Принцип работы диффузионного насоса

Принцип работы диффузионного насоса

6913
0

диффузионный насос принцип работыДиффузионные насосы относятся к приборам получения высокого (сверхвысокого) вакуума. Рассмотри особенности строения и функционирования, принцип работы диффузионного насоса на примере модели с четырьмя ступенями откачки. Нагревателем в кипятильнике создается требуемое давление пара, который поднимается по паропроводам, доходит до кольцевых зазоров сопл диффузионных ступеней откачки (первой, второй, третьей), а также цилиндрического эжекторного сопла.

После прохождения через сопло пар ускоряется, теряет плотность, давление. Расширяющаяся струя, направленная на внутреннюю сторону охлаждаемого корпуса. На нем пар конденсируется, образуется жидкостный затвор, который стекает в кипятильник.

Принцип работы

Молекулы газа летят против струи пара, достаточно просто проникают в нее. Пар с молекулами газа достигают стенки насоса, где конденсируется. Молекулы газа испаряются под струей и движутся с тепловыми скоростями. Они не в состоянии преодолеть барьер, образуемый струей пара. Ее плотность и скорость не оставляет и ничтожной вероятности, что молекулы газа могут пролететь через струю не столкнувшись ни с одной молекулой пара ничтожно мала. После столкновения газ приобретает импульс и направление движения в сторону откачки. Он возвращается под струю либо на стену корпуса.

быстрота действия диффузионного насоса

Рис. Зависимость быстроты действия диффузионного насоса от впускного давления.

Направление движения пара после столкновения практически не изменяется из-за большей массы. Так струя перемещает молекулы газа к выхлопному патрубку (откачка) и является преградой, которая разделяет области разных давлений. Поэтому перетечки газа из области с высоким давлением в сторону низкого не происходит.

Общее воздействие отдельных столкновений молекул газа и пара оказывает давление на струю. Ограниченность кинетической энергии молекул пара означает, что струя выдерживает определенное давление. Его превышение ведет к срыву струи, прорыву преграды, которая разделяет области разных давлений, и нарушается процесс откачки.

Чтобы на выходе поддерживалось достаточно высокое давление, в корпусе расположены последовательные ступени откачки (сопл):

  1. верхняя — при низком давлении срыва струи происходит максимальная скорость откачки из-за низкой ее плотности и максимального сечения прохода (ограничено корпусом с соплом);
  2. более высокое давление срыва струи обладает скоростью откачки, достаточной для обеспечения давления под первой ступенью ниже давления срыва струи и далее.

Наивысшее давление срыва струи (около 10 Па) располагается у сопла. Эжекторная ступень откачки располагается на выходе и устанавливает его наивысшее выпускное давление (выходном сечении, при нем насос может выполнять откачку).

вакуумная система с диффузионным насосом

Рис. Схема вакуумной системы с диффузионным насосом.

После диффузионного размещается форвакуумный насос, который воспринимает поток откачиваемого газа, обеспечивает на выходе вакуум, предназначенный для нормальной работы.

Диффузия газа сверху осуществляется одновременно с вредной диффузией газа снизу. Газ, диффундировавший снизу (со стороны более высокого давления), идет со струей вниз, а после конденсации выделяется в область Рвых. Важно, чтобы угол наклона струи к стенке был малый.

Снижение наивысшего выпускного давления влечет к определенным неудобствам. Даже высокопроизводительные насосы имеют чрезмерно высокое остаточное давление с меньшей скоростью действия в районе предельного остаточного давления.

Поэтому возник промежуточный бустерный насос, обладающий наибольшей быстродействия в диапазоне выпускных давлений и выпускное давление, равное максимальной быстродействия форвакуумного насоса.

После конструкции насоса важным фактором, определяющим предельное остаточное давление, является применяемое масло.

Рабочая жидкость должна соответствовать следующим требованиям:

  1. минимальная упругость паров (комнатная температура);
  2. максимальная упругость паров (рабочая температура в кипятильнике);
  3. устойчивость к разложению под нагреванием увеличивает долговечность рабочей жидкости и максимальное выпускное давление;
  4. минимальная способность к растворению газов, что увеличивает обратный поток газов через сопло;
  5. химическая устойчивость к откачиваемым газам и материалам насоса определяет
  6. долговечность рабочей жидкости и определяет выбор материалов;
  7. небольшая теплота парообразования, при этом необходима меньшая мощность подогревателя.

Минимальная упругость паров (комнатная температура) необходима для достижения меньшего предельного давления. Максимальное давление паров (рабочая температура кипятильника) вызывает выпускное давление, уменьшает требуемую мощность подогревателя.

В насосах рабочей жидкостью может служить:

  1. токсичную ртуть используют только при откачке ртутных систем;
  2. недорогие минеральные масла (обычно применяются);
  3. дорогостоящие эфиры органических спиртов, кислот применяются в системах, где необходимо получение сверхвысокого вакуума;
  4. кремнийорганические соединения используются в системах, где происходит частый напуск атмосферного воздуха.

Достоинства ртути:

  1. не окисляется;
  2. имеет однородный состав;
  3. не разлагается под рабочими температурами;
  4. растворяет небольшое количество газов;
  5. высокая упругость пара (рабочая температура кипятильника).

Недостатки ртути:

  1. токсичная;
  2. химически активная;
  3. выcокая упругость паров (комнатная температура).

Минеральные масла производятся вакуумную дистилляцию продуктов переработки нефти, их характеризует:

  1. низкая упругость пара (комнатная температура);
  2. удовлетворительная термостойкость;
  3. невысокая термоокислительная устойчивость, поэтому образуются налеты на деталях насоса.

Эфиры являются продуктами синтеза кислот (фталевой, себациновой) с высшими спиртами. Также это полифениловые соединения из бензольных радикалов.

Кремнийорганические жидкости являются полисилоксановыми полимерными соединениями, образованные из функциональных групп, имеют высокую термоокислительную устойчивость и низкую упругость пара (комнатная температура).

НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

ОТВЕТИТЬ