Диафрагменные(мембранные) фовакуумные насосы, использование диафрагменных насосов

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

Растворитель Давление пара при 45 °С, мбар Впускное давление, мбар
Диэтиловый эфир Более 1000 380
Метилен хлорид 1000 380
Ацетон 600 153
Хлороформ 570 144
п-Гексан 435 103
Метиловый спирт 415 96
Тетрахлорид углерода 300 59
Циклогексан 283 54
Этил ацетат 268 50
Бензол 265 49
Ацетонитрил 230 39
Изопропанол 163 23
Диоксан 138 17
Толуол 100 10
п-Пропанол 81 7
Уксусная кислота 60 4
Изо-бутанол 51 3
п-бутанол 33 1,9
Уксусный ангидрид 21 0,7
Диметил формамид 18 Конденсация
Гликоль <1 Конденсация
Вода 95 9

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.