Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции / Лекция 2-2.doc
Скачиваний:
44
Добавлен:
16.04.2013
Размер:
339.97 Кб
Скачать

I — эжекторная ступень; II, III — дифузионные ступени

Давление газа (Рвых) под струёй больше давления Рвх над струёй, тем более Рвых больше давления газа в струе. Поэтому одновременно с диффузией газа сверху в струю происходит вредная диффузия газа снизу в струю. Газ, диффундировавший в струю снизу из области более высокого выходного давления, не выносится вверх, а увлекается струёй вниз и при конденсации пара выделяется обратно в область Рвых. Поэтому важен малый угол наклона струи к стенке.

Быстрота откачки диффузионного насоса стремится к верхнему пределу

S = (Av/4) Z, (2.7)

где А — площадь струи; v — скорость газа; vстр — скорость струи, Z = 1/ (1+v / 4 vстр).

Этот предел тем больше, чем больше скорость струи пара, однако уже при vстр = 2v быстрота откачки достигает 89% максимума, так что не требуются очень большие скорости струи. При vстр 2v достигается максимальная быстрота откачки идеального диффузионного насоса, равная S = Av0/4. Легко видеть, что этот же результат получают в предположении, что насос откачивает все молекулы, соударяющиеся без отражений с поверхностью его струи. На струю падает в единицу времени Av молекул, где v = nv0/4, в единице объема заключено n молекул; следовательно, падающим молекулам соответствует объем Av/n, т.е. Av0/4.

В действительности быстрота откачки насоса меньше максимальной. Обычно Z (см. уравнение 2.7) оказывается порядка 0,3–0,4. Эта величина определяется отражением молекул газа от струи, ограниченной пропускной способностью входного патрубка насоса, обратной диффузией и т. д.

Основной характеристикой пароструйных насосов является зависимость быстроты действия от давления на входе в насос. В средней области рабочих давлений быстрота действия постоянна и равна Smax. При приближении рабочего давления к предельному pпр 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 pз стремится к нулю.

Предельное давление насоса Рпр при низких давлениях на выходном патрубке Рвых слабо зависит от изменения последнего. Срыв характеристики насоса наступает при равенстве выпускного давления и давления паровой струи, соответствующего давлению Рв.

При увеличении мощности N подогрева насоса за счет увеличения скорости паровой струи быстрота действия вначале возрастает, достигает максимального значения при Nопт, а затем уменьшается из-за увеличения плотности паровой струи. Максимальное выпускное давление насоса pв при увеличении мощности подогрева непрерывно возрастает.

К рабочим жидкостям пароструйных насосов предъявляются следующие требования:

1) минимальная упругость паров при комнатной температуре и максимальная — при рабочей температуре в кипятильнике;

2) стойкость к разложению при нагревании;

3) минимальная способность растворять газы;

4) химическая стойкость по отношению к откачиваемым газам и по отношению к материалам насоса;

5) малая теплота парообразования.

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 струёй. Химическая стойкость определяет срок службы рабочей жидкости и накладывает ограничения на выбор конструкционных материалов насосов. При малой теплоте парообразования требуется меньшая мощность подогревателя насоса.

В качестве рабочей жидкости пароструйных насосов применяются минеральные масла, сложные эфиры органических спиртов и кислот, кремнеорганические соединения.

Криогенные насосы. Действие криогенных насосов заключается в адсорбировании и конденсации газов и паров на поверхности, температура которой значительно ниже температуры окружающей среды. Молекулы, ударяющиеся о такую поверхность, связываются ею, причем количеcтво связанных молекул тем больше для данного газа и определенного сорбирующего материала, чем ниже температура поверхности, поскольку время пребывания молекулы на поверхности с понижением температуры экспоненциально возрастает.

Криогенные насосы используются прежде всего для создания очень высокого вакуума. Их включают в работу обычно только после того, как с помощью других насосов (диффузионных, ионных) получено достаточно низкое давление.

Скорость откачки криогенных насосов, обычно имеющих большие поглощающие поверхности, бывают довольно большими. Она пропорциональна площади криогенной поверхности А и зависит от разности между количеством молекул, адсорбированных и десорбированных единицей поверхности за единицу времени.

Предельное давление р , создаваемое криогенным насосом, определяется по формуле:

р = (Т/Тк)1/2к/),

где Т- температура газа, Тк- температура криогенной поверхности, рк- равновесное давление пара (газа), соответствующее температуре Тк,  - коэффициент прилипания откачиваемого газа на криогенной поверхности.

Из формулы следует, что предельное давление зависит главным образом от давления паров рк при температуре криогенной поверхности Тк.

Конструкция криогенного насоса довольно проста (см. рис. 2.10). Это сосуд с большим отношением поверхности к объему и двойными стенками, между которыми находится криогенная жидкость Эта жидкость по мере испарения непрерывно пополняется.

С целью уменьшения скорости испарения криоагента (вследствие нагревания поверхности сосуда, в котором он заключен, от излучения окружающей среды) применяются охлаждающие экраны, обладающие промежуточной температурой между криогенным сосудом и окружающей средой. Так, например, сосуд с жидким гелием (при температуре 4 К) помещается в азот (при температуре 77 К). В этих условиях расход гелия значительно уменьшается по сравнению со случаем, когда сосуд, в котором содержится гелий, находится непосредственно под действием окружающей среды (С температурой 300 К). Очевидно, что обе поверхности действуют как насосы: газы, легко конденсирующиеся, на обеих поверхностях, а газы, трудно конденсирующиеся, - на поверхности сосуда с гелием. Отсюда следует, что сначала надо включать азотный насос, а затем гелиевый.

Рис. 2.10.

Соседние файлы в папке Лекции