Вакуумные насосы делятся на две основные группы: вращательные, в которых газ выталкивается механически, и пароструйные, в которых газ откачивается под воздействием струи пара. Золотниковый (плунжерный) вакуумный насос типа ВН-6 (рис. 88, а) состоит из ротора /, закрепленного эксцентрично по отношению к центру рабочей камеры насоса. На ротор надевают цилиндрическую обойму (плунжер) 2. Эта обойма во время работы перекатывается по стенке камеры. Вверху от обоймы отходит открытый сверху полый отросток (параллелепипед) 4 с отверстиями 6. При вращении ротора отросток совершает колебательные движения, скользя вверх и вниз в золотнике 5. При этом впускные отверстия 6 в отростке обоймы попеременно то открываются, то закрываются. Поступившие при нижнем положении параллелепипеда газы или воздух при движении его вверх выбрасываются Из камеры через выпускной патрубок с клапаном 3. Наиболее часто применяют вакуумный насос ВН-6. Быстрота откачивания у этого насоса при давлении 13,3322 Н/м^ (0,1 мм рт. ст.) составляет около НО м^/с. Предельный вакуум примерно равен 1,33 Н/м^ (0,01 мм рт. ст.). Многопластинчатый насос РВН-60 (рис. 88, б) состоит из ротора 1, посаженного эксцентрично по отношению к камере насоса. Ротор и стенки камеры 2 образуют серповидное пространство. Выбрасывающиеся из ротора при его вращении пластины разделяют это пространство на ряд камер, объем которых изменяется в зависимости от угла поворота ротора. Газы поступают в камеру по расположенному слева впускному патрубку 5. В крайнем верхнем, положении каждая камера отключается от этого патрубка. При дальнейшем вращении ротора объем данной камеры уменьшается, газ сжимается и выталкивается через правый выпускной патрубок 4. Клапаны 3 являются предохранительными на случай образования больших давлений в камерах при откачивании. Скорость откачивания насосом РВН-60 составляет до 1000 м^/с. Однако предельный вакуум невелик: остаточное давление обычно не превышает 1995 Н/м^ (15 мм рт. ст.).
РИС. 88. Схемы вращательных вакуумных насосов
Насос-воздуходувка (рис. 88, в) является малогабаритным высокопроизводительным насосом, обладающим большой и достаточно постоянной скоростью откачивания в области давлений 13,3— 0,133 Н/м^ (0,1—0,001 мм рт. ст.). По конструкции он подобен воздуходувке Рута. Поршнем насоса служат две восьмеркообразные лопасти 3 и 4, вращающиеся в противоположные стороны в корпусе, состоящем из наружного / и внутреннего 2 кожухов. Допускаемая частота вращения лопастей — до 3000 об/мин,-благодаря чему скорость откачивания небольшими насосами превышает 5000 м^. Насосы-воздуходувки рационально использовать как высоко¬вакуумную ступень в комбинации с механическим ротационным насосом. Для нормальной работы достаточно создать предварительное разрежение порядка 1333,22 — 2666,44 Н/м^ (10— 20 мм рт. ст.). Важным преимуществом насоса этого типа является отсутствие проникновения масла в откачиваемый объем, так как масло применяют только для смазки подшипников. Описанные насосы предназначены для удаления газов из сухих закрытых объемов. Эти насосы очень чувствительны к присутствию в отсасываемых газах каких-либо механических частиц. Поэтому перед поступлением в вакуумный насос газы должны предварительно пройти надежную очистку от взвешенных в них механических примесей частиц шлака, пыли, кусочков огнеупоров и т. п. Для этой цели служат специальные фильтры. В последние годы разработана серия мощных пароструйных высоковакуумных насосов типов Н-2Т, Н-5Т, Н-8Т, скорость откачивания которыми равна соответственно 2000, 5000, 8000 дм'/с. Скорость откачивания насосом типа Н-20 составляет 20 ООО дм^с. Вакуум, создаваемый вращательными насосами, равен 13,3— 0,133 Н/м^|(0,1—0,001 мм рт. ст.), а высоковакуумными 133-10"^— 133-10-8 Н/м^ (10-^—10-8 мм рт. ст.). Пароструйные насосы делят на эжекторные и диффузионные. В отличие от механических (вращательных) насосов, в которых процесс откачивания осуществляется в результате периодического изменения объема рабочего пространства, в пароструйных насосах отсутствуют движущиеся части. В эжекторном насосе молекулы газа, диффундирующие в струю пара, сталкиваются с молекулами пара (рис. 89). При быстром движении струи пара часть ее силы передается слоям окружающего газа, которые приобретают скорость в направлении струи и увлекают ее в диффузор. До сужения в сопле пар движется с малой скоростью, но под большим давлением (большая потенциальная энергия); после сужения попадает в коническую часть сопла, пар расширяется, его давление падает, но зато возрастает кинематическая энергия, Т. е. пар выходит из сопла со значительно возросшей скоростью и поэтому направленной струей. В диффузоре-трубке, постепенно суживающейся на большой длине, кинетическая энергия падает в результате повышения давления. Если давление снаружи на выходе из диффузора принять равным атмосферному, то давление на выпуске может быть понижено до 133,322 Н/м^ (1 мм рт. ст.). Пятиступенчатый эжектор может обеспечить давление на выпуске 0,66 Н/м^ (0,05 мм рт. ст.) и таким образом успешно заменить для предварительного разрежения вращающийся золотниковый насос. Паро-масляные диффузионные насосы требуют создания предварительного разрежения. Разрез типового диффузионного насоса 158 показан на рис. 90. Корпус насоса охлаждают водой. Нагреватель расположен вне насоса и смонтирован в виде печи сопротивления. Масло испаряется в кипятильнике, поднимается из испарителя по цилиндрическому паропроводу и выбрасывается под Удавлением от 133,32 до 1333,2 Н/м^ (от 1 до 10 мм рт. ст.) в кольцевые сопла со сверхзвуковой скоростью. В зазоре между соплами и стенками наружного цилиндра, охлаждаемого водой, струя пара получается в виде диска или усеченного конуса. Попадая на холодные стенки, пары конденсируются, жидкость стекает в испаритель.
РИС. 90.Схема диффузионного паро-масляного насоса: 1— змеевик для охлаждения корпуса; 2—4 — ступени сжатия; 5 —возврат масла в кипятильник: 6 — область низких давлений, 7 — участок эжектирования газа в насос; 8 — участок конденсирования паров масла; 9 — участок промежуточных давлений; 10 — патрубок для выхода сжатого газа; 11 — концентрические паропроводы; 12 — кипятильник для испарения масла; 13 — электронагреватель
Относительно малочисленные и легкие молекулы газа при столкновении с тяжелыми молекулами пара, движущимися со сверхзвуковыми скоростями, приобретают столь же большие скорости в направлении потока пара. При ударе о стенку насоса, расположенную всегда под углом к струе, молекулы газа приобретают движение, направленное в сторону предварительного разрежения. В качестве рабочей жидкости применяют ртуть, минеральные и силиконовые масла. Ртуть дороже масла и ее нельзя применять, если детали насоса выполнены из меди или ее сплавов, а также из алюминия. Кроме'того, ртуть ядовита. При применении хороших минеральных масел обеспечивается предельный вакуум 0,00133 Н/м^ (10~^ мм рт. ст.), а при использовании силиконовых масел, представляюших собой кремний-органические соединения, в тех же условиях создается предельный вакуум около 0,0133 МН/м^ (10"' мм рт. ст.), но максимальная скорость откачки насосов с такими маслами достигается при 0,00133—0,0133 Н/м^ (10-^—10-1 мм рт. ст.). Для работы этих насосов требуется предварительное разрежение ниже 133,3 Н/м^ (1 мм рт. ст.). Бустерный диффузионный насос отличается от других насосов конструкцией сопел, более высокой температурой нагрева масла, применением -специального хлорированного масла. Максимальная скорость откачивания насосами достигается при разрежении 0,133 Н/м^ (10"^ мм рт. ст.); рабочее давление этих насосов изменяется 0,0665—0,0133 Н/м^ (10"* мм рт. ст.) при допустимом противодавлении примерно 133,3 Н/м^ (1 мм рт. ст.). Диффузионные насосы обоих типов удобны в эксплуатации вследствие отсутствия в них движущихся частей и малых отверстий, подверженных быстрому засорению. Главный их недостаток заключается в том, что часть масла попадает в высоковакуумную камеру.
