12. 8. 1. Робочі рідини для паромасляних насосів

Масла, які можна використовувати для забезпечення роботи паромасляних насосів, повинні задовольняти наступним вимогам:

1. мати низький тиск насиченої пари при кімнатній температурі, щоб можлна було відмовитися від виморожуючих пасток;

2. мати якомога більшу термічну стійкість, тобто не розкладатися на фракції при нагріванні до високих температур;

3. мати якомога більшу термоокислювальну стійкість при прориві до нагрітого масла атмосферного повітря;

4. мати низьку поглинальну властивість відносно газів;

5. мати малу теплоту пароутворення.

Таким вимогам добре задовольняють високомолекулярні синтетичні рідини, що називаються кремнійорганічним або силіконовим маслом, до складу яких входять вуглеводні й окис кремнію.

Широке розповсюдження отримала вакуумна кремнійорганічна рідина ВКР-94А. Тиск її насиченої пари 5 Торр при 20 С, хоча вона має порівняно високу вартість.

Для насосів спеціального призначення використовують поліфенилметилсилоксанові суміші марок ПФМС-1, ПФМС-2 та ПФМС-3, які мають ще більш високу термоокислювальну стійкість.

Широке застосування мають менш вартісні рідини у вигляді складних ефірів та масла, які отримують шляхом дистиляції нафти і називаються відповідно октойлями ОФ і ОС та мінеральним маслом марки ВМ-1 або ВМ-2.

Октойл ОФ – фталат октилу С H (COOC H ) і октойл ОС– себакат октилу С H (COOC H ) мають низький тиск насиченої пари, хоч і більший на один порядок за тиск рідини ВКР-94А, але їх термічна й термоокислювальна стійкість низька. При прориві до працюючого насоса атмосферного повітря вони стають непридатними для подальшої роботи.

Мінеральні масла ВМ-1 або ВМ-2 отримують в результаті розгонки під вакуумумом медичного вазелінового масла. При нагріванні легкі фракції починають випарюватися вже при 80 С одночасно з видаленням повітря та вологи, яка розчинені в маслі. Подальше нагрівання до 220-230 С призводить до випарювання більш важких фракцій, які збирають і використовують для роботи паромасляних насосів. Тиск насиченої пари цих масел такий же, як тиск рідини ВКР-94А, але термічна та термоокислювальна стійкість низька.

12. 9. Металевий розгінний паромасляний насос

Оскільки при нагріванні вакуумного масла спочатку випарюються легкі фракції, а потім важкі, то доцільно використовувати це, тобто розгонку, в дифузійних насосах. У розгінних паромасляних насосах відбувається автоматичне розділення масла на фракції, через деякий час після початку його роботи важкі фракції масла концентруються у паропроводі, що зв’язаний з високовакуумним соплом. Автоматична розгонка дозволяє досягти стійкого граничного тиску не нижче ніж Торр.

Розглянемо будову і принцип роботи високовакуумного паромасляного насоса ММ-40А, який є розгінним і двоступінчастим. Поздовжній розріз дифузійного насоса ММ-40А наведено на рис. 12.11.

К

Рис. 12-11.

онсруктивно насос складається з трьох коаксіально розміщених металевих циліндричних паропроводів. Два внутрішніх циліндри з одного кінця мають парасольчате сопло, а другий кінець занурений в резервуар з робочою рідиною(вакуумним маслом). Зовнішній циліндр приєднаний відкритим кінцем до відкачної камери, частина його поверхні охоплена камерою водяного охолодження. Пара, що утворюється при нагріванні робочої рідини (вакуумного масла) в резервуарі 1, який ще називають загальним випарювачем, потрапляє до дифузійних сопел 12, 13 через самостійні канали. До верхнього сопла вона потрапляє через перший внутрішній циліндр-паропровід 6, а до нижнього – через другий циліндр 3, до якого пара потрапляє через кільцеву щілину, що створена між ними в розширенні циліндра 3. Між корпусом насоса (зовнішній циліндр) 5 і другим циліндром у нижній частині створена камера 20 у вигляді вузької кільцевої щілини, куди стікає масло після конденсації на внутрішній поверхні охолоджувача 13. Насос охолоджується водою, яка підводиться під тиском обовязково до нижнього патрубку 7 і відводиться через верхній патрубок 8. Вода повинна бути чистою, щоб при єксплуатації не засмічувати осадками охолоджувач, який є вузьким проміжком між корпусом насоса і водяною оболонкою. З камери 20 масло перетікає через невеликі отвори до камери 21, а потім таким же чином до камери 19 і, нарешті, до центральної камери 18 загального для усіх камер випарювача-резервуара 1. Камери 19, 21 відокремлені між собою спеціальним розподільним циліндром 2 у вигляді стакана з невеликими отворами в нижній частині для перетікання масла. За такої будови насоса при нагріванні виникає розгонка масла, тобто відокремлення та використання пари легких фракцій масла.

Спочатку розрідження газу буде створюватись першим ступенем насоса під дією струменя пари легких фракцій масла з сопла 14, які почнуть випарюватися при нижчій температурі ( > 180 С), а потім другим ступенем під дією струменя пари більш важких фракцій масла з верхнього сопла 12, які почнуть випарюватися при вищій температурі (<220 С). Такий насос може працювати з менш стійким маслом і забезпечувати порівняльно низький граничний тиск (3 Торр ).

Щ

Рис. 12.11.

об зменшити зворотній потік пари масла, що нагрівається в камері 20, над нею установлені манжети 17 і розміщуються дещо нижче отвору 16 випускного патрубка 15. Для зменшення граничного тиску між впускним отвором насоса 10 і високовакуумним соплом 12 розміщується дефлектор 11. Потік пари масла, що потрапляє на поверхню дефлектора, відзеркалюється, а також частково конденсується, що зменшує проникнення його до вакуумної системи.

Нагрівання масла здійснюється приєднанням до насоса плоского нагрівача-електроплитки 22 з відкритою спіраллю. Центральна частина випарювача, де скупчуються найбільше важкі фракції масла, повинна нагріватись більше, ніж інші частини. З цією метою у випарювачі розміщують металеву шайбу, що має виїмку посередині. Закріплюється насос спеціальною поличкою 9.

Насос створює найбільший випускний тиск у межах 0,05-0,1 Торр, і має швидкодію 30-40 л/с в межах робочого тиску - Торр.

Розігрівається насос, тобто виходить на робочий режим через 20-25 хв. після підключення нагрівача. На початку роботи може виникати інтенсивне газовиділення з масла газів, що поглинуло масло після приєднання насоса до вакуумної системи, але через 20-40 хв. насос починає працювати на повну потужність. Щоб запобігти газовиділенню потрібно після вимикання нагрівача утримувати насос під вакуумом.