Вакуум и его насосы

От поршня, ртути со стеклом пришли к железу с маслом
В Архангельском Вы можете увидеть не только жестокую картину «Пневматический опыт» 1771 г. кисти Шарля Амедея Филиппа ван Лоо с изобретенным в 1650-м Отто фон Герике и изготовленным по конструкции Роберта Бойля в 1656-м поршневым вакуумным насосом, но и «Живую перчатку» вместо птички в прозрачной банке. При откачке воздуха кожаная герметично зажатая перчатка оживала, вставала, растопыривала пальцы, надувалась и лопалась, разлетаясь на стенки банки и пугая пресыщенных аристократов. Это было драматичней, чем удушение невинной птички вакуумом в 10 мм рт. ст. Хичкокистей…

Теперь с подмосковного «Версаля» перейдем к картине Анри де Тулуз-Лотрека «Шоколадные танцы в ирландско-американском баре» 1896 г. Внимательно смотрим на аккомпаниатора на лире. Это тоже профессиональный танцор, дважды чемпион Европы по современным танцам в паре с фрейлан Кёссель. Его зовут Вольфганг Геде. Скоро он вернется в Карлсруэ и в 1905 году создаст свой первый вакуумный ртутно-поршневой вращательный насос.  До этого вакуум в 10-5 мм рт.ст. и откачивался и измерялся вручную переворачиваемым ртутным насосом-вакуумметром Мак-Леода. Сразу улучшивший свои лампы «Сименс» подарит Геде дом в Кельне, куда переедет его сестра, в семье которой жил богемный изобретатель.

В ответ на скандал в немецком физическом обществе Геде  создаст в 1912 г. кольцевой молекулярный насос, поразивший всех своей быстротой откачки, особенно в высоком вакууме. Затем в 1913-м – диффузионный ртутный пароэжекторный, принявший современный вид у Ирвинга Лэнгмюра в г. Скенектади, шт. Нью-Йорк в 1916 г. и в 50 раз более производительный, чем дифнасос Геде.  Такой диффузионник дал Лэнгмюру возможность ввести напыление оксида тория на вольфрам для радиоламп «Дженерал электрик» после того как он показал преимущество газонаполненных осветительных ламп перед вакуумными.
Одновременно в 1916 г. на Набережной Фонтанки, 165 (Санкт-Петербург) в мастерской рентгеновских трубок Н. А. Федорицкого Станислав Антонович Боровик изобрел парортутный насос с противодавлением срыва до 3 мм рт. ст. и предельным вакуумом 10-5 мм рт. ст. для откачки трубок. Однако не получил приоритета (патента) на изобретение в то военное время.

Первым прекратил использование ртути в стекле для получения вакуума и заменил её на масло в металле в родном городе Авраама Линкольна - Спрингфилде под Чикаго Джон Роял Кинни. В 1904 г. он предложил плунжерный вращательный насос с масляным уплотнением. Серийное производство насосов Кинни начал в 1926 г. и сегодня на сушке трансформаторного масла в Чикаго еще работают его насосы выпуска 1922 г. (только клапана меняли). Он был не слишком удачлив и его дело в Спрингфилде продолжает Джей Татхилл – внук изобретателя шестеренчатого насоса. Известные насосы типа АВЗ (НВЗ) – это Кинни-1956 г. Плунжерные — это самые надежные из механических вакуумных насосов от 15 л/с, спорящие с водокольцевыми насосами – продолжающими жидкостно-поршневые вращательные насосы Гёде.
Сегодня насосы Кинни – с 1973 г. триплексные. В них плунжер впускной ступени уравновешивается двумя плунжерами двух выхлопных ступеней. Трение есть только в возвратно-поступательном движении золотников по качающимся в корпусе сухарям, а интенсивная прокачка вакуумной смазочно-уплотнительной жидкости с её обезгаживанием и подачей на впуск позволяет и прокачивать пыль и откачивать без водяного охлаждения до 70 л/с (в тропиках;). Так устроены насосы Кинни товарища Ли, директора завода «Вакуум Памп» из города Тяньчжень, КНР вобравшие лучшее от взаимно разорившихся конкурентов Кинни и Сатербильда. А вот производство насосов Кинни с прокачкой масла шестеренчатыми насосами Татхилла и спускным клапаном от размораживания водяного охлаждения (не для  тропиков;) переехало из Спрингфилда в Шанхай. Только табличку «Made in …» забыли поменять ;. Такие Кинни с присоединенным электростатическим фильтрованием «Тайсен Гикен» из Иокогамы (1987) успешно применяют  в пыльных средне-вакуумных процессах современного напыления.

Кстати сегодняшние вращательные ртутно-поршневые насосы Геде стали водокольцевыми (ВВН). Их третье поколение (второе – с осевым впуском/нагнетанием) уже имеет неподвижную крыльчатку, а водяное кольца – вращается вместе с охватывающим кожухом.  Такие ВВН поддерживают вакуумную теплоизоляцию в громадных СПГ хранилищах Японии.
Вернемся в первую половину XIX в. Тонкие сетки радиоламп, нити осветительных плохо переносили вибрацию  тогдашних Кинни. Да и 20 л/с много для лаборатории. Сначала появились пластинчато-статорные насосы навеянные неизвестному изобретателю швейной машинкой Зингера. Они у нас известны как ВН-461 и отлично предотвращают обратное откачке всасывание масла при остановке, в том числе за счет возможности использования более вязкого масла на слабой химии. Однако при увеличении размеров более 1,5 л/с быстро ломались, громко стрекотали коромыслом поднимающим выхлопной клапан, чтобы не заклинило одинокую пластину. Еще нет швейных машин для канатов, даже для бечевки.

Поэтому неугомонный Геде в 1932 году познакомил мир с насосом Геде, который сейчас зовется пластинчато-роторным. Сейчас в них, размером до 5 л/с не менее двух вращающихся с ротором пластин прижимаемых к слегка смоченной вакуумным маслом тонкой пыли текстолита самих пластин на корпусе. Время работы вообще без смазки превышает 3,5 месяца, а постоянная 5 мкм фильтрация масла заряжаемыми самим маслом волокнами, постоянный микро-газобалласт (как, кстати и у Кинни) обеспечивает ту стабильную откачку, что необходима малым предприятиям кристального производства ПЛИСов и т. п. Также электростатический отжим применяется для удаления из масла микрокапель воды и эти насосы ГЛД-200  успешно служат на малом леофилировании ампул и сублимации. Забыл добавить, что насосы выпускаются рядом с фабрикой лучшего в Японии сакэ под Нагасаки. Правда уже отметились и в Поднебесной. В течеискателях завода «Измеритель» из 4000 насосов за 10 лет ни один не отказал. В названии ГЛД, «Г» - глобал, остальное лайн дистрибьюшн – все сети электропитания, а фирма «Ульвак (или Альвэк) Кико» - от Ультимэйт Вакуум из деревушки сакэ Кико.
Размером же до 20 л/с наоборот. По заказу Бразильского космического агентства  для откачки испытаний спутников в тропиках испанцы с итальянцами создали двухступенчатый трех-пластинчатый насос Геде с рабочей температурой 100 °С. Масло в корпус поступает из змеевика обдуваемого установленной на валу привода самого насоса крыльчаткой, нагревается в самом насосе и не загрязняется водой. Предельный вакуум в 10-3 мм рт. ст. сделал такой насос звездой сублимации, и он заменил все насосы на заводах Nestle. Правда это решение немножко повторяет уступающий по вакууму пластинчатый насос Соджевак родной для Геде компании Лейбольд.

Геде и дальше работал бы в Кельне, проводя вечера за кулисами оперетты. Но однажды, уже после 1933 года вышвырнул из артистической похотливого плюгавого образцового многодетного семьянина по фамилии гЕбельс и уехал плавать на яхте по Женевскому озеру.
Санкт-Петербург-Москва 20 августа 2019 г.