Генеральный партнер и сервисный центр компании
EnglishDeutsch
white line white line

Турбомолекулярные насосы

Компания ООО "ЭНЦЕ инжиниринг", являясь инжиниринговым и сервисным центром компании ENCE GmbH / Швейцария, готова разработать и поставить по Вашему индивидуальному техническому заданию турбомолекулярные насосы.

Общее описание

Пустое пространство или объем, не заполненный воздухом или другим газом, называется вакуумом. Идеальные условия для вакуума существуют только в межзвездном пространстве, в лабораторных условиях или в промышленности вакуум создается с помощью вакуумных насосов. К качеству вакуума предъявляют разные требования в зависимости от использования, в связи с этим области применения вакуума подразделяют на низкий, средний, глубокий и сверхглубокий вакуум. Одним из инструментов по созданию глубокого вакуума является турбомолекулярный насос.

Турбомолекулярные насосы

Турбомолекулярные насосы можно рассматривать как компрессоры, такие компрессоры, которые работают только с набором параметров, состоящих из допустимого давления на входе и выходе. Это означает, что для работы и на входе и на выходе давление должно быть ниже определенного уровня. Эти условия требуют применения дополнительного насоса, который поможет снизить давление до необходимого уровня, чтобы основной насос смог начать работу. Также необходимо поддерживать давление на выходе для того, чтобы основной насос откачивал эффективно, как только входное давление будет достаточно низким. Это достигается обычно за счет подкачивающего насоса на выходе основного насоса. Насос сжимает газ, который течет на вход, на выходе он становится концентрированным. Газ в вакуумной системе может быть в вязком состоянии, в молекулярном состоянии или промежуточном между ними. Когда система переходит от атмосферного давления к глубокому вакууму, газ в системе проходит через все эти состояния.

Турбомолекулярный насос известен уже много лет и наряду с диффузионными насосами относится к классу насосов с быстрым переносом среды. В турбонасосах газы двигаются в нужном направлении из-за взаимодействия с высокоскоростными поверхностями. Немецкий инженер В.Геде установил возможность перекачки газов при помощи этой техники еще в 1912г. Для подтверждения своей теории он сконструировал простой молекулярный насос.

Скоростные характеристики такого насоса были невелики из-за техники изготовления деталей и подшипников, которые ограничивали скорость вращения ротора в то время. Другая причина по которой насос Геде не получил широкого распространения заключается в необходимости выдерживать определенные зазоры между находящимися в движении частями насоса.

Турбомолекулярный насос был изобретен в 1957 году немецким инженером В. Бекером. Со времён своего создания турбомолекулярный насос подвергся быстрому развитию как теоретически, так и практически. В период с 1960 по 1963гг. ученые Крюгер и Шапиро разработали основные способы расчета производительности насоса и оптимизации геометрии турбин.

Турбомолекулярные насосы характеризуются надежной работой, производительностью, чистотой, но и высокой стоимостью.

Турбомолекулярные насосы относятся к группе кинетических вакуумных насосов. Их конструкция схожа с турбиной – многоступенчатый ротор, похожий на турбину с дисками с лопатками вращается в корпусе. Ротор часто изготавливают из высокопрочного алюминиевого сплава, внутренняя и наружная поверхности ротора изготовлены так, чтобы получились спиральные канавки, которые взаимодействую с поверхностями статора, чтобы осуществлялась перекачка. Иными словами внутренняя и наружная поверхности ротора создают удлиненный перекачивающий канал. Размер, форма и допуски канавок меняются от стороны входа к выходу насоса, чтобы было возможно многоступенчатое сжатие. Высококачественные турбомолекулярные насосы могут обеспечить степень сжатия азота примерно 10-9. Эффективность перекачки у турбомолекулярного насоса уменьшается с увеличением молекулярного веса перекачиваемого газа.

Ротор, двигатель и подшипники могут быть источником вибрации в турбомолекулярной насосной установке. Динамическая балансировка способна снизить дисбаланс ротора до низкого уровня. Таким образом, минимизируются силы, которые возникают в результате неравномерного распределения массы по оси вращения.

Вибрации, источником которых служит двигатель, возникают по мере взаимодействия статора и ротора. Помимо этого вибрации генерирует подвеска и движущиеся части подшипников. Тем не менее, суммарная вибрация производимая двигателем и подшипниками меньше, чем вибрация, генерируемая в результате дисбаланса ротора. Вибрации от подшипников могут нарастать в случае их неисправности или при присоединении к насосной установке системы. В случае последнего, конструкция системы должна быть адаптирована посредством изменения массы и уровня жесткости, либо посредством установки изоляторов между насосной установкой и системой.

Высокую износостойкость турбомолекулярных насосов и чистоту их функционирования обеспечивает специальная конструкция подвески. Подвеска таких насосов имеет подшипники с керамическими шариками и твердой смазкой. Шарики изготовлены из нитрида силикона, что обеспечивает ряд преимуществ.

Такие подшипники являются вдвое более твердыми, чем стальные аналоги и обладают высокой устойчивостью при минимальном давлении и контакте поверхностей. Твердость конструкции подшипников существенно влияет на надежность и качество работы насосных установок.

Сравнительно небольшой вес материала шариков и показатель плотности (на 40% ниже аналогичного показателя материала сталь) снижает нагрузку и внутреннее напряжение, возникающее в результате воздействия центробежных сил. Невысокий показатель трения материала шариков продлевает срок службы вследствие поверхностной устойчивости частей. Помимо этого, нитрид силикона обладает повышенной температурной устойчивостью. Твердый тип смазки, используемый в данных подшипниках, способствует надежному функционированию насоса и исключает необходимость дополнительной профилактики.

Принцип работы

Простая конструкция турбомолекулярного насоса представляет собой вращающийся круглый диск с некоторым количеством установленных на нем лопастей. При вращении диска лопасти оказывают воздействие на поступающие молекулы газа и переносят механическую энергию от лопастей на молекулы газа, которые направляются из входного патрубка через канавки, нарезанные в статоре. Газ затем сжимается на разных ступенях, пока не поступит к нагнетательному отверстию, откуда будет выведен при помощи подкачивающего насоса.

Газ поступает в насос через всасывающий патрубок, сжимается затем при помощи нескольких турбомолекулярных ступеней и подается на подкачивающий насос. Турбомолекулярные насосы могут создавать форвакуумные давления приблизительно до 50Па при интенсивных газовых нагрузках.

Турбомолекулярный насос состоит из движущихся и статичных лопастей расположенных на нескольких уровнях.

Откачка насосом, состоящим из лопастей на роторе и статоре, достигается передачей импульсов от быстровращающихся лопастей к молекулам перекачиваемого газа. Молекулы, которые сталкиваются с поверхностью, скапливаются там на некоторое время, при этом скорость лопастей добавляется к термической молекулярной скорости.

Насос может работать при скорости ротора в диапазоне 24000-90000 об/мин и приводиться в движение различными источниками питания, в том числе двигатель-генераторным агрегатом.

Быстродействие и степень сжатия насоса зависят от геометрии ротора и его скорости. Конструктивно турбомолекулярный насос может быть выполнен в горизонтальном или вертикальном исполнении.

При монтаже насоса в горизонтальном положении фланец на выходе направляют вниз, чтобы избежать скопления конденсатов (водяной пар, масляной пар из форвакуумного трубопровода) в районе подшипника насоса, исключая риск его повреждения.

Типичные преимущества турбомолекулярных насосов

  • обеспечивают безмасляный сверхглубокий вакуум;
  • могут работать с инертными и коррозионными газами;
  • могут перекачивать большой объем газа;
  • большой диапазон рабочих давлений;
  • быстро запускаются и не испытывают проблем при резком повышении давления;
  • простота обслуживания;
  • хорошая перекачка тяжелых газов.

Возможные трудности при использовании турбомолекулярных насосов:

  • небольшой дисбаланс лопастей ротора и статора может вызвать вибрации и износ подшипников;
  • внезапный скачок атмосферного давления может повредить лопасти и стать причиной поломки насоса;
  • смазка высокоскоростного ротора сложная задача;
  • подшипники, смазываемые консистентной смазкой «слабая» часть в насосе.

Применение

Вакуумная технология быстро развивалась благодаря большим возможностям практического применения. Она широко используется в различных областях – пищевой промышленности и медицине, последних промышленных достижениях, таких как термоядерный синтез, ускорение частиц, космическая промышленность, включая электронные части, промышленные материалы и полупроводники. В различных областях науки и промышленности требуется не только глубокий вакуум, но и чистый вакуум без примесей масла. По этим причинам турбомолекулярный насос играет важную роль в трех областях вакуумной технологии: напыление тонкопленочных покрытий, производство полупроводникового оборудования и производство датчиков утечки. Турбомолекулярные насосы нашли свое применение также в областях, связанных с физикой высоких энергий и иследованиях, связанных с сверхвысоким вакуумом. Все современные аналитические методы для газа, жидкости и плазмы опираются на масс-спектрометры и требуют соответственно вакуума подходящей глубины. Также в случае электронных микроскопов и прочих приборов анализа на поверхности требуется производство глубокого вакуума. В 90% случаев высоковакуумных областей применения турбомолекулярный насос подходит идеально. Турбомолекулярные насосы способны создавать чистый вакуум в диапазоне от 10-3 до 10-10 мбар.

В полупроводниковой промышленности турбомолекулярные насосы используются для следующих процессов:

  • травление
  • распыление
  • ионная имплантация
  • литография и пр.

В этих областях прменения часто требуется перекачка агрессивных газов.

Техническое обслуживание

Обычно турбомолекулярные насосы работают годами и требуют незначительного технического обслуживания. Обычно в насосах, которые имеют отстойник для масла и циркулирующую систему необходимо менять масло, каждые 6 месяцев или когда масло приобретает коричневый цвет. В турбонасосах, которые используют плотную консистентную смазку необходимо менять смазку каждые шесть месяцев. Срок службы подшипников в турбомолекулярных насосах составляет от двух до трех лет. Замену подшипников должен выполнять обученный персонал из-за требуемых точных настроек на высокоскоростном роторе.


Инженеры всегда готовы проконсультировать или предоставить дополнительную техническую информацию по предлагаемым турбомолекулярным насосам.

Ваши запросы на насосы просим присылать в технический департамент нашей компании на e-mail: info@ence.ch, тел. +7 (495) 225 57 86

Центральный сайт компании ENCE GmbH
Наша сервисная компания Интех ГмбХ

Головные Представительства в странах СНГ:
России
Казахстане
Украине
Туркменистане
Узбекистане
Латвии
Литве

Сообщить об ошибке на сайте ENCE GmbH, Switzerland / ENCE gmbH, Schweiz / ЭНЦЕ ГмбХ, Швейцария © ENCE GmbH