Розанов Л.Н. Вакуумная техника 1990 (1065500), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Так как п4п=рн„7р, то Я,-( — )'" ~/ — 'А (1- —" ~/ — "' ) . и 39) Таким образом, быстрота действия диффузионного насоса зависит от температуры и рода газа, прн этом тяжелые молекулы откачиваются с меньшей быстротой действия. Реальная быстрота действия оказывается меньше теоретического значения, рассчитанного из (4.39), из-за неполного захвата молекул откачиваемого газа паРовой струей.
Это связано с наличием у струи «паровой опушки», появляющейся в результате потока молекул пара, имеющих тепловые скорости больше, чем скорость паровой струи. 105 Если ввести коэффициент захвата струи Нс, то выражение для расчета быстроты действия может быть записано в следующем виде: Бк=НоБт= Оо~,/ — А ( 1 — — 1/' — "~ ° (440) / /1Г ( 22пр 22 Гг ) 2„М ~ ~ — т" ~. Среднее значение коэффициента захвата Нож0,3. Для определения коэффициента компрессии и предельного давления рассмотрим более подробно процессы, происходящие в паровой струе диффузионного насоса, Концентрацию газа в точке х паровой струи обозначим и,(х) (рис. 4.32), а составляющую скорости паровой струи по направлению оси х — через В'.
Производительность откачки равна разности прямого и обратного потоков: Я=О. — Я.ь, ГДЕ С2п иг(Х)йу/ ЯЕ=О "; Ю вЂ” КОЭффИцИЕНт дИффуЗИИ дл„(х) дх газа н струе пара. Прямой поток молекул откачиваемого газа в диффузионном насосе движется за счет соударений молекул газа и пара совместно с паровой струей, а обратный возникает за счет теплового движения молекул, диффундирующих в противоположном направлении. Если достигнуто предельное давление, то 9= 0, откуда и„(х) Ю' — В " =О. (4.41) дх Считая, что газ в струе пара подчиняется уравнению газового состояния, получим дпг(х) др„(х) (4.42) Проинтегрировав выражение (4.41) с учетом (4.42) в пределах от х2 до хз и от р, до р,, имеем 1п — = — (х — х ). 2'2 2 1 ' Обозначая длину паровой струи 5=(хз — х2), перепишем полученное выражение в виде р,/р, =ехр(ЮЪ/0).
Таким образом, коэффициент компрессии для заданной геометрии струи определяется отношением проекции скорости паровой струи на ось х к коэффициенту диффузии откачнваемого газа в паровой струе. Для увеличения коэффициента компрессии необходимо повышать скорость паровой струи и увеличивать ее плотность, так как коэффициент диффузии Р обратно пропорционален плотности паровой струи.
106 Р и с. 4.33. Принципиальная схе. ме зжекторного насоса Рис. 4.34. Принципиальная схе- ме диффузионного насоса Рассмотрим конструкции пароструйных насосов. Схема эжекторного насоса показана на рис. 4.33. Насос состоит из кипятильника 1, сверхзвукового зжекторного сопла Лаваля 2, камеры смешения 5, впускного и выпускного фланцев 3 и 4. Камера смешения теплоизолирована от корпуса насоса. На выпускном патрубке имеется холодильник б, охлаждаемый проточной водой. Сконденсировавшийся на стенках холодильника пар стекает в кипятильник по трубке 7, обеспечивающей непрерывную циркуляцию рабочей жидкости в на.
сосе. Простейший диффузионный насос (рис. 4.34) состоит из кицятильника 1, диффузионного сопла 2, закрепленного на паропроводе б, холодильника 4, впускного и выпускного патрубков 3 н 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 диффунднрует откачиваемый газ. После конденсации образовавшейся парогазовой смеси выделившийся газ откачивается через выпускной патрубок насосом предварительного разрежения, а сконденсированный пар стекает по стенкам насоса в кипятильник через зазор между паропроводом и корпусом насоса. Влияние зазора а и угла наклона сопла а на предельное давление и быстроту действия диффузионных насосов показано иа рис. 4,33, а, б. При превышении зазором а своего оптимального значения а, Уменьшается скорость струи у стенок насоса, что приводит к увеличению обратного потока, Аналогичная зависимость существует и от Угла а, который сильно влияет на осевую составляющую скорости струи. 201 3 3мсх $4.8.
Конструкции пв- роструйных насосов На рис. 4.3? показана конструкция многоступенчатого пароструйного насоса, в ко- 6) г) Р н с. 4,36, Характеристики пароструйных сосов на. 106 Диффузионные насосы, предд6' Рп» 50" Ф назначенные для работы в днапзч пазоне давлений 10-' ... 10 Па, ьй называются бустери ы м и. В этих насосах увеличена мощность подогревателя, применены термостойкие рабочие жидкости, „) и о) аз и что позволяет увеличить выпуск- ное давление и сдвинуть харакРне.
4.36. Завнснмостн 5(а) н р„р (В) прн различных углах наклона теРистикУ насоса 5п=?(Р) в стосопла а от величины кольцевого за. рону более высоких давлений. вора о Основной характеристикой па- роструйных насосов является зависимость быстроты действия от давления на входе в насос (рис. 4.36, а). В средней области рабочих давлений быстрота действия постоянна и равна 5гпзх. При приближении рабочего давления к предельному рпр она стремится к нулю из-за наличия обратного потока газов и паров из насоса в откачиваемый объект.
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, стремится к нулю. Предельное давление насоса р,р при низких давлениях на выходном патрубке Р,„, (рис. 4.36, б) слабо зависит от изменения последнего. Срыв характеристики насоса наступает при равенстве выпускного давления и давления паровой струи, соответствующего давлению рз».
При увеличении мощности У подогрева насоса за счет увеличения скорости паровой струи быстрота действия вначале возрастает (рис. 4.36, в), достигает максимального значения при й?„„ а затем уменьшается из-за уве)п» личения плотности паровой струи. Максимальное выпускное давление насоса Рп» при увеличении мощпр а) Зз " б)"пр '»гмп ности подогревателя непрерывно возрастает 5 рпр (рис. 4.36, г). ором использованы две диффузионные ~ г'аз и 2 и эжекторная 4 ступени откачки, и таюшиеся от одного кипятильника б.
Корпус насоса 3 охлаждается водой. К Р ° """ "и" "" " и и и "" ! "'!"'~ !и насосов предъявляются следующие требования: 1) минимальная упругость паров при комнатной температуре и макси-;.',",. с.' ж==.=== мальная при рабочей температуре в кипятильнике; 2) стойкость к разложению при нагревании; 3) минимальная способность растворять газы; 4) химическая стойкость по отношению к откачи- Рне. 43?, схема многоваемым газам и по отношению к мате- ступенчатого пароструйриалам насоса; 6) малая теплота паро- ного насоса образования.
Минимальная упругость паров при комнатной температуре требуется для получения наименьшего предельного давления насоса. Максимальное давление паров при рабочей температуре кипятильника увеличивает выпускное давление насоса и уменьшает требуемую мощность подогревателя. Стойкость к разложению рабочей жидкости при нагревании влияет на срок службы рабочей жидкости и максимальное выпускное давление. Растворимость газов в рабочей жидкости приводит к увеличению обратного потока газов через сопло вместе с паровой струей. Химическая стойкость определяет срок службы рабочей жидкости и ограничивает выбор конструкционных материалов насосов. При малой теплоте нарообразования требуется меньшая мощность подогревателя насоса.
В качестве рабочей жидкости пароструйных насосов применяется ртуть, минеральные масла, сложные эфиры органических спиртов и кислот, кремиийоргаиические соединения. Ртуть (Р-1, Р-2), как рабочая жидкость пароструйных насосов, имеет следующие достоинства: не окисляется воздухом, однородна по составу и не разлагается при рабочих температурах насоса, растворяет малое количество газов и имеет высокую упругость пара при рабочей температуре в кипятильнике. Недостатки ртути: токсичность, химическая активность по отношению к цветным металлам, высокая упругость паров при комнатной температуре (10-' Па). Минеральные масла для пароструйных насосов (ВМ-1, ВМ-6) ~олучают вакуумной дистилляцией продуктов переработки нефти.
Они характеризуются низкой упругостью пара при комнатной темпеРатуре (10-' Па), удовлетворительной термостойкостью, но имеют невысокую термоокислительную стойкость и образуют смолистые налеты на внутренних деталях насоса. Эфиры, применяемые в качестве рабочей жидкости пароструйных насосов, представляют собой продукты синтеза фталевой и се- 109 Газ Га Р н с. 4.38. Фраккнонирующие пароструйные насосы: а — отеклякнма; б — металлкческна бациновой кислот с высшими спиртами, а также полифениловые соединения, состоящие нз бензольных радикалов, соединенных в цепи через атомы кислорода, Полифениловые эфиры (ПФЭ) имеют очень низкое давление паров при комнатной температуре (10-' Па) и высокую термоокислительную стойкость.
Кремнийорганические жидкости для пароструйных насосов (ВКЖ-94, ПФМС-2) — это полисилоксановые полимерные соединениза', состоящие из функциональных групп (СН) а)аБ(О. Они облада. ют высокой термоокислительной стойкостью и достаточно низкой упругостью пара прн комнатных температурах (10-' Па). В насосах чаще всего используют дешевые минеральные масла, кремнийорганическне жидкости используются в системах с частым напуском атмосферного воздуха, Эфиры, стоимость которых еще высока, применяются для систем, где требуется получение сверхвысокого вакуума, Ртуть из-за токсичности используют в пароструйных насосах только для откачки ртутных систем, например ртут.
ных выпрямителей. Основные типы рабочих жидкостей приведены в табл. П.1. В насосах, работающих на неоднородных по составу или термически нестабильных жидкостях, часто применяют франционирующие устройства, выделяющие более тяжелые фракции с низкой упругостью пара для работы в первой ступени откачки пароструйного насоса. На рис. 4.38, а, б показаны конструкции стеклянно о и металлического фракционирующих насосов. Сконденсировавшаяся на стенках корпуса насоса рабочая жидкость из-за большого гидравлического сопротивления достигает кипятильника первой ступени насоса за достаточно длительное время, необходимое для испарения 110 егких фракций.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
