Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Сопротивление насос молекулярный представляет собой тип вакуумного насоса , который использует сопротивление воздушных молекул против вращающейся поверхности. [1] Наиболее распространенным подтипом является насос Holweck , который содержит вращающийся цилиндр со спиральными канавками, которые направляют газ со стороны высокого вакуума насоса на сторону низкого вакуума насоса. [2] Более старая конструкция насоса Gaede похожа, но встречается гораздо реже из-за недостатка скорости откачки. [3] В общем, насосы с молекулярным сопротивлением более эффективны для тяжелых газов, поэтому более легкие газы ( водород , дейтерий , гелий) будет составлять большую часть остаточных газов, оставшихся после запуска молекулярного насоса. [4]

Турбомолекулярные насос изобретены в 1950 - х годах, является более продвинутой версией , основанной на аналогичной операции, и насос Holweck часто используются в качестве основы насоса для него. Насос Holweck может создавать разрежение до 1 × 10 -8  мм рт.ст. (1,3 × 10 -6  Па).

История [ править ]

Gaede [ править ]

Самый ранний молекулярный насос с сопротивлением был создан Вольфгангом Геде , у которого возникла идея насоса в 1905 году, и он провел несколько лет, переписываясь с Лейбольдом, пытаясь построить практичное устройство. [5] Первый прототип устройства, который оправдал ожидания, был завершен в 1910 году, достигнув давления менее мбар . [6] К 1912 году было создано двенадцать насосов, и концепция была представлена ​​на собрании Физического общества в Мюнстере 16 сентября того же года и в целом была хорошо принята. [5]

Геде опубликовал несколько статей о принципах этого молекулярного насоса [7] [8] и запатентовал конструкцию. [9] Принцип работы заключается в том, что газ в камере выходит на одну сторону быстро вращающегося цилиндра. Столкновения между газом и вращающимся цилиндром дают молекулам газа импульс в том же направлении, что и поверхность цилиндра, которая предназначена для поворота от вакуумной камеры к передней линии. Отдельный подкачивающий насос используется для понижения давления на передней линии (выход молекулярного насоса). Если насос работает при давлении, достаточно низком, чтобы газ находился в свободномолекулярном потоке , с заданной скоростью, насос будет поддерживать постоянное соотношение давлений вакуума,к давлению на выходе, известному как «степень сжатия» : [10]

Этот «молекулярный насос Геде» использовался в одном из первых экспериментов по тестированию вакуумметров . [11]

Холвек [ править ]

Усовершенствованная конструкция Холвека была изобретена в начале 1920-х годов Фернандом Холвеком [12] [13] как часть его аппарата для его работы по изучению мягкого рентгеновского излучения . Он был изготовлен французским производителем научных приборов Шарлем Бодуэном. [14] Он подал заявку на патент на устройство в 1925 году. [15] Основным отличием от насоса Gaede было добавление спирали, нарезанной либо на прядильный цилиндр, либо на неподвижный корпус. Насосы Holweck часто моделируются теоретически. [2] [16] [17]

Зигбан [ править ]

Другой дизайн был разработан Манн Зигбан . [18] Он произвел насос, который использовался в 1926 году. [19] Около 50 насосов Зигбана были изготовлены с 1926 по 1940 год. [5] В 1943 году Зайгбан опубликовал статью об этих насосах, основанных на вращающемся диске. . [20]

Использование в турбомолекулярных насосах [ править ]

Основная статья: Турбомолекулярный насос

Хотя молекулярные насосы Gaede, Holweck и Siegbahn являются функциональными конструкциями, они остаются относительно редкими в качестве автономных насосов. Одной из проблем была скорость откачки: такие альтернативы, как диффузионный насос , намного быстрее. Во-вторых, главной проблемой этих насосов является надежность: при зазоре между движущимися частями в десятки микрометров любая пыль или изменение температуры угрожают привести детали в контакт и вызвать отказ насоса. [21]

Турбомолекулярный насос , преодолел многие из этих недостатков. Многие современные турбомолекулярные насосы содержат встроенные ступени молекулярного сопротивления, что позволяет им работать при более высоких форвакуумных давлениях.

В качестве ступени в турбомолекулярных насосах наиболее широко используется конструкция типа Holweck из-за значительно более высокой скорости откачки, чем конструкция Gaede. Хотя конструкция Gaede и работает медленнее, она имеет то преимущество, что выдерживает более высокое давление на входе при той же степени сжатия и более компактна, чем тип Holweck. [3] В то время как конструкции Gaede и Holweck используются значительно более широко, конструкции типа Siegbahn продолжают исследоваться из-за их значительно более компактной конструкции по сравнению со ступенями Holweck. [22]

См. Также [ править ]

  • Турбомолекулярный насос
  • Диффузионный насос
  • Насос Sprengel

Ссылки [ править ]

  1. ^ Duval, P .; Raynaud, A .; Saulgeot, C. (1988). «Молекулярный насос сопротивления: принцип, характеристики и применение». Журнал вакуумной науки и технологий A: Вакуум, поверхности и пленки . Американское вакуумное общество. 6 (3): 1187–1191. Bibcode : 1988JVSTA ... 6.1187D . DOI : 10.1116 / 1.575674 . ISSN  0734-2101 .
  2. ^ а б Нарис, Стериос; Кутанду, Эйрини; Валужоргис, Димитрис (2012). «Дизайн и оптимизация насоса Holweck с помощью линейной кинетической теории» . Журнал физики: Серия конференций . 362 (1): 012024. Bibcode : 2012JPhCS.362a2024N . DOI : 10.1088 / 1742-6596 / 362/1/012024 . ISSN 1742-6596 . 
  3. ^ а б Конрад, А; Ганшов, О. (1993). «Сравнение ступеней накачки Холвека и Геде». Вакуум . Elsevier BV. 44 (5–7): 681–684. Bibcode : 1993Vacuu..44..681C . DOI : 10.1016 / 0042-207x (93) 90123-р . ISSN 0042-207X . 
  4. ^ А. Бхатти, J; К. Айджази, М; К. Хан, А (2001). «Расчетные характеристики молекулярных тормозных насосов». Вакуум . Elsevier BV. 60 (1-2): 213-219. Bibcode : 2001Vacuu..60..213A . DOI : 10.1016 / s0042-207x (00) 00374-2 . ISSN 0042-207X . 
  5. ^ a b c Рыжий, Пенсильвания (1994). Вакуумная наука и техника: пионеры 20-го века: история вакуумной науки и техники, том 2 . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: AIP Press для Американского общества вакуума. п. 114–125. ISBN 978-1-56396-248-6. OCLC  28587335 .
  6. ^ Хеннинг, Хинрих (2009). "Renaissance einer Hundertjährigen. Die Molekularpumpe von Wolfgang Gaede" [Возрождение века: молекулярный насос Вольфганга Геде]. Vakuum in Forschung und Praxis (на немецком языке). Вайли. 21 (4): 19–22. DOI : 10.1002 / vipr.200900392 . ISSN 0947-076X . 
  7. ^ Геде, W. (1912). "Die äußere Reibung der Gase und ein neues Prinzip für Luftpumpen: Die Molekularluft-pumpe" [Внешнее трение газов и новый принцип для воздушных насосов: молекулярный воздушный насос]. Physikalische Zeitschrift (на немецком языке). 13 : 864–870.
  8. ^ Геде, W. (1913). "Die Molekularluftpumpe" [Молекулярный воздушный насос]. Annalen der Physik (на немецком языке). Вайли. 346 (7): 337–380. Bibcode : 1913AnP ... 346..337G . DOI : 10.1002 / andp.19133460707 . ISSN 0003-3804 . 
  9. ^ Патент США 1069408 , Вольфганг Геде, «Способ и устройство для получения высокого вакуума», опубликованном 5 августа 1913 
  10. ^ Дэшмана, Савл (июль 1920). "Производство и измерение высокого вакуума: Часть II Методы производства низкого давления" . Обзор General Electric . 23 (7): 612–614.
  11. ^ Дэшмана, Саул (1 февраля 1915). «Теория и использование молекулярного калибра» . Физический обзор . Американское физическое общество (APS). 5 (3): 212–229. Полномочный код : 1915PhRv .... 5..212D . DOI : 10.1103 / Physrev.5.212 . ISSN 0031-899X . 
  12. ^ Holweck, М. (1923). "Physique Moléculaire - pompe moléculaire hélicoïdale" [Молекулярная физика - спиральный молекулярный насос]. Comptes rendus de l'Académie des Sciences (на французском языке). 177 : 43–46.
  13. ^ Elwell, CF (1927). «Клапан разъемного типа Holweck». Учреждение инженеров-электриков - Труды беспроводной секции Учреждения . Институт инженерии и технологий (ИЭПП). 2 (6): 155–156. DOI : 10,1049 / pws.1927.0011 . ISSN 2054-0655 . 
  14. ^ D. Beaudouin, Бюллетень Научного общества приборостроения, № 90 (2006).
  15. ^ Патент FR 609813 , Fernand-Hippolyte-Lo Holweck, "Pompe moléculaire" 
  16. Перейти ↑ Skovorodko, Petr A. (2001). Свободномолекулярный поток в насосе Holweck . Материалы конференций AIP. Нерешенные проблемы шума и флуктуаций . 585 . AIP. п. 900. DOI : 10,1063 / 1,1407654 . ISSN 0094-243X . 
  17. ^ Нарис, S .; Tantos, C .; Валужоргис, Д. (2014). «Кинетическое моделирование конического насоса Holweck» (PDF) . Вакуум . Elsevier BV. 109 : 341–348. Bibcode : 2014Vacuu.109..341N . DOI : 10.1016 / j.vacuum.2014.04.006 . ISSN 0042-207X .  
  18. ^ GB 332879A , «Усовершенствования в роторных вакуумных насосах или относящиеся к ним», опубликовано 31 июля 1930 г., назначено Карлу Манну Георгу Зигбану. 
  19. ^ Kellström Гуннар (1927). "Präzisionsmessungen in derK-Serie der Elemente Palladium und Silber" [Прецизионные измерения палладия и серебра серии K]. Zeitschrift für Physik A (на немецком языке). ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 41 (6–7): 516–523. Bibcode : 1927ZPhy ... 41..516K . DOI : 10.1007 / bf01400210 . ISSN 0939-7922 . S2CID 124854698 .  
  20. ^ Зигбан, М. (1943). «Новая конструкция высоковакуумного насоса». Arkiv för Matematik, Astronomi och Fysik . 30В (2): 261.через Power, BD (1966). Насосное оборудование высокого вакуума . Чепмен и Холл. п. 190 .
  21. ^ Хеннинг, Хинрих (1998). «Турбомолекулярные насосы». Справочник по вакуумной науке и технике . Эльзевир. С. 183–213. DOI : 10.1016 / b978-012352065-4 / 50056-0 . ISBN 978-0-12-352065-4.
  22. ^ Giors, S .; Campagna, L .; Эмелли, Э. (2010). «Новая конструкция ступени спирального молекулярного сопротивления для компактных турбомолекулярных насосов с высокой степенью сжатия». Журнал вакуумной науки и технологий A: Вакуум, поверхности и пленки . Американское вакуумное общество. 28 (4): 931–936. DOI : 10.1116 / 1.3386591 . ISSN 0734-2101 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Помпа в виде модели Holweck № 2 мая 1922 г.