Интерес к турбомолекулярным насосам (TMH) объяснятся целым рядом их достоинств: возможность сверхвысоковакуумной откачки всех гаэов независимо от химической природы и атомной массы: практически свободный от углеводородов спектр остаточных газов; очень высокий коэффициент компрессии, обеспечивающий в принципе достижение сколь угодно низкого давления, в особенности по тяжелым газам, и работу непосредственно на атмосферу (в случае комбинированного насоса с молекулярной частью на выходе); малое энергопотребление; устойчивость к аварийному попаданию атмосферы; малая продолжительность запуска; отсутствие "памяти" по газам; способность длительно продолжать работу в случае отключения питания.

Характерным является то, что высоковакуумные пароструйные наседай, традиционно называемые также диффузионными, и ТМН, несмотря на , принципиальные отличия в конструктивном отношении, имеют почти одинаковые вакуумные характеристики и находят равное применение в вакуумных системах ядерно-физических установок, в Технике получения тонких пленок, в различных установках электронно-оптических приборов, в установках электронной и электротехнической промышленности и т. п.

В то же время между этими типами насосов имеются весьма существенные различия как в вакуумных параметрах С различные скорости откачки различных газов, наибольшее выпускное давление), так и в эксплуатационных характеристиках (стоимость, потребление электроэнергии, простота обслуживания и т.п.). В этой связи встает вопрос о выборе между турбомолекулярными и диффузионными насосами при создании конкретных вакуумных установок.

Рассмотрим, в первую очередь, проблему создания с данными видами насосов так называемых систем "чистого вакуума" (в зарубежной литературе называемых обычно "Dry vacuum system" или "Clean vacuum System'), которая связана с явлением проникновения в откачиваемый объем рабочих жидкостей диффузионных насосов,смазок подшипников ТМН, а также рабочих жидкостей форвакуумных механических насосов с масляным уплотнением, работающих обычно в качестве форвакуумных с диффузионными и турбомолекулярными насосами. 

Проникающие в в рабочую камеру високовакуумных установок углеводороды влияет на результаты научных экспериментов и на чистоту технологических процессов в вакууме, и связанный с этим вопрос о выборе высоковакуумного насоса следует рассматривать по результатам измерения потока углеводородов в сторону откачиваемого объема у систем с турбомолекулярными и диффузионными насосами.

В данном случае для сравнения с TMH проанализируем величину обратного потока углеводородов у диффузионного насоса последнего поколения, типичными представителями которых являются насосы типа "Crystal" фирмы "Alcatel" С Франций) и типа "Dlffstak" фирмы "Edwards" (Англия), а также отечественные насосы типа НСВДМ.

Особенностью конструкции указанных насосов являются расширенные в области сопла первой ступени корпус и маслоотражатель, образующие "оптически-непрозрачную" систему входного канала.

Для сравнения можно отметить, что, если у диффузионных насосов с цилиндрическим корпусом величина обратного потока составляет порядка 5*10^-2 мг/(см2* ч), то у диффузионных насосов, названных выше, величина обратного потока, оцениваемая весовым методом, - менее 5.10^-5 мг/(см². ч).

Сравнительные исследования состава обратного потока насоса типа "Crystal-160" (с рабочей жидкостью "Sanlovac-5") и TMH на шариковых подшипниках проводились по специальной методике, основанной на применении квадрупольного масс-спектрометра. Содержание углеводородов, и остаточных газов определялось путем выдержки анализатора масс-спектрометра в атмосфере откачиваемой камеры заданное время, в течение которого на поверхности анализатора происходит конденсация и сорбция углеводородов и остаточных газов. Затем включался прогрев анализатора и продукты десорбции фиксировались в масс-спектрах.

Для обоих сравниваемых типов насосов качественный состав остаточной среды приблизительно одинаков. В спектрах систем с турбомолекулярным н диффузионным насосами содержатся следующие компоненты откачиваемой среды водород (m/e=1 и 2), вода (m/e=17 - 18), азот(m/е=14 и 28), кислород (m/е=16 и 32), углекислый газ (m/e=44) a также углеводороды загрязнения, попавшие в откачиваемую среду иэ насосов (m/е=27-39,41,42,43 и другие пики углеводородов с m/е>44) Высота пиков, относимых к углеводородам, возрастает с увеличением выдержки анализатора в откачиваемой камере (т.е. углеводороды поступают в откачиваемую камеру обратным потоком, идущим из насоса).

Источником углеводородов в такой системе с TMH могут быть как обратный ноток из механического насоса, так и обратный поток из системы масляной смазки подшипников самого ТМН.

Парциальные давления компонентов рабочей жидкости, регистрируемые масс-спектрометрически, но превышают 4.10^-9 Па и не увеличиваются в процессе непрерывной работы насосов в течение 100 часов

Использование на форвакуумной линии между насосом "Crystal-150" и форвакуумным насосом надежной защитной системы, состоящей из одной азотной и двух сорбционных ловушек, уменьшает содержание углеводородов в откачиваемой камере на 60.., 70%. Этот результат для систем с диффузионными насосами говорит о большом вкладе обратный поток углеводородов, поступающих с обратным потоком из механического форвакуумного насоса.

То же самое наблюдается и для систем с ТМН, которые хотя и имеют высокую компрессию по углеводородам, но особенно в процессе пуска и останова ТМН, когда компрессия мала или отсутствует, пропускают углеводороды форвакуумного насоса через проточную часть TMH в откачиваемый объем. Загрязнения, источником которых является форвакуумный насос, не позволяют создать системы "чистого вакуума" даже с ТМН, которые сами по себе свободны от углеводородов  на газовых или магнитных подшипниках). В этой связи можно предположить, что TMK о магнитными подшипниками (магнитной подвеской) не пользуются успехом не только из-за дороговизны и сложности эксплуатации, но и из-за отсутствия безмасляных форвакуумных насосов.

При этом дополнительно, помимо указанных источников,надо учитывать влияние эластомерных уплотнителей,которые также выявляют углеводородные продукты и приводят к загрязнению ими откачиваемой среды. Для предотвращения влияния этого источника на чистоту вакуумной среды (как в случае применения турбомолекулярных, так и диффузионных насосов) необходимо использование металлических уплотнений.

При рассмотрении технических и эксплуатационных характеристик турбомолекулярных и диффузионных насосов следует специально подчеркнуть, что вопрос выбора того или иного откачного средства должен решаться только применительно к конкретной экспериментальной или технологической системе, в то же время, ни в настоящем, ни в будущем, что весьма очевидно, не будет стоять вопрос о полной замене насосов на другой. Последнее связано с тем. что как в плане специфики вакуумных характеристик, так и в плане особенностей эксплуатации, турбомолекулярные и диффузионные насосы имеют свои преимущества и недостатки.

Обобщенные значения вакуумных я эксплуатационных характеристистик насосов представлены в табл.2.1, на основе каталогов последних лет ведущих производителей обсуждаемых типов высоковакуумных насосов и научных публикаций

Для полезной информации и проведения сравнительного анализа конкретных данных реальных насосов в табл. 2.2 даны характеристики ряда современных турбомолекулярных и диффузионных насосов.

По результатам, представленным в табл.2.1 и 2.2, можно сделать следующие основные выводы: диффузионные насосы имеют существенно большую быстроту действия, что дает им преимущество при использовании в системах с большим натеканием и газовыделением (больших газовых нагрузках), они способны быстро восстанавливать требуемый вакуум в рабочей камере при быстро меняющихся газовых нагрузках; диффузионные насосы имеют большей коэффициент компрессии, большое выпускное давление, что дает возможность применения с ними форвакуумных насосов меньшей производительности; диффузионные насосы и TMH на шарикоподшипниках с масляной смазкой загрязняют откачиваемый объем углеводородами приблизительно в равной степени; диффузионные насосы имеют сравнительно невысокую стоимость, простоту устройства, надежность и удобство в эксплуатации; TMH ка магнитной подвеске или газовых подшипниках с выхлопом в атмосферу или работающие с безмасляным форвакуумных насосом обеспечивают практически чистую от углеводородов вакуумную среду, TMH в три раза быстрее выходят на рабочий режим, что может быть весьма существенным преимуществом в вакуумных установках с малыми циклами откачки, TMH допускают произвольную ориентацию в пространстве, что может быть важным в специальных конструкциях; TMH потребляют меньше электроэнергии и охлаждающей воды, в то же время имеют большую собственную стоимость и стоимость ремонта, поэтому в каждом конкретном случае совокупность этих факторов будет определять экономическую целесообразность выбора между TMH и диффузионными насосами

Наконец, отметим, что в ряде случаев с технико-экономической точки зрения может быть выгодным использование TMH и диффузионных насосов в единой вакуумной системе с тем, чтобы сохранить преимущества  и компенсировать недостатки того и другою откачного средства

T а б л 2.2. Сравнение технических характеристик диффузионных и туроомолекулярных насосов

с диаметром условного прохода 100 мм ведущих зарубежных фирм