Форвакуумные и высоковакуумные насосы

Техника создания высокого вакуума рассматривает условия очень широкого диапазона давлений или плотности газов. Обычно процесс откачки начинается при атмосферном давлении и затем продолжается до создания высокого или сверхвысокого вакуума. В многоступенчатой системе откачки при атмосферном давлении и в условиях высокого вакуума будут применяться разные насосы. Даже если в принципе данный метод откачки мог бы использоваться на протяжении всего диапазона давления, такая попытка была бы нецелесообразной с точки зрения размера, веса или стоимости оборудования (рис. 4).

Рис. 4. Качественная диаграмма диапазонов давления, в которых использование различных насосов является наиболее экономичным

Наиболее распространенная схема откачки для получения высокого вакуума состоит из механического насоса объемного действия для создания первоначального разрежения, за которым следует высоковакуумный насос. Часто используются параллельные и последовательные схемы. Для первоначального разрежения используются одни механические насосы, а для получения высокого вакуума два типа насосов соединяются последовательно. В такой системе газ поступает в оборудование откачки при высоком вакууме и выпускается при атмосферном давлении последним насосом. В некоторых случаях система после откачки запаивается, тем самым прекращается процесс откачки; в других откачка непрерывно применяется для компенсации газовыделения в вакуумной камере.

В газопоглощающающих насосах (сорбционных и в особенности в геттерно-ионных насосах) откачанный газ в атмосферу не выпускается. Очевидное преимущество этой схемы - изоляция от среды высокого давления, а недостаток - ограничение поглощаемого газа или необходимость периодической регенерации или замены в случае геттерно-ионных насосов.

Рис. 5. Качественная зависимость давление- поток (производительность) для большинства компрессоров или насосов.

Эффективность работы насосов и компрессоров связана с факторами потока и давления. При соответствующих допущениях по размеру, мощности, характеристикам откачиваемой жидкости/газа, эффективность работы таких устройств соответствует зависимости поток-давление, представленной на рис. 5.
Для работы в условиях высокого вакуума необходима как большая быстрота откачки системы, так и высокий перепад давлений от впуска к выпуску. Быстрота действия насоса связана с его размером. Таким образом, для данного размера перепад давлений необходимо увеличить как можно больше. Механические вакуумные насосы, пароструйные насосы и турбомолекулярные насосы создают перепады давлений свыше 1 миллиона к 1. Это можно сравнить с воздушными компрессорами промышленного завода, автомобильными двигателями или компрессорами самолета, не превышающими степень сжатия 10 к 1. Очевидно, что для создания высоковакуумных насосов требуются специальные конструкции, а для создания высокого вакуума - знания технических и эксплуатационных характеристик подобных устройств.