Принципи роботи насоса Turbomolecular

Turbomolecular насос — тип вакуумний насос схожий до turbopump, використовується для отримання і підтримки високого вакууму. Ці насоси працюють за принципом, що молекул газу дають імпульс у потрібному напрямку неодноразові зіткнення з рухомих твердої поверхні. У turbomolecular насоса, швидко спінінг вентилятор ротор 'показів' молекул газу з вході насоса до вихлопних для того, щоб створити або підтримувати вакуум.

Діючі принципи

Більшість turbomolecular насоси працюють кілька етапів, кожна з яких складається з швидко обертається ротор леза і стаціонарні статор лезо пари. Система працює як компресор, який вводить енергії в газ, а не дістаючи його з. Газ, захоплений верхніх щаблів штовхнув на нижній етапи і послідовно стиснуто до рівня тиску форвакуумним (бек насос). Як газові молекули входити через впуску, ротор, який має ряд кутові леза, показів молекул. Таким чином механічної енергії лопатей передається молекул газу. З цього знову набуті імпульс молекул газу укладати газу передачі отвори в статор. Це приводить їх до наступного етапу, де вони знову зіткнення з поверхнею ротора, та цей процес буде продовжена, нарешті, що привела їх назовні через вихлопних газів.

Через відносного руху ротора, статора молекули переважне хіт Нижні сторони леза. Тому що лезо поверхні дивиться вниз, більшість з розкиданими молекул буде залишити його вниз. Поверхні, грубо, так що ніякого віддзеркалення буде відбуватися. Леза повинна бути товстим і стабільною для операції високого тиску і тонкі, як це можливо і злегка зігнутими для максимальної компресії. Для високим ступенем стиснення горло між суміжними лопаті вказує як можна більше в прямому напрямку. Для високого потоку лопаті в 45° і досягти близько до осі.

Тому, що стиснення кожного етапу ~ 10, кожного етапу ближче до відділення є значно менше, ніж попередні етапи впуску. Це має два наслідки. Геометричною прогресією говорить нам, нескінченна етапів може ідеально впишеться в кінцевої осьовий довжини. Скінченну довжину в даному випадку є повної висоти житла як підшипників, Мотор і контролер і деякі охолоджувачів інсталюються всередині на осі. Радіально, зрозуміти стільки, скільки тонка газ на вході, вході на стороні ротори б ідеально мати більше радіус та відповідно вище відцентрову силу; ідеальний леза б отримати експоненціально тонше, по відношенню до їх порад і вуглецевих волокон має підсилити алюміній леза. Однак, оскільки середня швидкість з лезом впливає на перекачування стільки робиться це за рахунок збільшення діаметра корінь, а не діаметра кінчика, там, де доцільно.

Продуктивність насоса turbomolecular тісно пов'язана з частотою ротора. Як rpm збільшується, лопати несучого гвинта відвернути більше. Щоб збільшити швидкість і зменшення деформації, жорсткими матеріалами і різних лезо конструкцій були запропоновані.

Turbomolecular насоси повинні працювати на дуже високій швидкості і тертя перегріву накладає обмеження проектування. Деякі turbomolecular насоси використовують магнітні підшипників для зменшення тертя і масло забруднення. Тому що магнітні підшипників і температура циклів дозволяють лише обмежений зазор між ротора, статора, леза на етапах високого тиску дещо виродилось у єдиний гвинтовий фольгу кожного. Ламінарні не можна використати для перекачування, оскільки ламінарного турбіни зрив коли не використовуються при розроблений потоку. Насос може бути охолоне покращити стиснення, але не повинно бути так холодно, як конденсуватися льоду на лопаті. Коли зупинився на turbopump, нафти з бек вакуум може backstream через на turbopump і забруднюють камері. Один зі способів уникнути цього є ознайомлення ламінарні азоту через насос. Перехід від вакуум для азоту і виконання на ще turbopump має для синхронізації саме для того, щоб уникнути механічних впливів насоса і надлишковому тиску на вихлопних газів. Тонку мембрану і клапан в вихлопних газів повинні бути додані до захисту на turbopump від надмірного зворотного тиску (наприклад, після відмови живлення або витоку в бек вакууму).

Ротор стабілізується у всіх його шість ступенів свободи. Одного градуса регулюється електродвигуна. Мінімально, цей ступінь повинні бути Стабілізовані в електронному вигляді (або diamagnetic матеріал, який є дуже нестабільний, які будуть використовуватися в точності насос підшипник). Іншим способом (ігноруючи втрат в магнітні сердечники на високих частотах) є побудувати цей підшипник вигляді осі з сфери на кожному кінці. Ці сфери знаходяться всередині порожнистої статичні сферах. На поверхні кожна сфера є шаховому всередину і назовні ідучого лінії магнітного поля. Як обертається шаховому статичні сфер, Ротор обертається. У даній конструкції не осі зробив збереглися на вартість виготовлення інший осі нестійким, але всіх осей є нейтральними і електронних регулювання розміщений менш підкреслив і буде більш динамічно стабільна. Ефект Холла датчики можуть бути використані для сенс обертальних позиції та інші степенів вільності може вимірюється capacitively.

Максимальний тиск

Під атмосферним тиском, середня вільний шлях повітря є близько 70 нм. Turbomolecular насос може працювати тільки якщо ці молекули, що постраждали від рухомих леза досягти стаціонарного лопаток перед зіткнення з іншими молекулами на їхньому шляху. Для досягнення цього, розрив між рухомих леза і стаціонарного лопаток має бути близькою до- менш ніж середня вільний шлях. З точки зору практичного будівництва можливим розрив між лезо набори є близько 1 мм, так що в turbopump буде простоювати (не чистий перекачування) Якщо вичерпав безпосередньо в атмосферу. Оскільки середня вільний шлях обернено пропорційна тиску, за turbopump будуть перекачувати при робочому тиску вихлопних менше, ніж про 10 ПА (0,10 мбар) де середній вільний шлях є близько 0,7 мм.

Більшість turbopumps мають Holweck насос (або молекулярних перетягнути насос) як їх останньому етапі збільшити максимальний бек тиск (тиск вихлопних газів) близько 1-10 мбар. Теоретично, відцентровий насос, стороні насоса канал або регенеративної насос може бути використаний для назад до атмосферного тиску безпосередньо, але в даний час немає не комерційно доступні turbopump, який захоплює усі безпосередньо в атмосферу. У більшості випадків вихлопних газів підключено до механічних бек насос (зазвичай такі файли називаються обдирного насоса), який виробляє тиск низький достатньо для turbomolecular насоса ефективно працювати. Зазвичай це бек тиск є нижче 0.1 мбар і зазвичай про 0.01 мбар. Бек тиск дуже рідко нижче 10-3 мбар (означає вільний шлях ≈ 70 мм) оскільки опір потоку вакуумна труба між на turbopump і обдирного насоса стає значним.

Turbomolecular насос може бути дуже гнучким насоса. Він може генерувати багато градусів вакуум з проміжних вакууму (~ 10 − 2 ПА) до ультра-високої вакуумної рівнів (~ 10−8 ПА).

Кілька turbomolecular насосів в лабораторії або цеху з виробництва можна з'єднати труб малого бек насосом. Автоматичні клапани та дифузійного насоса, як ін'єкції в великих буфера трубка перед бек насос запобігає будь-якого впливу надлишкового тиску від одного насоса використати інший насос.