— Я думаю, только о вакуумной технике можно с достоинством сказать: возникла на пустом месте.
— И это ты называешь на пустом месте? Между прочим, история вакуумной техники начинается в 1 веке до нашей эры. Еще древнегреческие ученые Герон Александрийский и Ктезибий изобрели вакуумные насосы, способные создавать небольшие разрежения.
Разумеется, первый собеседник своим провокационным на первый взгляд заявлением всего лишь хотел напомнить о природной пустоте вакуума. Действительно ли это пустота? И если да, то почему обладает такой огромной силой, и какие механизмы способны ее создать? Попробуем узнать это из разговора наших анонимных собеседников. Один из них, как и мы, не посвящен в вакуумные премудрости. И нам это на руку:
— Так что же такое вакуум с научной точки зрения?
— Вакуумом называют состояние газа или пара при давлении ниже атмосферного, т.е. ниже 105 Па.
— Ну, тогда скажи мне, что особенного в низком давлении, какие возможности открывает вакуумная техника?
— Дело в том, что физико-химические процессы, протекающие в вакууме (по сравнению с процессами при атмосферном давлении) характеризуются интенсифицирующей (ускоряющей, усиливающей, увеличивающей) силой. Снижается в несколько раз температура кипения жидкости, уменьшается в десятки-сотни раз скорость окисления, повышается скорость диффузии и т. д. Эти особенности позволяют создавать новые материалы, приборы, технологии.
— Понятно. А как можно создать вакуум?
— В технике вакуум создают с помощью вакуумных насосов различных принципов действия.
— Какое давление способны создавать вакуумные насосы?
— Промышленные вакуумные насосы разделяются в соответствии с тем диапазоном давления, в котором они используются, на низковакуумные (от 105 до 100 Па), средневакуумные (от 100 до 0,1 Па), высоковакуумные (от 0,1 до 10-5 Па) и сверхвысоковакуумные (менее 10-5 Па).
— Мне интересно, как действует вакуумный насос?
— Для создания вакуума насос откачивает газ одним из двух способов. Либо перемещает газ за счет приложения к нему механических сил. Такие насосы называют механическими. Либо связывает газ путем сорбции, химических реакций или конденсации. В этом случае мы имеем дело с немеханическими вакуумными насосами.
Но это еще не всё. Так или иначе, вакуумные насосы разделяют по принципу их действия на следующие группы:
Насосы объемного действия — перемещение газа осуществляется путем периодического изменения объема рабочей камеры.
Молекулярные насосы осуществляют откачку путем сообщения молекулам откачиваемого газа импульса движения в определенном направлении. Сюда входят струйные насосы, в которых газ захватывается струей рабочего тела (жидкости, пара или газа), и механические турбомолекулярные, в которых скорость молекулам сообщается быстро движущейся твердой поверхностью.
Сорбционные насосы, в которых откачка происходит вследствие сорбции газа. В эту группу входят и адсорбционные насосы, основанные на физической сорбции газа пористым сорбентом при низкой температуре.
Криогенные насосы осуществляют откачку путем конденсации откачиваемых газов и паров на поверхностях, охлаждаемых до сверхнизких (криогенных) температур.
— Ну, ты даешь, Эйнштейн. Давай для начала поговорим о механических вакуумных насосах.
— Без вопросов. Смотри. К механическим насосам относят:
водокольцевые
плунжерные (золотниковые)
пластинчато-роторные
двухроторные (низкого и среднего вакуума)
турбомолекулярные насосы.
— Какие недостатки есть у механических насосов?
— Ну, например, существенным недостатком механических вакуумных насосов с масляным уплотнением (пластинчато-роторных и золотниковых насосов) является проникновение паров вакуумного масла и продуктов его крекинга в откачиваемый сосуд, что приводит к повышению предельного остаточного давления — наименьшего давления, которое может быть достигнуто при работе насоса.
— Немеханические насосы явно справились с этой проблемой?
— Во-первых, не все немеханические насосы являются безмасляными средствами откачки. А во-вторых, у многих из них просто другие проблемы.
Начнем со знакомства. К вакуумным немеханическим насосам относятся:
Струйные:
эжекторный — пароструйный низковакуумный насос, в котором происходит турбулентно-вязкостный захват газа струей.
бустерный паромасляный (от 10 до 10-2 Па) — вспомогательный насос, устанавливаемый между форвакуумным и высоковакуумным насосами
диффузионный паромасляный (от 10-2 до 10-5 Па и ниже)
Электрофизические (от 10-2 до 10-12 Па):
сорбционные
магнитные электроразрядные
геттерно-ионные
Крионасосы (от 105 Па):
конденсационные
адсорбционные насосы
криогеттерные
— Можно ли сказать, что немеханические насосы изначально лучше механических?
— Не всё так просто. Например, механические турбомолекулярные насосы в принципе — одни из лучших высоковакуумных средств откачки. Они удаляют газ из сосуда, а не сорбируют его на рабочих органах, как крионасосы и адсорбционные насосы; не загрязняют среду откачиваемого сосуда парами углеводородов или другими рабочими веществами, как диффузионные насосы и насосы с распылением титана (геттерно-ионные и др.).
Также немеханические вакуумные насосы не способны начинать работу с атмосферного давления, поэтому на входе устанавливают создающий необходимый форвакуум насос. И тут не обойтись без механических насосов с масляным уплотнением. Опять же немеханические насосы с выпускным давлением (давлением в выходном сечении вакуумного насоса) ниже атмосферного, должны иметь на выходе насосы предварительного разрежения. Не обязательно это будут механические насосы. В качестве форвакуумных насосов не используются разве что высоковакуумные безмасляные криогенные и электрофизические насосы.
Слушай, попробуй мне только завтра экзамен не сдать по вакуумной технике. Целый вечер рассказываю тебе о каких-то насосах вместо того, чтобы… вместо того, чтобы… эээ… что я там хотела делать-то..., забыла… Ты уж постарайся вытянуть билет с вакуумными насосами.