Кустарные вакуумные триоды Клода Пайяра. Часть 4. Вакуумные насосы

Мы уже познакомились с Клодом Пайяром — французским радиолюбителем, в бытность, редактором журнала Radio-REF, энтузиастом-электровакуумщиком, воссоздавшим в своей мастерской кустарное производство практических триодов ТМ [1] (первых, 1920-х годов, промышленных «жёстких» — с высоким вакуумом, электронных ламп), и рассмотрели его самодельное огневое оснащение (Часть 1 ^[1]), установку для контактной сварки и технологическую печь (Часть 2 ^[2]), ламповую установку ТВЧ для дегазации электродов ламп при откачке (Часть 3 ^[3]). Сегодня мы взглянем на высоковакуумную установку Клода, самодельную, как и всё его оборудование.

1. Лозунги

Развитие исторических радиоламп в начальное время здорово хромало из-за отсутствия надёжных и удобных средств получения сильного разрежения в их колбах. Первые приёмно-усилительные лампы (ПУЛ) были с низким вакуумом (с остатками атмосферных газов), а иногда и специально наполненные каким-то рабочим газом или парами — «ионные» лампы. Нормальная работа таких приборов была возможна только при определённом давлении рабочего газа, которое постоянно изменялось от внешних условий, наработки лампы и т. д. Управление радиоустановкой на таких усилительных лампах было сложным, сродни искусству, делом. И только с развитием и применением в производстве ПУЛ оборудования для получения высокого вакуума, радиолампы стали надёжными, сравнительно долговечными, стабильными и простыми в эксплуатации.

Любой приступающий к электровакуумным работам коллега-любитель, спустя малое время добирается до этого камня преткновения: низковакуумные приборы работают плохо, а получение высокого (и долговременного!) разрежения в своих приборах или установках — почти всегда дело очень хлопотное, громоздкое, энергоёмкое и, разумеется, дорогое, несмотря на современное развитие этой области бытия.

2. Старинные способы откачки

Будучи техническим реконструктором, Клод не отказал себе в удовольствии немного повозиться с вовсе старинным вакуумным насосом, таким, какие сопровождали рождение первых электровакуумных приборов (ЭВП). Насос Шпренгеля, насос Теплера и т. п. — работа всех их основана на стекании цепочки капель ртути в высокой тонкой трубке-капилляре, подобно маленьким поршням, увлекающих и выводящих наружу понемногу воздуха каждая. Например, такой самодельный насос, в 1920-х годах, в своих домашних работах использовал месье Минье [2].

Насосы подобного типа могли быть сравнительно легко построены из стекла или металла самостоятельно, но имели несколько крупных неустранимых недостатков. Первое — из-за небольшого сечения трубок, их производительность была очень невелика, например, небольшой маломощный триод требовал для откачки до часа, при этом было необходимо внимание и участие оператора. Разумеется, любитель должен быть терпеливым, однако второй недостаток несравненно серьёзней: сравнительно невысокое создаваемое разрежение, сильно зависящее от чистоты рабочего тела — ртути, и от её температуры. Минимальное остаточное давление, создаваемое таким насосом при обычных комнатных условиях ~0,001 мм. рт. ст. (Торр), на порядок понижается при отрицательных температурах ~0,0004 мм. рт. ст. Дальнейшее понижение невозможно без охлаждаемых жидким азотом ловушек.

3. Механические низковакуумные насосы

Необходимый нашим лампам высокий вакуум приходится получать специальными насосами, для запуска и нормальной работы которых, нужно некоторое предварительное разрежение — т. н. форвакуум. Обычно, это 10^-2...10^-3 Торр. То есть высоковакуумная система состоит из двух соединённых частей-ступеней — низковакуумной (форвакуумной) и высоковакуумной.

3.1. Поршневой насос

Ртутно-капельный насос можно отнести к форвакуумным, ещё и очень медленным. Намного быстрее действуют насосы механические.

Трудноустранимыми, требующими продуманной конструкции и высокой точности изготовления, пороками такого насоса являются клапаны, плохо работающие при низких давлениях, и неиспользуемый, «мёртвый» объём в высшей точке поршня.

Разрежение, создаваемое насосом, зависит, в том числе от массы и жёсткости (неуправляемых) клапанов, вес которых не должен быть больше нескольких грамм. Хорошего результата Клод добился, применив стальной шарик Ø 6 мм с уплотнительным кольцом с выпускной стороны, и силиконовый клапан от регулятора давления акваланга, со стороны впускной. Минимальный же оставшийся «мёртвый» зазор в высшей точке поршня удалось сократить почти до нескольких сотых миллиметра.

3.2. Пластинчато-роторный насос

Тип насосов, ставший классическим для первичной откачки. Его подвижный элемент — барабан с текстолитовыми или графитовыми пластинами, совершает простое вращательное движение. Ось барабана смещена относительно оси рабочей камеры насоса, а пластины в барабане раздвигаются пружинами и постоянно прижаты к стенкам камеры. Хорошо видно, как, вращаясь, они поочерёдно захватывают порции воздуха из откачиваемого объёма, сжимают и выбрасывают его наружу. Зазоры между рабочими поверхностями, и без того очень небольшие, дополнительно уплотнены масляной плёнкой — весь насос погружён в ёмкость-картер с ним.

Для получения значительного разрежения масло в насосе применяется специальное — с низким давлением пара, а несколько насосов могут быть установлены на одном валу и соединены последовательно. Такие их варианты компактны, и могут получать разрежение до 0,001 Торр, что сравнимо со ртутными трубками, но без ядовитой и противозаконной для современного любителя, ртути; работает же роторный насос несравненно быстрее, а небольшие их варианты для холодильной техники распространены и доступны.

4. Высоковакуумный молекулярный насос

Молекулы газов, попадая через входной патрубок в рабочий зазор насоса 3-5-4, несколько раз сталкиваются с вращающимся ротором 2, отскакивая от стенок статора 1. При каждом столкновении с ротором молекула получает тангенциальную составляющую к имеющейся скорости — этакий пинок в направлении выхода. Молекулярный насос с гладким ротором и статором будет не слишком эффективен, улучшить его работу удалось, увеличив длину рабочего зазора (повысив количество столкновений-пинков молекулам газа) — снабдив статор винтовыми или спиральными канавками.

Молекулярные — предшественники популярных ныне насосов турбомолекулярных, требуют предварительной откачки и поддержания с форвакуумной стороны давления (обычно) в сотые доли тора, чтобы откачиваемый газ находился в молекулярных условиях (длина свободного пробега его молекул должна быть достаточно большой по отношению к размерам насоса). Скорость вращения роторов небольших насосов составляет 10...20 тыс. об/мин и более, а зазоры между статором и ротором должны быть не крупней нескольких сотых долей миллиметра.

5. Итого

Подытожим: вакуумная система Клода, редкий случай! — полностью самодельная, и «маломасляная» — с уменьшенным проникновением рабочего тела — вакуумного масла из обычных диффузионных насосов, в откачиваемый объём без специальных вымораживающих (жидким азотом) ловушек. Форвакуумный агрегат автоматизирован и имеет ёмкость-ресивер, что позволяет работать низковакуумным насосам без присмотра, и в основном сравнительно малое начальное время откачки, а это уменьшенный износ механизмов, меньше шума и выбросов масляного тумана в помещение.

Несмотря на высокую точность механических работ и невозможность балансировки ротора молекулярного насоса в сборе, такой прибор самостоятельно спроектирован и изготовлен коллегой-любителем и успешно работает — у Клода есть соответствующие знания и навыки, доступ к металлообрабатывающему оборудованию и умение в полной мере им пользоваться. Более того, очевидно, точная механика своими руками — конёк Клода, наши ему аплодисменты.

Тем не менее — молекулярный насос даёт разрежение существенно ниже его потомков — насосов турбомолекулярных, устроенных сложнее. Полученный при откачке высокий вакуум после отпайки лампы доводится до сверхвысокого обычным способом — распылением геттера.

6. Дополнительные материалы

1. Легендарный вакуумный триод 1920-х — ТМ. История, конструкция, характеристики. Конспект автора. ^[4]

2. Любительские французские радиолампы 1920-х годов. Часть 2. Стеклодувное, ртутно-капельный вакуумный насос. Конспект автора. ^[5]

3. Грошковский Я. Техника высокого вакуума. Изд. «Мир», Москва, 1972 г. ^[6]

4. Кустарные вакуумные триоды Клода Пайяра. Часть 1. Знакомство, общие положения. Конспект автора. ^[1]

5. Кустарные вакуумные триоды Клода Пайяра. Часть 2. Печь, сварка, химия. Конспект автора. ^[2]

6. Кустарные вакуумные триоды Клода Пайяра. Часть 3. Установка ТВЧ. Конспект автора. ^[3]

7. Видео Ютуб ^[7]

8. Видео Рутуб ^[8]

На благо всех разумных существ, Babay Mazay, ноябрь, 2025 г.

© 2025 ООО «МТ ФИНАНС»