Пароструйные насосы

Относятся к молекулярным насосам. Принцип их действия основан на передаче молекулам газа количества движения от парообразной быстродвижущейся поверхности. Подразделяются на эжекторные и диф­фузионные.

Взаимодействие откачиваемого газа со струей пара зависит от глубины вакуума. При низком вакууме молекулы, находящиеся в погра­ничном с паровой струей слое за счет внутреннего трения увлекают другие слои газа. По этому принципу работают эжекторные насосы.

В области высокого вакуума все молекулы откачиваемого газа, перемещаясь за счет самодиффузии, непосредственно взаимодействуют с движущейся струей пара. По этому принципу работают диффузионные насосы. Пароструйный насос не может работать самостоятельно, а всегда в комплексе с насосом предварительного вакуума, как прави­ло, с вращательным вакуумными насосами обьемного действия.

Корпуса пароструйных насосов изготавливают из стекла и метал­ла. К достоинствам стеклянных насосов относят простоту изготовле­ния и надежную герметичность; к недостаткам - слабую стойкость стекла к механическим и термическим воздействиям.

Эжекторный насос, рис. 2.15., состоит из кипятильника 1, сверхзвукового - эжекторного сопла Лаваля 2, камеры смешения 5, впускного и выпускного фланцев 3 и 4. Камера смешения теплоизолирована от корпуса насоса. На выпускном патрубке имеется холодильник 6, охлаждаемый проточной водой, сконденсировавшийся на его стенках пар стекает в кипятильник по трубке 7, обеспечивающей непрерывную циркуляцию рабочей жидкости в насосе.

Рис. 2.15.

Диффузионный насос, рис.2.16., состоит из кипятильника 1, диффузионного сопла 2, закрепленного на паропроводе 6, холодильника 4, впускного и выпускного патрубков 3 и 5. Пары рабочей жидкости из кипятильника проходят по паропроводу через зонтичное сопло и конденсируются на стенках насоса, охлаждаемых холодильником. За время движения пара от конца сопла до стенок насоса в струю пара диффундирует откачиваемый газ. После конденсации образовавшейся парогазовой смеси выделившийся газ от­качивается через выпускной патрубок насосом предварительного раз­режения, а сконденсировавшийся пар стекает по стенкам в кипятиль­ник.

Рис.2.16.

Зависимость характеристик насоса от параметров диффузионного сопла: зазора а и угла наклона α, рис. 2.17.

Рис.2.17.

При превышении зазором "а" своего оптимального значения а_о уменьшается скорость струи у стенок, что ведет к увеличению обрат­ного потока откачиваемого газа. Существует и оптимальная величина угла α.

Основная характеристика пароструйного насоса - зависимость быстроты действия от давления на входе в насос, рис. 2.18. В средней области рабочих

Рис. 2.18.

давлений быстрота действия постоянна и равна S_max. При приближении давления к предельному быстрота действия стремится к 0 из-за наличия обратного потока газов и паров в откачиваемом объеме. При увеличении рабочего давления за верхнюю границу молекулярного режима течения быстрота дей­ствия уменьшается в связи со снижением

скорости диффузии молекул газа в струю пара и при максимальном

входном давлении Р_з стремится к нулю.

Предельное давление насоса Р_пр при низких давлениях на выход­ном патрубке Р_вых, мало зависит от последнего, рис. 2.19.

При равенстве выпускного давления и давления паровой струи Р_кр наступает срыв характеристики насоса, поэтому и необходимо предварительное вакуумирование.

Рис. 2.19.

При увеличении мощности N подогрева насоса за счет увеличе­ния скорости струи пара быстрота действия возрастает, достигая максимального значения при N_опт, а затем снижается из-за увеличе­ния плотности паровой струи, рис.2.20. Максимальное выпускное давление насоса Ркр при увеличении мощности непрерывно возрастает, см. рис. 2.21.

Рис. 2.21.

Применяют многоступенчатые насосы, например насос с двумя диффузионными ступенями 1, 2 и эжекторной 4 ступенью откачки, рис. 2.22. На схеме 3 - холодильник, 5 - кипятильник, общий для всех ступеней.

Рис. 2.22.

К рабочим жидкостям пароструйных насосов предьявляют следую­щие требования: 1) минимальная упругость паров при комнатной тем­пературе и максимальная при рабочей температуре в кипятильнике; 2) стойкость к разложению при нагревании; 3) минимальная способность растворять газы; 4) химическая стойкость к откачиваемым газам; 5) малая теплота парообразования.

Минимальная упругость паров при 20ºС нужна для получения наи­меньшего предельного давления насоса. Максимальное давление паров при рабочей температуре увеличивает выпускное давление и снижает требуемую мощность подогревателя. Растворимость газов в рабочей жидкости приводит к увеличению обратного потока. При малой теплоте парообразования нужна меньшая мощность нагревателя.

В качестве рабочей жидкости применяют ртуть, минеральные мас­ла, сложные эфиры органических спиртов и кислот, кремнийорганичес­кие соединения. Ртуть (Р1, Р2), стойка к окислению, однородна по составу, не разлагается, не растворяет газы и обладает высокой уп­ругостью паров при нагреве. Но ртуть ядовита, химически активна к цветным металлам и обладает высокой упругостью паров при 20ºС.

Минеральные масла (ВМ1, ВМ5) получают из нефти. Характеризу­ются низкой упругостью пара при комнатной температуре и удовлетво­рительной термостойкостью, однако они образуют смолистые налеты на деталях насоса и окисляются.

Эфиры и кремнийорганические жидкости имеют очень низкое дав­ление паров при комнатной температуре и высокую стойкость к окислению, но они дороги, поэтому применяются ограниченно - для получения сверхвысокого вакуума.

При использовании неоднородных по составу или термически нестабильных жидкостей применяют насосы с фракционирующими устройствами, выделяющими более тяжелые фракции с низкой упругостью пара для работы в первой ступени откачки, рис. 2.23.

Рис. 2.23.

Дата добавления: 2015-07-20