Общая характеристика вакуумных насосов
Общая характеристика вакуумных насосов
Вакуумные насосы по назначению подразделяются на сверхвысоковакуумные, высоковакуумные, средневакуумные и низковакуумные, а в зависимости от принципа действия — на механические и физико-химические.
Основными параметрами любого вакуумного насоса являются быстрота действия, предельное давление, наименьшее рабочее давление, наибольшее рабочее давление, наибольшее давление запуска и наибольшее выпускное давление.
Рассмотрим схему простейшей вакуумной системы (рис. 4.1), состоящую из откачиваемого объекта 1, манометрических преобразователей 2 и 3, насоса 4 и соединительного трубопровода 5. Течение газа из откачиваемого объекта в насос происходит за счет разности давлений (р2—Pi), причем р2>р-
Быстроту откачки насоса S, в произвольном сечении соединительного трубопровода можно определить как объем газа, проходящий через это сечение в единицу времени: Si — dVJdt.
Объем газа, поступающий в единицу времени из откачиваемого объекта в трубопровод через сечение // при давлении р2, называется быстротой откачки объекта или эффективной быстротой откачки насоса:
Объем газа, удаляемый насосом в единицу времени через входной патрубок (сечение/) при давлении pi — это быстрота дей
ствия насоса:
Отношение эффективной быстроты откачки насоса к быстроте действия называется коэффициентом использования насоса:
Поток газа, проходящий через входное сечение насоса, называется его произво-Цительностью. Для стационарного потока выполняется условие сплошности
Графическая интерпретация уравнения (4.8) приведена на рис.
Максимальное значение коэффициента использования насоса равно единице.
Предельное давление насоса рПр — это минимальное давление, которое может обеспечить насос, работая без откачиваемого объекта. Быстрота действия насоса при приближении к предельному давлению стремится к нулю. Предельное давление большинства вакуумных насосов определяется газо-выделением материалов, из которых изготовлен насос, перетеканием газов через зазоры и другими явлениями, возникающими в процессе откачки.
Наименьшее рабочее давление вакуумного насоса рм — это минимальное давление, при котором насос длительное время сохраняет номинальную быстроту действия. Наименьшее рабочее давление примерно на порядок выше предельного. Использование насоса для работы при давлениях между предельным и наименьшим рабочим экономически неоправданно из-за ухудшения его удельных характеристик.
Установим связь между тремя основными характеристиками вакуумной системы: быстротой действия насоса Ss, эффективной быстротой откачки объекта 5Эф и проводимостью вакуумной системы между насосом и откачиваемым объектом U. Согласно (4.4) и (3.38). можно записать
Если переписать (4.5) в виде
то после вычитания первого выражения из второго получим
Уравнение (4.6) называют ос н о в н ы м у р а в н е н и е м вакуумной техники. Его можно также переписать в виде
При условии SH=U из (4.7) получим, что 5,ф=0,55н. Если U-^-oo, то 5Эф-»-5н; при U->-0 следует, что £Эф->0.
Вводя в основное уравнение коэффициент использования насоса Ли, согласно (4.3), получим два полезных соотношения:
Наибольшее рабочее давление вакуумного насоса ре — это максимальное давление, при котором насос длительное время сохраняет номинальную быстроту действия. В рабочем диапазоне от наименьшего до наибольшего рабочего давления обеспечивается эффективное использование насоса. Рабочие диапазоны давлений вакуумных насосов в основном определяются их принципом действия и приближенно показаны на рис. 4.3 (пунктир соответствует лабораторным образцам насосов).
Давление запуска вакуумного насоса р3 — это максимальное давление во входном сечении насоса, при котором он может начать работу. Давление запуска обычно заметно превышает наибольшее рабочее давление. Для некоторых типов насосов, например магниторазрядных, это различие может достигать 2… 3 порядков.
Параметры вакуумных насосов показаны на основной характеристике вакуумного насоса — зависимости быстроты действия от его входного давления (рис .4.4).