Дійсно, з рівняння Бернуллі випливає, що

= + . (12.2)

Рис. 12.9

Насос з ежектором має велику швидкодію (50 –100 л/с) в межах тиску Торр, тобто в області, де обертові пластинчаті насоси мають граничний тиск.

У зв’язку з цим ежекторні насоси розміщують між високовакуумним і насосом попереднього вакууму, а для отримання ще меншого тиску їх роблять багатоступінчатими, тоді граничний тиск знижується до Торр. До недоліків слід віднести залежність швидкодії насоса від тиску газа.

12. 6. Двоступінчасті металеві парортутні насоси

М еталеві парортутні насоси, виготовляються головним чином багатоступінчастими від двох до трьох ступенів, у них використовують як ежекторні, так і дифузійні сопла.

На рис. 12.10 наведена будова циліндричного двоступінчатого парортутного насоса для отримання високого вакууму.

Н

Рис. 12.10

асос складається з ртутної камери-випарювача 1, що знаходиться в нижній частині і нагрівається електричною плиткою, паропровода 2, через який пари ртуті потрапляють до парасольчатих сопел 3 і 4, випускного патрубка 5, що охолоджується водою, як і сам насос, та впускного патрубка 6, що має відносно великий поперечний переріз і розміщений у верхній частині. Великий поперечний переріз впускного патрубка знижує його опір молекулярному потоку газу, що відкачується і збільшує швидкодію насоса.

Пара ртуті після конденсації на стінці охолоджувача перетвориться в рідинну ртуть і стече до випарювача, який відокремлений від верхньої частини насоса спеціальною перегородкою.

Дифузійне сопло 4 розраховане на роботу з більшою швидкодією, ніж ежекторне сопло 3 (в місці звуження насоса), але на менший випускний тиск. Оскільки верхнє сопло знаходиться на більшій відстані від випарювача і частина пари вийде через сопло 3, то густина пари, що виходить з нього, буде меншою, ніж пари біля сопла 3. Швидкість же пари, що виходить з нижнього ежекторного сопла, буде більшою, ніж з дифузійного верхнього, тому випускний тиск біля випускного патрубка буде більшим, що й потрібно досягти.

Завдяки високому випускному тиску (~20 Торр), але зменшеній швидкодії такі вакуумні насоси застосовують як допоміжні (бустерні) і використовують спільно з високовакуумним і обертовим попереднього розрідження насосом, якщо неохідно відкачувати велику кількість газу.

Насоси малих розмірів мають висоту 30 см і діаметр 7 см. Швидкодія таких насосів може досягати ~5 л/с за тиском Торр. Якщо ж розміри насоса збільшити приблизно в десять разів, то можна досягти швидкодії 10 000 л/с.

Щоб досягти граничного тиску Торр, тобто значно нижчого ніж Торр, необхідно між насосом і вакуумною камерою розміщувати охолоджувальну пастку для ртутної пари з охолодженням до -78 С (наприклад твердою вуглекислотою).

12. 7. Переваги й недоліки парортутних насосів

В

Рис. 33

якості робочої рідини парортутних дифузійних насосів використовують чисту ртуть марок Р-1 та Р-2. Оскільки ртуть є хімічним елементом (без складових), то температура кипіння залишається постійною, що забезпечує постійний тиск насиченої пари. Вона не змочує стінок як зі скла, так і сталі, що дозволяє робити проміжок між внутрішнім і зовнішнім циліндрами малим, не побоючись його залипання. Навіть при прориві повітр’я до працюючого насоса ртуть залишається хімічно неактивною і може використовуватися для подальшої роботи. Завдяки цьому парортутні насоси довговічні.

У той же час до їх суттєвих недоліків слід віднести шкідливість пари ртуті для організму людини. Вона хоча і в невеликій кількості потрапляє через насос попереднього розрідження до оточуючого середовища. Окрім цього, щоб пара ртуті не потрапляла до вакуумної системи, необхідно додатково використовувати виморожуючі пастки.

Шкідливість пари ртуті викликала необхідність пошуку її замінників.

12. 8. Паромасляні насоси

Довготривалі пошуки заміни ртуті привели до розробки паромасляних вакуумних насосів, тобто насосів, робочою рідиною в яких було спеціальне вакуумне масло. Такі масла застосовують і сьогодні, але на відміну від ртуті вони не однорідні, а є сумішшю великої кількості фракцій, які мають як різні температури кипіння, тиск насиченої пари, так і інші якості. У зв’язку з цим ці масла при нагріванні розкладаються на легкі та важкі фракції. Утворення легких фракцій збільшує пружність пари і якщо їх безперервно не видаляти, то це приведе до зростання граничного тиска, тобто погіршення роботи насоса.