ПАРОСТРУЙНЫЕ НАСОСЫ

Принцип действия и основные характеристики

Пароструйные насосы известны и широко применя­ются в промышленности вот уже более 70 лет. Их отли­чает высокая быстрота действия в области среднего, высокого и сверхвысокого вакуума, малые габариты, простота обслуживания и эксплуатации В зависимости от рода рабочего вещества различают паромасляные и парортутные насосы. Однако в отечественной промыш­ленности из-за токсичности ртутного пара парортутные насосы почти не используются.

а)                                б)

Рис 3-1 Струя пара истекающего из цилинд­рического сопла

 

Откачивающее действие пароструйного насоса осно­вано на увлечении удаляемого газа струей пара. В зави­симости от скорости и плотности струи и давления газа изменяется как режим истечения струи из сопла, так и механизм захвата удаляемого газа. При относительно высоких плотности струи и давлении газа струя имеет турбулентный характер с завихрениями в пограничном слое, как это показано на рис. 3-1,а. Некоторая часть газа „захлопывается" и уносится завихрениями паровой струи Кроме того, движущаяся с большой скоростью струя в силу внутреннего трения увлекает и уносит прилегающие к ней слои газа. Таким образом, осущест­вляется удаление газа обычным эжекторным соплом. По мере снижения давления газа, плотности и скорости струи пара завихрения исчезают и струя приобретает вид, показанный на рис. 3-1,6. В этом случае вязкостный

захват газа становится нич­тожно малым, но резко повы­шается вероятность диффузии газа в струю пара. Количество газа, проникающего в струю, зависит от плотности струи и площади соприкосновения струи и газа

На рис. 3-2 изображена кон­струкция четырехступенчатого диффузионного насоса. Нагре­вом с помощью нагревателя 1 создается необходимое давле­ние пара в кипятильнике 2. Пар, поднимаясь по паропро­водам 3, 4, 5, достигает коль­цевых зазоров сопл первой 9, второй 8, третьей 7 диффузи­онных ступеней откачки и цилиндрического       

сопла 6. Проходя через сопло,       

пар за счет ускорения теря­ет  плотность  и  давление и в виде расширяющейся направленной струи достигает внутренней поверхности охлаждаемого корпуса насоса. Здесь пар конденсируется, образуя жидкостный затвор, и стекает в кипятильник. Молекулы газа, летящие в на­правлении струи со входа насоса, относительно легко проникают в струю пара и вместе со струей попадают на стенку насоса. После конденсации пара в жидкость молекулы газа из нее испаряются, но уже в пространстве под струей. Молекулы газа, находящиеся в пространстве под струей и движущиеся с тепловыми скоростями, не могут преодолеть в обратном направлении барьер, создаваемый струей пара. Плотность и скорость струи таковы, что вероятность пролета молекулы газа через струю без столкновения хотя бы с одной молекулой пара ничтожно мала. При столкновении молекула газа получает импульс движения и направление дальнейшего движения в направлении откачки, т. е. возвращается в пространство под струей или на стенку корпуса насоса. Направление же движения молекул пара при столкно­вении мало изменяется в силу большого превосходства их массы над

массой молекул  газа.  Таким  образом во-первых, струей осуществляется перемещение молекул газа в направлении к выхлопному патрубку насоса, т. е. откачка, во-вторых, струя является преградой, разделя­ющей области с различными давлениями газа и предот­вращающей перетечку газа из области с относительно

высоким давлением в об­ласть с более низким дав­лением.

В результате суммарного действия отдельных столкно­вений молекул газа с моле­кулами пара газ оказывает давление на струю пара. В силу ограниченности запа­са кинетической энергии мо­лекул пара струя может вы­держать только определен­ную величину этого давле­ния. Превышение этой величины приводит к срыву струи, к прорыву преграды, разделяющей области с разными давлениями газа, и тем самым к нарушению процесса откачки. Чтобы иметь относительно высокое давление на выходе насоса, в корпусе насоса последовательно располагают несколько ступеней откачки (сопл). Пер­вая, верхняя ступень при низком давлении срыва струи обеспечивает максимальную быстроту откачки благода­ря относительно низкой плотности струи и максималь­ного проходного сечения — сечения, ограниченного кор­пусом и соплом. Вторая ступень с более высоким давле­нием срыва струи должна обладать быстротой откачки, достаточной для того, чтобы обеспечить давление под верхней ступенью ниже давления срыва струи, и т. д. Наибольшее давление срыва струи у эжекторного сопла. Поэтому эжекторная ступень откачки устанавливается на выходе насоса и определяет его наибольшее вы­пускное давление, т. е. то давление в выходном сече­нии насоса, при котором насос еще может осущест­влять откачку. Давление срыва струи эжекторного сопла диффузионного насоса имеет значение около 10 Па (10^{-1 мм рт. ст.). Последовательно с диффу­зионным насосом устанавливается форвакуумный насос, способный воспринять поток откачиваемого газа и обес­печить на выходе диффузионного насоса вакуум, необхо­димый для его нормальной работы.}