Вакуумный насос бмв n46b20

Воздуходувка корней один пример вачуумного насоса

Вакуумный насос-это устройство. Которое удаляет молекулы газа из герметичного объема. Чтобы оставить после себя частичный вакуум. Первый вакуумный насос был изобретен в 1650 году Отто фон Герике, и ему предшествовал всасывающий насос, который восходит к глубокой древности.[1]

Ранние насосы

Предшественником вакуумного насоса был всасывающий насос. Всасывающие насосы двойного действия были найдены в городе Помпеи.Арабский инженер Аль-Джазари позже описал всасывающие насосы двойного действия как часть водоподъемных машин в 13 веке.

Он также сказал. Что всасывающий насос использовался в сифонах для сброса греческого огня.[3] всасывающий насос позже появился в Средневековой Европе с 15 века.[3][4][5]

К 17-му веку конструкции водяных насосов были усовершенствованы до такой степени. Что они производили измеримый вакуум. Но это не было сразу понято. Было известно. Что всасывающие насосы не могли вытягивать воду за пределы определенной высоты: 18 флорентийских ярдов согласно измерению. Сделанному около 1635 года. Или около 34 футов (10 м).Этот предел был проблемой в ирригационных проектах. Дренаже шахт и декоративных фонтанах . Запланированных герцогом

тосканским, поэтому герцог поручил Галилео Галилею исследовать эту проблему. Галилей предлагает неверно в своих двух новых науках (1638) что колонка водяного насоса сломается от собственного веса. Когда вода поднимется на 34 фута.Другие ученые приняли вызов, в том числе Гаспаро Берти, который повторил его. Построив первый барометр воды в Риме в 1639 году.Барометр Берти создавал вакуум над толщей воды, но он не мог этого объяснить. Прорыв был сделан учеником Галилея Евангелистой Торричелли в 1643 году. Опираясь на записи Галилея. Он построил первый ртутный барометр и написал убедительный аргумент. Что пространство наверху было вакуумом. Высота колонны была тогда ограничена максимальным весом. Который атмосферное давление могло поддерживать; это предельная высота всасывающего насоса.[8]

В 1654 году Отто фон Герике изобрел первый вакуумный насос и провел свой знаменитый Магдебургский эксперимент с полушариями, показав. Что упряжки лошадей не могут разделить два полушария. Из которых был удален воздух. Роберт Бойль усовершенствовал конструкцию Герике и провел эксперименты по изучению свойств вакуума. Роберт Гук также помог Бойлю создать воздушный насос. Который помог создать вакуум.

19-й век

Вакуумный аппарат Теслы, опубликованный в 1892 г.

Затем изучение вакуума прекратилось[сомнительно обсуждаемо] до 1855 года. Когда Генрих Гейслер изобрел ртутный насос вытеснения и достиг рекордного вакуума около 10 па (0,1 Торр). На этом уровне вакуума становится заметным ряд электрических свойств. И это возобновляет интерес к вакууму. Это, в свою очередь, привело к разработке вакуумной трубки. Насос Шпренгеля был широко используемым производителем вакуума этого времени.

20-й век

В начале 20-го века было изобретено много типов вакуумных насосов. Включая молекулярный насос сопротивления, диффузионный насоси турбомолекулярный насос.

Насосы могут быть широко классифицированы в соответствии с тремя методами:[9]

Объемные насосы используют механизм многократного расширения полости. Позволяя газам поступать из камеры. Герметизировать полость и выпускать ее в атмосферу. Насосы передачи импульса, также называемые молекулярными насосами. Используют высокоскоростные струи плотной жидкости или высокоскоростные вращающиеся лопасти. Чтобы выбить молекулы газа из камеры. Улавливающие насосы улавливают газы в твердом или адсорбированном состоянии. Это включает в себя крионасосы, геттерыи ионные насосы.

Объемные насосы наиболее эффективны для низких вакуумов. Насосы передачи импульса в сочетании с одним или двумя объемными насосами являются наиболее распространенной конфигурацией. Используемой для достижения высокого вакуума. В этой конфигурации объемный насос служит двум целям. Во-первых, он получает грубый вакуум в вакуумируемом сосуде. Прежде чем насос передачи импульса может быть использован для получения высокого вакуума. Так как насосы передачи импульса не могут начать перекачивать при атмосферном давлении. Во-вторых, объемный насос поддерживает насос передачи импульса. Эвакуируя в низкий вакуум накопление вытесненных молекул в высоковакуумном насосе. Для достижения сверхвысокого вакуума могут быть добавлены улавливающие насосы. Но они требуют периодической регенерации поверхностей. Которые захватывают молекулы воздуха или ионы. Из-за этого требования их доступное рабочее время может быть неприемлемо коротким в низких и высоких вакуумах. Что ограничивает их использование сверхвысокими вакуумами. Насосы также различаются по таким деталям, как производственные допуски, уплотнительный материал, давление, расход, допуск или отсутствие допуска паров масла, интервалы обслуживания, надежность. Устойчивость к пыли. Устойчивость к химическим веществам. Устойчивость к жидкостям и вибрации.

Объемный насос

Ручной водяной насос вытягивает воду из колодца, создавая вакуум. В который вода устремляется. Чтобы заполнить его. В некотором смысле он действует для эвакуации скважины. Хотя высокая скорость утечки грязи не позволяет поддерживать высококачественный вакуум в течение любого периода времени.

Механизм спирального насоса

Частичный вакуум может быть создан путем увеличения объема контейнера. Для того чтобы продолжать эвакуировать камеру бесконечно. Не требуя бесконечного роста. Отсек вакуума может быть многократно закрыт. Исчерпан и снова расширен. Именно этот принцип лежит в основе объемного насоса, например ручной водяной насос. Внутри насоса механизм расширяет небольшую герметичную полость. Чтобы уменьшить ее давление ниже атмосферного. Из-за перепада давления некоторая жидкость из камеры (или скважины. В нашем примере) выталкивается в небольшую полость насоса. Затем полость насоса герметизируется от камеры. Открывается в атмосферу и сжимается до мельчайших размеров.

Более сложные системы используются для большинства промышленных применений. Но основной принцип циклического удаления объема остается прежним:

Базовое давление системы поршневых насосов с резиновым и пластиковымуплотнением обычно составляет от 1 до 50 кПа. В то время как спиральный насос может достигать 10 па (когда он новый). А роторный лопастной масляный насос с чистой и пустой металлической камерой может легко достигать 0,1 па.

Объемный вакуумный насос перемещает один и тот же объем газа с каждым циклом. Поэтому его скорость откачки постоянна. Если она не преодолевается обратным потоком.

Насос для передачи импульса

Вид среза турбомолекулярного высоковакуумного насоса

В насосе для передачи импульсамолекулы газа ускоряются от вакуумной стороны к выхлопной стороне (которая обычно поддерживается при пониженном давлении с помощью объемного насоса). Перекачка импульса возможна только при давлении около 0,1 кПа. Материя течет по-разному при различных давлениях. Основанных на законах гидродинамики. При атмосферном давлении и слабом вакууме молекулы взаимодействуют друг с другом и давят на соседние молекулы в так называемом вязком потоке. Когда расстояние между молекулами увеличивается. Молекулы взаимодействуют со стенками камеры чаще. Чем с другими молекулами. И молекулярная накачка становится более эффективной. Чем накачка положительным смещением. Этот режим обычно называют высоким вакуумом.

Молекулярные насосы выметают большую площадь, чем механические насосы. И делают это чаще. Что делает их способными к гораздо более высоким скоростям откачки. Они делают это за счет уплотнения между вакуумом и их выхлопом. Поскольку нет уплотнения. Небольшое давление на выхлопе может легко вызвать обратный поток через насос; это называется стойлом. Однако в глубоком вакууме градиенты давления мало влияют на потоки жидкости. И молекулярные насосы могут полностью реализовать свой потенциал.

Двумя основными типами молекулярных насосов являются диффузионный насос и турбомолекулярный насос. Оба типа насосов выдувают молекулы газа, которые диффундируют в насос. Придавая импульс молекулам газа. Диффузионные насосы выдувают молекулы газа струями нефти или ртути. В то время как турбомолекулярные насосы используют высокоскоростные вентиляторы для выталкивания газа. Оба этих насоса заглохнут и не смогут перекачивать воду. Если они будут истощены непосредственно до атмосферного давления. Поэтому они должны быть истощены до вакуума более низкого уровня. Создаваемого механическим насосом.

Как и в случае с объемными насосами, базовое давление будет достигнуто. Когда утечка. Выход газа и обратный поток будут равны скорости насоса. Но теперь минимизация утечки и обратного потока до уровня. Сравнимого с обратным потоком. Становится намного сложнее.

Регенеративный насос

Регенеративные насосы используют вихревое поведение жидкости (воздуха). Конструкция основана на гибридной концепции центробежного насоса и турбонасоса. Обычно он состоит из нескольких наборов перпендикулярных зубьев на роторе. Циркулирующих молекулами воздуха внутри неподвижных полых канавок. Как многоступенчатый центробежный насос. Они могут достигать 1×10-5 мбар(0,001 ПА) (при сочетании с насосом Holweck) и непосредственно выпускаться до атмосферного давления. Примерами таких насосов являются Edwards EPX [10] (техническая статья [11]) и Pfeiffer OnTool™ Booster 150.[12] Его иногда называют насосом бокового канала. Благодаря высокой скорости перекачки из атмосферы в высокий вакуум и меньшему загрязнению. Так как подшипник может быть установлен на стороне выхлопа. Этот тип насосов используется в замке нагрузки в процессах производства полупроводников.

Этот тип насоса страдает от высокой потребляемой мощности (~1 кВт) по сравнению с турбомолекулярным насосом ( Это может быть уменьшено почти в 10 раз с помощью небольшого насоса.[13]

Захватный насос

Улавливающим насосом может быть крионасос, который использует холодные температуры для конденсации газов до твердого или адсорбированного состояния. Химический насос. Который реагирует с газами для получения твердого остатка . Или ионный насос, который использует сильные электрические поля для ионизации газов и продвижения ионов в твердую подложку. Криомодуль использует крионасос. Другие типы-это сорбционный насос, неиспарительный геттерный насос и титановый сублимационный насос (тип испарительного геттера. Который может использоваться повторно).

Другие типы

  • Вакуумный насос Вентури (аспиратор) (от 10 до 30 кПа)
  • Паровой эжектор (вакуум зависит от количества ступеней. Но может быть очень низким)

Показатели

Скорость откачки относится к объемному расходу насоса на его входе. Часто измеряемому в объеме в единицу времени. Насосы переноса и улавливания импульса более эффективны на одних газах, чем другие. Поэтому скорость откачки может быть различной для каждого из перекачиваемых газов. А средний объемный расход насоса будет варьироваться в зависимости от химического состава газов. Остающихся в камере.

Пропускная способность относится к скорости откачки. Умноженной на давление газа на входе. И измеряется в единицах давления·объем/единица времени. При постоянной температуре пропускная способность пропорциональна количеству перекачиваемых молекул в единицу времени и. Следовательно, массовому расходу насоса. При обсуждении утечки в системе или обратного потока через насос пропускная способность относится к объемной скорости утечки. Умноженной на давление на вакуумной стороне утечки. Поэтому пропускная способность утечки может быть сравнена с пропускной способностью насоса.

Объемные и импульсные насосы имеют постоянный объемный расход (скорость откачки). Но по мере падения давления в камере этот объем содержит все меньше и меньше массы. Таким образом, хотя скорость откачки остается постоянной. Пропускная способность и массовый расход падают экспоненциально. Между тем, скорость утечки , испарения, сублимации и обратного потока продолжает обеспечивать постоянную пропускную способность системы.

Вакуумные насосы совмещены с камерами и рабочими процедурами в большое разнообразие вакуумных систем. Иногда используется более одного насоса (последовательно или параллельно) в одном приложении. Частичный вакуум, или грубый вакуум. Может быть создан с помощью объемного насоса. Который транспортирует газовую нагрузку от входного отверстия к выходному (выхлопному) отверстию. Из-за своих механических ограничений такие насосы могут достигать только низкого вакуума. Для достижения более высокого вакуума затем должны быть использованы другие методы. Как правило. Последовательно (обычно после первоначальной быстрой откачки с помощью объемного насоса). В качестве примера можно привести использование масляного герметичного роторно-лопастного насоса (наиболее распространенный объемный насос). Поддерживающего диффузионный насос. Или сухого спирального насоса. Поддерживающего турбомолекулярный насос. Существуют и другие комбинации в зависимости от уровня искомого вакуума.

Достижение высокого вакуума является трудной задачей, поскольку все материалы. Подвергающиеся воздействию вакуума. Должны быть тщательно оценены на предмет их свойств при газообразовании и давлении пара. Например, масла, смазкии резиновые или пластиковые прокладки, используемые в качестве уплотнений для вакуумной камеры. Не должны вскипать при воздействии вакуума. Иначе образующиеся в них газы помешают созданию необходимой степени вакуума. Часто все поверхности, подвергнутые воздействию вакуума. Должны быть обожжены при высокой температуре. Чтобы отогнать адсорбированные газы.

Выход газов также может быть уменьшен простым осушением перед вакуумной откачкой. Высоковакуумные системы обычно требуют металлических камер с металлическими уплотнительными прокладками. Такими как фланцы Клейна или фланцы ISO. А не резиновых прокладок. Более распространенных в уплотнениях низковакуумных камер. Система должна быть чистой и свободной от органических веществ. Чтобы свести к минимуму выбросы газов. Все материалы, твердые или жидкие, имеют небольшое давление пара. И их выход становится важным. Когда давление вакуума падает ниже этого давления пара. В результате образуются многие материалы. Которые хорошо работают в условиях низкого вакуума. Например эпоксидная смола, станет источником газообразования при более высоких вакуумах. С этими стандартными мерами предосторожности. Вакуумы 1 mPa легко достигаются с ассортиментом молекулярных насосов. При тщательном проектировании и эксплуатации возможно получение 1 МКПА.

Несколько типов насосов могут использоваться последовательно или параллельно. В типичной последовательности откачки объемный насос будет использоваться для удаления большей части газа из камеры, начиная с атмосферы (760 Торр, 101 кПа) до 25 Торр (3 кПа). Затем будет использован сорбционный насос для снижения давления до 10-4 Торр (10 МПа). Крионасос или турбомолекулярный насос будут использоваться для дальнейшего снижения давления до 10-8 Торр (1 МКПА). Дополнительный ионный насос может быть запущен ниже 10-6 Торр для удаления газов. Которые недостаточно обрабатываются крионасосом или турбонасосом. Таких как гелий или водород.

Сверхвысокий вакуум обычно требует специального оборудования. Строгих оперативных процедур и изрядного количества проб и ошибок. Сверхвысоковакуумные системы обычно изготавливаются из нержавеющей стали с металлическими вакуумными фланцами. Система обычно выпекается, предпочтительно под вакуумом. Чтобы временно поднять давление паров всех газообразных материалов в системе и выкипятить их. При необходимости эту дегазацию системы можно проводить и при комнатной температуре. Но это занимает гораздо больше времени. После того как основная масса газообразных материалов выкипит и откачается. Система может быть охлаждена до более низкого давления пара. Чтобы минимизировать остаточное газообразование во время фактической эксплуатации. Некоторые системы охлаждаются жидким азотом значительно ниже комнатной температуры, чтобы остановить остаточную дегазацию и одновременно крионасосать систему.

В системах сверхвысокого вакуума необходимо учитывать некоторые очень странные пути утечки и источники выброса газов. Поглощение воды алюминием и палладием становится неприемлемым источником газообразования. И даже необходимо учитывать поглощающую способность твердых металлов. Таких как нержавеющая сталь или титан. Некоторые масла и смазки будут выкипать в экстремальных условиях вакуума. Возможно, придется учитывать пористость металлических стенок вакуумной камеры. А направление зерен металлических фланцев должно быть параллельным торцу фланца.

Необходимо учитывать влияние размера молекул. Более мелкие молекулы легче проникают внутрь и легче поглощаются определенными материалами. А молекулярные насосы менее эффективны при перекачке газов с более низкой молекулярной массой. Система может быть способна эвакуировать азот (основной компонент воздуха) в желаемый вакуум. Но камера все еще может быть заполнена остаточным атмосферным водородом и гелием. Сосуды, облицованные высокопроницаемым газопроницаемым материалом. Таким как палладий (который является высокоемкой водородной губкой). Создают особые проблемы с газообразованием.

Вакуумные насосы используются во многих промышленных и научных процессов. В том числе составная пластичная отливая в форму процессы производства большинства видов электрических ламп, электронных лампи электронно-лучевую трубку , в которой устройство находится либо слева эвакуированы или вновь наполняется определенным газом или газовой смесью, полупроводниковой обработки. В частности, ионной имплантации, сухого травления и ПВД. АЛД методом плазмохимического осаждения и CVD осаждения и т. д. В фотолитографии, электронной микроскопии, медицинской процессами. Которые требуют всасывания, обогащение урана, медицинских приложений. Таких как радиотерапия, радиохирургия и радиофармацевтике, аналитические приборы для анализа газа, жидкости. Твердого тела. Поверхности и био материалов, масс-спектрометры для создания высокого вакуума между ионным источником и детектором. Вакуумного нанесения покрытий на стекло. Металл и пластик для украшения. Для долговечности и энергосбережения, таких. Как низкоэмиссионное стекло с твердым покрытием для элементов двигателя (как в Формуле один), очковые покрытия, доильные аппараты и другое оборудование в молочных сараях. Вакуумная пропитка пористых продуктов. Таких как древесина или обмотки электродвигателей. Кондиционирование воздуха (удаление всех загрязнений из системы перед загрузкой хладагентом). Уплотнитель мусора,вакуумная техника, канализационные системы (см. стандарты EN1091:1997), сублимационная сушкаи термоядерные исследования. В области регенерации и переочистки нефти вакуумные насосы создают низкий вакуум для обезвоживания нефти и высокий вакуум для очистки нефти.[14] Особенно в области технического обслуживания трансформаторов вакуумные насосы играют важную роль в установках очистки трансформаторного масла. Которые используются для продления срока службы трансформаторов в полевых условиях.[15]

Вакуум может использоваться для питания или оказания помощи механическим устройствам. В автомобилях с гибридными и дизельными двигателямидля создания вакуума используется насос. Установленный на двигателе (обычно на распределительномвалу). Вместо этого в бензиновых двигателяхвакуум обычно получается как побочный эффект работы двигателя и ограничения потока. Создаваемого дроссельной заслонкой. Но может также дополняться вакуумным насосом с электрическим приводом для усиления помощи при торможении или улучшения расхода топлива. Затем этот вакуум может быть использован для питания следующих компонентов автомобиля:[16]вакуумный сервоусилитель для гидравлические тормоза, двигатели. Которые перемещают заслонки в системе вентиляции, дроссель водителя в сервомеханизме круиз-контроля, дверные замки или выпуски багажника.

В самолетахисточник вакуума часто используется для питания гироскопов в различных летательных аппаратах. Чтобы предотвратить полную потерю приборов в случае электрического сбоя. Приборная панель преднамеренно спроектирована с некоторыми приборами. Работающими от электричества. И другими приборами. Работающими от источника вакуума.

Старые вакуумно-насосные масла, произведенные примерно до 1980 года . Часто содержат смесь нескольких различных опасных полихлорированных дифенилов (ПХД), которые являются высокотоксичными, канцерогенными, стойкими органическими загрязнителями.[17][18]

  1. ^
  2. ^ .
  3. ^ a b Donald Routledge Hill (1996), A History of Engineering in Classic and Medieval Times, Routledge, PP. 143 & 150-2
  4. ^ Donald Routledge Hill, Scientific American, May 1991, PP. Дональд Раутледж Хилл, Машиностроение)
  5. ^ Ахмад-И-Хасан. . Архивирован с оригинала 26 февраля 2008года . Проверено 2008-07-16.
  6. ^ a b Gillispie, Charles Coulston (1960). Край объективности: Очерк истории научных идей. Принстон, Нью-Джерси: издательство Принстонского университета. С. 99-100. ISBN 0-691-02350-6.
  7. ^ . Архивирован с оригинала 2008-02-16. Проверено 2008-04-30.
  8. ^ (Calvert 2000, максимальная высота. На которую вода может быть поднята всасывающим насосом ошибка harv: нет цель: CITEREFCalvert2000 (справка)
  9. ^ Van Atta, C. M.; M. Hablanian (1991). In Rita G. Lerner; George L. Trigg (eds.). Энциклопедия физики (второе изд.). VCH Publishers Inc. С. 1330-1333. ISBN 978-3-527-26954-9.
  10. ^ .
  11. ^ (PDF). 15 сентября 2013 года. Архивирован с оригинала (PDF) 15 сентября 2013 года.
  12. ^ Вакуум Пфайффера. . Вакуум Пфайффера. Архивирован с оригинала 2013-04-01.CS1 maint: BOT: original-url status unknown (ссылка)
  13. ^ Ширинов, А.; Обербек, С. (2011). Вакуум. 85 (12): 1174–1177. Бибкод:2011вакуу..85.1174 С. doi:10.1016 / j.вакуум.2010.12.018.
  14. ^ Speight. James; Exall. Douglas (2014). Рафинирование Отработанных Смазочных Масел. Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 9781466551503.
  15. ^ . Hering-VPT GmbH. Извлечено 6 Июля 2017Года .
  16. ^ . Хелла. Извлечено 14 Июня 2013Года .
  17. ^ Мартин Г. Броудхерст (Октябрь 1972 Г.). . Перспективы Охраны ОкружающейСреды. 2: 81–102. doi:10.2307/3428101. JSTOR 3428101. ПМК 1474898. PMID 4628855.
  18. ^ C J McDonald & R E Tourangeau (1986). ПХД: руководство по вопросам и ответам. Касающимся полихлорированных дифенилов. Правительство Канады: Департамент окружающей среды Канады. ISBN 978-0-662-14595-0. Проверено 2007-11-07.

Внешние ссылки