Розанов Л.Н. Вакуумная техника 1990 (1065500), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Быстрота откачки насоса слабо зази- 20а сит от молекулярной массы (рис. 4.2б), особенно в рабочих режимах. Зависимость Косах и Яссах от размера канала а показана на рис. 4.27. Рис. 428. Вероятности прохотядеиия молекулами канала со стороиы более высокого вакуума Рм и со стороны кизкого вакуума Рм в зависимости от относительной скорости ор/о,р и угла наклона паза а иг 5„„„,— „сп 3 ° с адэ а5О Дгз дуга' 5М* 7570са,и З„= и„— //„Рг Рс Зависимость быстроты действия насоса от коэффициента компрессии аналогична такой же зависимости для первой схемы, Максимальная быстрота действия при рг/рс — — 1 составляет З.„=и„(1 — и„/и„) = игз(1 — Р„/Р„). (4.З0) 075 75 775 Л' Р и с. 4,26.
Зависимость быстроты откачки насоса от козффициеита компрессии К (а Ь 2 10-г и, сс 80, от=200 м/с): 7-Ыа г-СО. Р и с, 4.27. Зависимость максимальиой быстроты откачки и максимального козффициеита компрессии пасоса от размера канала а(а Ь; сс 30'; ор/охр =О,б): 7 Ксххч' г змсх 98 'ч — ~ и Рс — (/! гР! //г! Рг (4.29) где //1г и //гс — проводимости канала для потоков с/с и с/г соответственно. Значение указанных проводимостей можно определить пользуясь справочными данными о проводимостях прямых труб и труб с коленом или непосредственным математическим моделированием данной задачи методом Монте-Карло. На рис. 4.25 в безразмерной форме приведены результаты определения вероятности прохождения канала молекулами газа, полученные математическим моделированием для каналов с соотношением сторон а/6=1. Из (4,29) следует выражение для быстроты действия Недостатком насоса является наличие высокоскоростного ротора со смазываемыми быстро изнашивающимися подшипниками или сложными системами подвеса.
Характеристики современных турбомолекулярных насосов приведены на рис. П.2 и табл. П.4. 33 ч б $ 4.7. Пароструйная откачка 9 ~2~ — б Рис. 4.30. Схема пароструйиой от качки 103 При пароструйной откачке (рис. 4.30) молекулы откачиваемого газа, поступающие в насос через входной патрубок 1, взаимодействуют со струей пара, имеющей звуковую или сверхзвуковую скорость, и приобретают дополнительную скорость в направлении насоса предварительного разрежения, присоединяемого к выходному патрубку 6. В камере 3 происходит смешение паровой струи, выходящей из сопла 2, и откачиваемого газа. Запирающий канал 4 создает сопротивление обратному потоку газа, обеспечивая коэффициент компрессии насоса. Разделение откачнваемого газа и рабочего пара осуществляется в камере 5 в процессе конденсации рабочего пара на охлажденных поверхностях, после чего откачиваемый газ выхедит из насоса через выходной патрубок, а сконденсировавшийся пар поступает по трубопроводу 7 в кипятильник 8, где вновь испаряется и по паропроводу 9 попадает в рабочее сопло 2, обеспечивая непрерывность процесса откачки.
Взаимодействие откачиваемого газа с паровой струей зависит от степени вакуума. При низком вакууме молекулы, находящиеся в пограничном с паровой струей слое, за счет внутреийего трения увлекают другие слои газа. Такие насосы называют э ж е к т о р н ы м и. В области высокого вакуума все молекулы откачиваемого газа, перемещаясь за счет самодиффузии, непосредственно взаимодействуют с движущейся струей пара, а насосы, работающие в таких условиях, называют диффузионными. Рассмотрим принцип действия эжекторного насоса.
Быстрота действия насоса при заданных значениях давлений на входе в насос ре и иа выходе из насоса рь а также производительности рабочего пара О~ определяется по 1В,-диаграмме рабочего пара, Кривая АВ на рис. 4.31, а определяет давление насыщенного пара рабочей жидкости. Из пав чального состояния в кипятиль- Г нике (точка 1 на кривой АВ, пад давление рь сечение 1 на схеме сопла) рабочий пар адиабатически расширяется и переходит в состояние (точка 2), соответствующее давлению ра струи рабочего пара в откачиваемом объ. Ог,р а) 32 Рис, 431, 1бмдиаграмма-рабочего пара (а), схема и рабочие характеристики сопла ажекториого пасоса (б) екте (сечеиие 2). Адиабатические процессы на 1Я;диаграмме соответствуют прямым линиям, параллельным оси 1.
Закон сохранения энергии для адиабатического истечения газа, при котором работа расширения газа равна приращению его кинетической энергии, можно записать в виде Ог(12 12)=Огм~~)2 (4.31) 2 2 2 (О (О) 4 2 2 (4.32) где гп4 — скорость смеси в сечении 4 (рис. 4.31, б). В диффузоре, расположенном между сечениями 4 и 5, парогазовая смесь адиабатически сжимается до давления рь причем точка 5, соответствующая сечению 5, должна лежать на кривой АВ. Это можно использовать для нахождения точки 4 графическим построением.
В процессе аднабатического сжатия кинетическая энергия струи переходит в энтальпию, что позволяет записать (О, + О,) о ',12 = (О, + О,) (1, — 14), (4.33) где 14 и 12 — энтальпии в точках 4 и 5. Из уравнений (4.31)...(4.33) можно найти выражение для теоРетической быстроты действия насоса: сг2 с11(71 — )2 12+)4) (4,34) гг 12 (12 — )4) 103 где го2 — скорость паровой струи на выходе из сопла в сечении 2. Откачиваемый газ (для простоты считаем, что откачиваются пары рабочей жидкости) находится в состоянии, соответствующем точке и сечению 3. Смешение потока откачиваемого газа О2 с паровой струей по закону сохранения энергии приведет к изменению скорости: где рн — плотность газа в сечении 2; 1~ и 1з — энтальпии в точках 1 и 2, быстрота действия насоса зависит от производительности сопла и свойств рабочего пара, В эжекторных насосах она лежит в диапазоне от нескольких десятков до нескольких тысяч литров в секунду.
Максимальное выпускное давление не может быть больше р~— давления рабочего пара в кипятильнике насоса, поэтому в случае паромасляного насоса оно не превышает (1 ... 5) 10' Па, а для парортутного — (20 ...40) 10н Па. Увеличить максимальное выпускное давление паромасляного насоса нельзя, так как температура пара в кипятильнике ограничивается температурой разложения масла. В парортутных насосах возможно повышение максимального выпускного давления до атмосферного, но из-за больших потерь и токсичности ртути этого обычно не делают. Предельным остаточным давлением эжекторного насоса является давление перехода из среднего в высокий вакуум, когда происходит расширение паровой струи и нарушение оптимального режима работы, Значение предельного давления составляет 10 '...10-з Па.
Размеры сопла можно найти, задаваясь значением его производительности 6~ по рабочему пару. Подставляя критическое отношение давлений в (3.46), получим выражение для максимальной производительно- сти сопла (4.35) где р~ — давление пара в кипятильнике; У~ — удельный объем пара в кипятильнике; А'ннн — минимальное сечение сопла.
Из (4.35) можно найти минимальное сечение сопла: А', =- ! нан (4.36) Выходное сечение сверхзвукового сопла Аз' можно найти из уравнения (4.31) с учетом того, что ыз=р~Уз/Аз' (Уз — удельный объем пара на выходе из сопла): А;= У'йр,— =Кн) ' Прн истечении струи пара в высокий вакуум происходит ее расширение за счет тепловых скоростей молекул. При равенстве ско- 104 Газ рости истечения струи н скорости звука струя выходит из соп- ( л,~ ла под углом 45' к его оси (рис. 4,32). Давление пара в струе значительно больше, чем давле- ( ние откачиваемого газа. Наилуч- ~(а„1х) шне условия для захвата моле- х кул откачиваемого газа обеспечиваются тогда, когда давление пара в струе соответствует средне- х му вакууму. При этом все моле- х кулы откачиваемого газа проникают в паровую струю при пер Рнс. 4.32.
Сонно днффузнонного вом соударении. При большей плотности паровой струи вероятность захвата молекул снижается. Теоретическая быстрота действия диффузионного насоса в связи с малым количеством откачнваемого газа определяется не изменением термодинамических характеристик паровой струи, как в эжекторном насосе, а геометрическими размерами сопла и парциальным давлением откачиваемого газа в паровой струе: (4.37) и где А — проекция поверхности паровой струи, доступной для молекул откачиваемого газа, на плоскость, перпендикулярную оси х; )ун~ и унн — количество молекул откачиваемого газа, ударяющихся н вылетающих в единицу времени с единицы площади А; и — концентрация газа у входа в насос. В соответствии с выражениями для Ф, из (1.13) н п,р из (1.18) формулу для быстроты действия насоса (4.3?) можно переписать: Яг=А ' "~~ (я Р~Т вЂ” и„)'7'„); (4.38) 4п здесь Т и Т, — температура газа в паровой струе и у входа в насос; пг — концентрация газа в паровой струе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
