12. 3. Парортутні дифузійні насоси

С початку в дифузійних вакуумних насосах робочою рідиною була ртуть, яка мала велику теплопровідність. Її пара легко конденсується при охолодженні до 20 С і тиск пари за цією температурою, тобто граничний тиск насоса, є досить низьким ~ Торр.

П

Рис. 12.5.

ершим пароструминним насосом зі ртуттю в якості робочої рідини був скляний парортутний дифузійний насос. Він був виготовлений зі скла (рис.12.5), яке є одним з широко розповсюджених вакуумних матеріалів, і добре забезпечував повну герметичність насоса, який міг мати різні розміри й форму і складався з електричного нагрівача 1 ртуті до температури кипіння, що не перевищувала 120 С, випарювача зі ртутю 2, паропровода 3, за допомогою якого пара ртуті надходила через сопло 4 (внутрішній циліндр) до зовнішного циліндра-охолоджувача 5, стінка якого безперервно охолоджувалась проточною водою, що надходила до водяної оболонки 6 через нижній і виходила через верхній отвори відповідно. Газ, який необхідно відкачати, внаслідок теплового руху молекул надходить до насоса через впускний патрубок 7 і після дифузіі в струмінь пари, що вилітає з сопла, виноситься в напрямку струменя до випускного патрубка 8, а пара ртуті після зіткнення з холодною стінкою конденсуються і перетворються в рідину і стікає донизу через трубку 9 до випарювача. Рідинна ртуть у трубці 9 здійснює ртутний затвор, завдяки якому ртутна пара з випарювача не може надходити до охолоджувача іншим шляхом ніж тільки через сопло. Вигнута форма трубки 9 завдяки кращим пружним якостям запобігає деформаціям насоса, що виникають при різниці температур охолоджувача і випарювача.

Вітчизняна промисловість серійно не випускає скляні парортутні насоси, оскільки вони мають багато недоліків, що пов’язані головним чином з низькою міцністю скла як щодо механічних, так і термічних впливів.

12. 4. Металеві парортутні дифузійні насоси

Рис. 12.6

Металеві дифузійні насоси міцніші і можуть мати значно більші розміри, а відповідно і більшу швидкодію. Вони дозволяють використовувати потужніші нагрівачі, за допомогою яких можна досягати більших динамічних тисків пари і працювати при значно меншому попередньому розрідженні.

Принципово будова металевого дифузійного насоса (рис. 12.6) не дуже відрізняється від скляного. Він має такі ж складові елементи, як випарювач 1 зі ртуттю, паропровід 2, парасольчате сопло 3, водяний охолоджувач 4, впускний 5 і випускний 6 патрубки і електричний нагрівач 7. Різняться вони тільки конструкцією сопла, яке у металевих парортутних насосів має форму парасольки і направляє струмінь пари ртуті донизу.

12. 5. Течія газів через трубопровід змінного діаметра. Рівняння Бернуллі

Відкачувальна дія дифузійних парортутних насосів виникає в результаті взаємної дифузії молекул газу, що відкачується та молекул пари і протікає при молекулярному режимі течії газу. Однак відкачювальна дія при протіканні струменя пари може виникати і при в’язкісному режимі течії газу.

Якщо робоча речовина (рідина, чи її пара) переміщується через трубку зі змінним поперечним перерізом ( рис.12.7), то виникає різниця тисків, яку можна визначити за рівнянням Бернуллі:

, (12.1)

де – густина робочої речовини, та – швидкості в перерізі , відповідно.

Як видно із залежності тиска уздовж трубки (рис.12.7), у місці звуження тиск знижений.

Якщо приєднати до цього місця вакуумну камеру, то газ, що знаходиться там, почне рухатись разом з рідиною в результаті захоплення струменем робочої речовини з причини внутрішнього тертя; імпульс від молекул, що знаходяться в більш рухливому шарі струменя, передається молекулам шару, який рухається повільніше, а тепловий рух призводить до змішування молекул сусідніх шарів.

Робочою речовиною може бути вода або її пара, чи пара ртуті або спеціального вакуумного масла. Насоси, в яких робочою рідиною є вода, називаються водоструминними (рис.12.8) з такими головними елементами: струменепровід 1, ежекторне сопло 2 і дифузор 3.

В

Рис. 12-9.

одоструминні насоси мають граничний тиск ~ 5 Торр. Це високий тиск, що відповідає низькому вакууму. Позитивною якістю таких насосів є велика швидкодія ~ 0,1 л/с і проста конструкція.

Для отримання більш високого вакууму і великої швидкодії використовують пароежекторні насоси. Одним з головних елементів цих насосів є ежектор.

Е

Рис.

жектор – це надзвукове сопло, що розширюється (рис.12.9). Струмінь пари, що виходить з сопла 1, потрапляє в камеру 2, де розширюється. Форму сопла вибирають таку, щоб пара, яка виходить з нього, мала швидкість більшу ніж швидкість звуку. На межі струменя виникає турбулентний шар, де молекули пари інтенсивно перемішуються з молекулами газу відкачувальної камери і отримують імпульс в напрямі руху струменя. Парогазова суміш з камери змішування 2 потрапляє до дифузору 3, що розширюється і де швидкість потоку зменшується, а тиск збільшується.