуумними. Вони забезпечують вакуум 10 -2 —10 -3 н/м 2 (10 -4 —10 -5 мм рт. ст. ) при прудкості відкачування до 15 м 3 /сек ( мал. 4а, 4б ).
В молекулярних насосах при обертанні ротора в газі молекули отримують додаткову швидкість у напрямі їх руху. Вперше такий насос був запропонований в 1912 німецьким вченим Ст Геде, але довго не набував поширення із-за складності конструкції. У 1957 німецький учений В. Беккер застосував турбомолекулярний насос ( мал. 5а, 5б ), ротор якого складається з системи дисків. Таким насосом отримують вакуум до 10 -8 н/м 2 (10 -10 мм рт. ст .).
В струминних насосах направлений струмінь робочої речовини відносить молекули газу, що поступають з відкачуваного об'єму. Як робоча речовина можуть бути використані рідини або пари рідин. Залежно від цього насоси називаються водоструминними, пароводяними, парортутнимі або паромаслянимі. За принципом дії струминні насоси бувають ежекторними і дифузійними. У ежекторних насосах ( мал. 6а, 6б ) дія струменя, що відкачує, заснована на збільшенні тиску газового потоку під дією струменя вищого натиску. Такі насоси застосовуються для здобуття вакууму 10 н/м 2 (10 -1 мм рт. ст. ). Простим ежекторним насосом є водоструминний насос, поширений в лабораторній практиці, в хімічній промисловості і ін. Граничне тиск таких насосів не набагато перевищує тиск водяної пари. Наприклад, при температурі води в насосі, рівною 20°С, вакуум, що досягається, дорівнює 3 100 н/м 2 (23 мм рт. ст. ), а парціальний тиск залишкових газів близько 670 н/м 2 (5 мм рт. ст. ). До ежекторних насосів може бути віднесений вихровий насос (апарат), що відкачує дію якого засновано на використанні розрідження, що розвивається уздовж осі вихривши ( мал. 7а, 7б ). Значно більшою прудкістю відкачування і нижчим граничним тиском володіють насоси, в яких робочою речовиною є водяна пара. У багатоступінчастих пароводяних насосах прудкість відкачування досягає 20 м 3 /сек , створюваний вакуум 0,7 н/м 2 (5 × 10 -3 мм рт. ст. ).
дія дифузійних насосів, що Відкачує, заснована на дифузії молекул відкачуваного газу в області дії струменя пари робочої речовини за рахунок перепаду їх парціального тиску. Як робоча речовина в 1915 В. Геде застосував пари ртуті. Ртуть забезпечує постійний (для даної температури) тиск насиченої пари, постійну (для даного тиску) температуру, залишається хімічно неактивною, не боїться перегріву, але пари ртуті, навіть в невеликій кількості, небезпечні для людського організму. Одним із замінників ртуті є масло (див. Вакуумне масло ). Такі Ст н. називаються паромаслянимі. Вживання як робоча рідина масла привело до широкого поширення таких насосів з прудкістю відкачування до декількох сотень м 3 /сек при здобутті вакууму до 10 -6 н/м 2 (10 -8 мм рт. ст. ). У паромасляном Ст н. послідовно сполучені декілька рівнів, що відкачують, в одному корпусі ( мал. 8а, 8б ). Діапазон робочого тиску триступінчатого паромасляного насоса 10 -3 —10 -1 н/м 2 (10 -5 —10 -3 мм рт. ст. ).
В сорбційних насосах використовують здатність деяких речовин (наприклад, Ti, Мо, Zr і ін.) поглинати газ.(газета) Відкачуваний газ осідає на поверхні усередині вакуумної системи. Один з активних поглиначів постійно напилюється на поглинаючу поверхню (випарний насос). Поглиначем може бути також пористий адсорбент (см.Адсорбційний насос ).
Дія іонних насосів засноване на іонізації газу сильним електричним розрядом і видаленні іонізованних молекул електричним полем. Цей спосіб мало поширений із-за складності пристрою і великої споживаної потужності, що витрачається головним чином на створення магнітного поля. При кімнатній температурі інертні гази і вуглеводні практично не поглинаються напиленими плівками металів. Для їх видалення служать комбіновані іонно-сорбційні, або іонно-геттерниє, насоси, в яких сорбційний спосіб поглинання хімічно активних газів поєднується з іонним способом відкачування інертних газів і вуглеводнів. Поглинаюча поверхня оновлюється осадженням на стінках термічно випаровуваного титану, а також катодним розпиляло титану в електричному розряді або в магнітному полі в електророзрядних або магніторазрядних іонно-сорбційних насосах ( мал. 9 ). Іонно-сорбційні Ст н. при попередньому відкачуванні до 10 -2 н/м 2 (до 10 -4 мм рт. ст. ) створюють вакуум до 10 -5 н/м 2 (10 -7 мм рт. ст. ). Прудкість відкачування залежить від роду газу. Наприклад, прудкість відкачування водню 5000 л/сек , азоту 2000 л/сек , аргону 50 л/ сік . Граничний тиск, що досягається, в об'ємах, що добре знегазили, і без натікання газу нижче 10 -8 н/м 2 (10 -10 мм рт. ст .).
Действіє конденсаційних, або криогенних, насосів засновано на поглинанні газу охолодженою до низької температури поверхнею ( мал. 10 ). Воднево-конденсаційний насос, запропонований Б. Г. Лазаревим із співробітниками (Фізіко-технічного інститут АН(Академія наук) УРСР), має постійну прудкість відкачування в широкому діапазоні тиску. Рідкий водень, що охолоджує, виробляється зріджувачем, що знаходиться в установці. Неконденсовані гази (водень, гелій) відкачуються паралельно включеним насосом, наприклад дифузійним. Для включення такого насоса необхідне попереднє розрідження.
