Наука высоких скоростей и глубокого вакуума

Турбомолекулярный вакуумный насос: принципы, конструкция и значение для современной науки

Современная наука и высокие технологии невозможны без глубокого вакуума. Создание глубокого вакуума является ключевым условием проведения многих физических экспериментов и технологических процессов. Исследование структуры материалов, производство микросхем, анализ состава веществ — всё это требует среды, практически свободной от молекул газа. Одним из ключевых устройств, обеспечивающих такие условия, является турбомолекулярный вакуумный насос (ТМН). При давлениях ниже 10⁻³ мбар газ переходит в молекулярный режим течения, при котором длина свободного пробега молекул превышает размеры камеры. В этих условиях традиционные объёмные насосы теряют эффективность, и на первый план выходят молекулярные методы откачки, одним из которых является турбомолекулярный принцип. Турбомолекулярный вакуумный насос (ТМН) представляет собой высокотехнологичное устройство, предназначенное для создания высокого и сверхвысокого вакуума. Принцип его работы основан на передаче импульса молекулам газа быстро вращающимися лопатками ротора. Благодаря сочетанию высокой скорости вращения и многоступенчатой конструкции ТМН обеспечивает получение давления до 10⁻⁷–10⁻¹⁰ мбар, что делает его незаменимым в научных исследованиях и высокотехнологичном производстве.

• Виды турбомолекулярных насосов
  по типу подвеса ротора

  
  

  С классическим подвесом — ротор вращается в двух механических подшипниках качения (верхнем и нижнем)
  С гибридным подвесом — нижний подшипник — механический, верхний — магнитный (ротор не имеет механической связи со статором)
  С магнитным подвесом — вращающийся элемент находится между двух магнитных подшипников, механические подвесы присутствуют, но вступают в работу только в аварийном режиме

• Виды турбомолекулярных насосов
  по конструктивному исполнению

  
  

  Насос Геде. Цилиндрические с кольцевыми каналами на роторе
  Насос Хольвека. Цилиндрические со спиральными каналами вдоль поверхности ротора
  Насос Зигбана. Дисковые со спиральным каналом от внешнего диаметра к центру диска

• Принцип работы: управление молекулами

  Турбомолекулярный насос работает в области так называемого молекулярного режима течения газа, когда молекулы практически не сталкиваются друг с другом, а взаимодействуют главным образом со стенками камеры. Основной элемент насоса — это многоступенчатая система:

  
  
  Роторные пластины. Ротор с наклонными лопатками
  Статорные пластины. Статор с неподвижными направляющими лопатками
  Высокоскоростной электродвигатель (до 20 000–90 000 об/мин)
  Системы подшипников (керамических или магнитных)

  При вращении ротора молекулы газа сталкиваются с наклонными лопатками и получают импульс в направлении откачки. Благодаря чередованию ротора и статора создаётся последовательное «проталкивание» молекул к выходу насоса, далее молекулы удаляются форвакуумным насосом. Важно отметить: турбомолекулярный насос не может работать при атмосферном давлении - требуется предварительная откачка. Перед запуском систему предварительно откачивают форвакуумным насосом до давления порядка 10⁻²–10⁻³ мбар.

• Основные характеристики

  Предельное давление: до 10⁻⁷–10⁻¹⁰ мбар
  Скорость откачки: от десятков до тысяч литров в секунду
  Скорость вращения ротора: до 90 000 об/мин
  Чистота процесса: отсутствие масла в рабочей камере

  Такие параметры позволяют получать сверхвысокий вакуум, необходимый для фундаментальных и прикладных исследований. Высокая частота вращения достигается благодаря применению современных электродвигателей и малотренияных подшипников

• Преимущества технологии

  Сверхвысокий вакуум без загрязнения маслом
  Высокая скорость откачки, сокращающая время выхода на рабочий режим (вакуум)
  Минимальные вибрации (особенно у моделей с магнитной подвеской - обеспечивают минимальные вибрации - это важно для точных измерений.
  Компактность по сравнению с диффузионными насосами
  Возможность работы с различными газами, включая лёгкие (H₂, He)
  Главное достоинство ТМН — сочетание чистоты, глубины вакуума и высокой эффективности

• Области применения

  Турбомолекулярные насосы позволяют создавать условия, близкие к космическому вакууму, внутри лаборатории или производственной установки. Создание чистой вакуумной среды позволяет проводить эксперименты с высокой точностью и стабильностью параметров. Насосы ТМН используются везде, где требуется чистая вакуумная среда, широко используются:

  В электронной микроскопии
  В масс-спектрометрии
  В производстве полупроводников
  При вакуумном напылении покрытий
  В ускорительной технике
  В исследованиях поверхности и нанотехнологиях
  Физические и исследовательские лаборатории
  вакуумные печи
  Производства микросхем
  В фармацевтике
  В медицине (например, в аппаратах МРТ / КТ)

• 
  
  
  
  
  

  
  
  

  АО «Вакууммаш» осваивает новые технологии и представляет вам разработку: турбомолекулярный насос НВТ-3200 с магнитным подвесом ротора. Серийный выпуск планируется на 2-е полугодие 2026 года.

  Турбомолекулярный вакуумный насос — это пример того, как высокоскоростная механика и физика молекулярных потоков объединяются в сложной инженерной системе, именно такие технологии лежат в основе современных достижений в области микроэлектроники, материаловедения и фундаментальной науки. Управляя движением отдельных молекул, посредством высокоскоростной механической системы, человечество получило инструмент для создания условий, приближенных к космическому вакууму, получило возможность создавать среды с экстремально низким давлением, открыв путь к развитию микроэлектроники, материаловедения и фундаментальной науки. Турбомолекулярный насос является примером эффективного применения законов молекулярной физики в инженерной практике. Большую опасность для работы насоса представляет попадание в него твёрдых частиц. При наличии такой опасности во входном патрубке насоса должна быть установлена металлическая сетка с размерами ячейки 1х1мм

• Технические характеристики турбомолекулярного насоса НВТ-3200

  Наименование параметра	Значение
  Впускной фланец	ISO320B
  Выпускной фланец	KF40
  Способ охлаждения	Водяное охлаждение
  Масса	94 кг
  Предельное давление	10-7 Па
  Допустимое максимальное входное давление (непрерывный выпуск азота)	7 Па
  Допустимое максимальное выходное давление (непрерывный выпуск азота)	270 Па
  Скорость откачки: - Азот - Аргон - Водород	3200 л/сек. 3100.л/сек. 2200.л/сек.
  Степень сжатия: - Азот - Гелий - Водород	1 x 109 или более 1 x 105 6 x 103
  Номинальная частота вращения	27,600 об./мин.
  Время запуска	16 минут или менее
  Установочное положение	Любое желаемое направление
  Рекомендуемый расход газа прокачки	30 мл/мин
  Рекомендуемая скорость прокачки форвакуумного насоса в случае продувки газом	1500 л/мин или более
  Напряжение	Однофазное 200 - 240 В перем. тока ± 10 % (50 / 60 Гц ± 2 Гц)
  Максимальная мощность	1,2 кВА
  Вода
  Расход: - Давление - Температура	3 - 4 л/мин 0,2 –0,5 MПа 19 - 30 градусов Цельсия (выше точки росы)
  Качество воды	Не коррозионная промышленная вода (не очищенная вода) Размер твёрдых частиц (макс.): 0,025 мм2 PH (при 25°C): 6,5-8,2 Электропроводность (при 25°C): 100-800 мС/см (Электрическое сопротивление: 1250-10000 Ом/см)
  Допустимое внешнее магнитное поле: - Радиальное направление - Осевое направление	3 мТ 15 мТ
  Окружающая среда
  Окружающие температуры	Работа: 10 - 40 градусов Цельсия / Хранение: 25 - 70 градусов Цельсия (без конденсации росы)
  Относительная влажность	40 - 80%
  Примечание: Параметры предварительные и в процессе отработки могут быть скорректированы

• Купить турбомолекулярный насос НВТ-3200

  
  
  
  ➜ СПЕЦИАЛИСТЫ АО «ВАКУУММАШ» подберут оборудование по цене производителя
  ➜ КАТАЛОГ ВАКУУМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ на официальном сайте VACMA.RU
  

  
  +7 (800) 100-59-62 kazan@vacma.ru
  Завод АО Вакууммаш (Вакма):
  420054, РФ, г. Казань, ул. Тульская, 58