Диафрагменные фовакуумные насосы

В диафрагменных насосах не используется масло, их изготавливают из химически стойких материалов. Факторами, ограничивающими их применение, являются недостаточная быстрота действия и создание предельного остаточного давления ниже 0,1 мм рт. ст. Путем последовательного присоединения диафрагменных насосов к бустерным насосам можно комбинировать достоинства обоих видов насосного оборудования для получения вакуумных систем с повышенной химической стойкостью, низким предельным остаточным давлением, большой быстротой откачки и низким содержанием углеводородов. Обычные сухие вакуумные насосы, создающие высокий и низкий вакуум, во многих случаях нуждаются в дополнительных дорогостоящих компонентах для преодоления конкретных проблем: сжатия газов до атмосферного давления и достижения предельного остаточного давления ниже 0,1 мм рт. ст. при использовании одного типа насосов.

Диафрагменные насосы обеспечивают удовлетворительные эксплуатационные характеристики в диапазоне низкого вакуума как в коррозионной, так и в чистой среде. В зависимости от фактических требований диафрагменные насосы могут сочетаться с двухроторными насосами для создания высокого вакуума, турбомолекулярными насосами или криогенными насосами для достижения высокого или сверхвысокого вакуума.

Рис. 7. Эксплуатационные характеристики комбинаций насосов с последовательным соединением: 1 - роторного и диафрагменного насосов (100 л/мин); 2 - насоса Рутса (170 л/мин) и диафрагменного насоса (33 л/мин); 3 - насоса Рутса (500 л/мин) и диафрагменного насоса (100 л/мин) с предельным остаточным давлением 0,5 мм рт. ст.

Эксплуатация роторных насосов с масляным уплотнением ограничена при перекачке конденсирующихся или коррозийных паров. Эти свойственные данным насосам ограничения можно преодолеть благодаря сочетанию роторного и диафрагменного насоса. Диафрагменная насосная установка производит откачку от атмосферного давления, в то время как роторный насос с масляным уплотнением производит откачку только от впускного давления диафрагменного насоса, как правило, 12 мм рт. ст. Быстрота действия и предельное остаточное давление данной комбинации определяются эксплуатационными характеристиками роторного насоса (рис. 7). Требования к вакууму для диафрагменного насоса вытекают из сложных соображений, базирующихся на точке росы и учитывающих значения давления пара типичных откачиваемых растворителей.

Почти во всех случаях для типичных химических веществ (см. табл. 1) можно указать максимальное давление на впуске, при котором внутри насоса с масляным уплотнением конденсация не происходит. Кроме того, постоянная очистка масляных паров путем дистилляции значительно сокращает интервалы смены масла и, следовательно, расходы на техническое обслуживание. Уменьшение парциального давления кислорода в масляном резервуаре снижает коррозию.

Таблица 1. Давление паров типичных растворителей при самых низких температурах (45 °С) и наиболее высоком впускном давлении, при котором не происходит конденсация, при откачке гибридным насосом (роторный/диафраг- менный) с масляным уплотнением

Аналогичные аргументы справедливы также для комбинации насосов Рутса и диафрагменных насосов, в которых выпуск насоса Рутса соединен с впуском диафрагменного насоса. Преимущество отсутствия масла в рабочем объеме позволяет применять эти типы насосных установок не только в химических лабораториях, но и там, где требуется чистота вакуума. Никакого охлаждения газа или дополнительных ресурсов для насоса Рутса не требуется, а все преимущества диафрагменного насоса, такие как высокая быстрота действия и свободный от масла вакуум, остаются. Четырехступенчатые диафрагменные насосы с предельным остаточным давлением каждой ступени 0,5 мм рт. ст. позволяют достичь общего остаточного давления примерно 5 * 10^-2 мм рт. ст. при результирующих характеристиках, показанных на рис. 7. Насосная установка может использоваться в качестве сравнительно недорогой форвакуумной установки для обычных турбомолекулярных насосов. Отмечалось значительное уменьшение содержания углеводородов в остаточном газе обычного турбомолекулярного насоса в случае комбинированной установки с насосами Рутса - диафрагменными насосами по сравнению с комбинацией турбомолекулярного насоса с роторным пластинчатым насосом с масляным уплотнением. Турбомолекулярный насос был оснащен постоянным магнитным верхним подшипником и нижним масляным уплотнителем на подушке. Спектрограммы (рис. 8) остаточных газов были получены с помощью квадрупольного масс-анализатора.

Аналогичных результатов можно достичь с помощью гибридных или комплексных турбомолекулярных насосов широкого диапазона с магнитными подшипниками. Эти комбинации позволяют получить полностью свободные от масла виды вакуума.

Рис. 8. Анализ остаточных газов при использовании насосной установки, состоящей из турбомолекулярного насоса с диафрагменным насосом/насосом Рутса и роторного насоса в качестве форвакуумного насоса. В обоих случаях содержание углеводородов не учитывалось

Были проведены успешные испытания работы диафрагменного насоса в качестве форвакуумного насоса для крионасоса. Диафрагменный насос может использоваться для создания предварительного разрежения перед запуском крионасосов, а также для быстрой регенерации.