Паромасляные (диффузионные) насосы принцип действия, быстрота откачки, дегазация

Эти насосы состоят из корпуса 3 с охлаждаемыми стенками 4 и 3-х…4-х ступенчатой системой сопел А-D. Масло в качестве рабочей жидкости находится в кипятильнике 2 и испаряется из него с помощью электрического нагревателя 1. Потоки пара рабочей жидкости поднимаются по трубам и выходят со сверхзвуковой скоростью через кольцевые сопла А-D.

После выхода поток в форме зонтика достигает стенок, где происходит конденсация рабочей жидкости. Жидкий конденсат стекает вниз в виде тонкой пленки вдоль стенки и в итоге попадает обратно в кипятильник. Из-за растекания струи плотность потока относительно низкая. Диффузия воздуха и других газов (паров) в струю происходит так быстро, что несмотря на высокую скорость струи становится виртуально полностью насыщена откачиваемой средой. Поэтому в широком диапазоне давлений диффузионные насосы имеют высокую быстроту действия. Она практически постоянна при давлении ≤10-3 мбар, т.к. воздух при таком низком давлении не может влиять на струю, и направление струи не изменяется. При высоком входном давлении направление струи меняется, в результате чего быстрота откачки понижается пока, при 10-1 мбар, не становится неизмеримо мала.

Выпускное (форвакуумное) давление так же влияет на струю пара и становится определяющим, если его значение превысит критическое значение. Этот предел давления называется максимальным выпускным давлением. Производительность выбранного форвакуумного насоса должна быть такой, чтобы количество газа, выходящее через диффузионный насос откачивалось без повышения выпускного давления, близкого максимальному выпускному давлению или чуть превышающего его. Достижимое предельное давление зависит от конструкции насоса, давления паров рабочей жидкости, максимальной возможной конденсации рабочей жидкости и чистоты камеры. Более того, обратный поток рабочей жидкости в вакуумную камеру следует максимально снизить с помощью экранов или холодных ловушек.

Дегазация рабочей жидкости насоса

Для диффузионных насосов необходимо проводить процесс дегазации рабочей жидкости (масла) перед тем, как она вернется обратно в бойлер. При нагреве продукты разложения могут подниматься в насос. Загрязнения со стенок так же могут попасть в насос или скапливаться внутри насоса на первой ступени. Эти составляющие рабочей жидкости, если их не удалить из насоса, могут значительно ухудшать предельное давление диффузионного насоса. Поэтому рабочую жидкость необходимо очищать от примесей и адсорбированных газов.

Этот процесс очистки является функцией ступени дегазации, через которую проходит циркулирующая рабочая жидкость перед возвратом в бойлер. На ступени дегазации удаляется большинство летучих примесей. Дегазация достигается за счет точно управляемого распределения температуры в насосе. Сконденсированная рабочая жидкость, которая стекает по охлаждаемым стенкам в виде тонкой пленки нагревается до 130 °С, что позволяет летучим компонентам испариться и покинуть насос благодаря откачке форвакуумным насосом. Поэтому в рабочей жидкости после процесса испарения содержатся только нелетучие компоненты.

Быстрота действия

Значение предельной быстроты действия S диффузионного насоса, т.е. быстрота действия на единицу площади действующей входной поверхности, зависит от нескольких параметров, включая положение и размер высоковакуумной ступени, скорость паров рабочей жидкости и молекулярной скорости C откачиваемого газа (уравнение 1.17 в разделе1.1). С помощью кинетической теории газов максимальная предельная быстрота откачки при комнатной температуре оценивается как:

S max = 11.6 л × с- × см- .

Это выражение совпадает с удельной молекулярной проводимостью отверстия. Обычно быстрота Действия диффузионного насоса для легких газов выше, чем для тяжелых газов.

Чтобы определить производительность (КПД) диффузионных насосов, определяется так называемый НО коэффициент. Он равен отношению действующей быстроты действия к теоретической, максимально возможной быстроте действия.