Пароструйные насосы их виды и принцип действия

Выделяют группы насосов: эжекторные, такие как водоструйные насосы (давление 17…1013мбар), пароэжекторные насосы (10-3…10-1 мбар) и диффузионные насосы (давление p <10-3 мбар).

Эжекторные насосы

Эжекторные вакуумные насосы используются в основном для создания среднего вакуума. Диффузионные насосы используются для создания высокого и сверхвысокого вакуума. Оба типа насосов работают с быстрым потоком рабочей жидкости в виде пара или жидкости (водоструйные – с парами воды, парами масла или ртути). Принцип откачки всех пароструйных насосов основан на одном эффекте. Молекулы откачиваемого газа удаляются из камеры и попадают в струю рабочей жидкости, выходящую из сопла. Молекулы в струе рабочей жидкости передают импульс молекулам газа через столкновения в направлении потока. Таким образом, откачиваемый газ двигается в сторону пространства, имеющего большее давление.

Пароструйные насосы

В пароструйных насосах соответствующее давление паров поднимается во время работы и зависит от типа рабочей жидкости, температуры и конструкции сопла. Для паромасляных насосов оно может достигать 1 мбар в камере кипения. Выпускное давление в насосе должно быть достаточно низким, чтобы создавать поток пара. Чтобы обеспечить это, таким насосам требуется соответствующий форвакуумный насос, обычно механический. Струя пара не может попасть в камеру, т.к. конденсируется на внешних холодных стенках насоса после выхода из сопла.

В. Геде первым предложил откачивать газы при низких давлениях с помощью струи рабочей жидкости под высоким давлением, и таким образом перемещать молекулы газа из области низкого общего давления в область высокого общего давления. Это парадоксальное состояние создается потому, что струя пара изначально свободна от газов, поэтому газы из области высокого парциального давления газа (вакуумной камеры) могут проникать в область низкого парциального давления газа (струя пара). Этот принцип Геде был использован Лангмюром в 1915 г при создании первого диффузионного насоса. Первый диффузионный насос был ртутным диффузионным насосом, изготовлен из стекла и металла. В шестидесятых годах ртуть была полностью заменена маслом. Чтобы получить как можно более высокую скорость струи пара он предложил выпускать пар из сопла со сверхзвуковой скоростью. Рабочая жидкость в виде струи пара конденсируется на холодной стенке корпуса насоса, а транспортируемый газ сжимается обычно на одной или нескольких последующих ступенях перед тем, как будет удален форвакуумным насосом. Коэффициент компрессии, который можно получить в пароструйных насосах очень высокий: если давление на входе в насос 10-9 мбар, а выпускное давление 10-2 мбар, то коэффициент компрессии будет 107 мбар.

В основном предельное давление пароструйных насосов ограничивается значением парциального давления жидкости при рабочей температуре насоса. На практике его пытаются улучшить за счет установки экранов или холодных ловушек.

Они являются конденсаторами между насосом и вакуумной камерой, и поэтому предельное давление, которое можно получить в вакуумной камере, теперь будет ограничено парциальным давлением рабочей жидкости при температуре ловушки (экрана).

Типы пароструйных насосов разделяются по плотности рабочей жидкости на выходе из сопла с высоковакуумной стороны насоса:

1. Пар низкой плотности
Диффузионные насосы
Паромасляные насосы
Ртутные диффузионные насосы

2. Пар высокой плотности
Водоструйные, Паромасляные /эжекторные, Па-
рортутные насосы

3. Комбинированные насосы
Паромасляные/ пароэжекторные насосы

4. Пароэжекторные (водоструйные) насосы

Охлаждение пароструйных насосов

Мощность нагревателя, которая постоянно подается для испарения рабочей жидкости в пароструйном насосе, должна рассеиваться за счет эффективного охлаждения. Энергия, необходимая для откачки газов и паров, минимальна. Внешние стенки диффузионного насоса обычно охлаждаются водой. Небольшие паромасляные насосы могут иметь принудительное воздушное охлаждение, т.к. низкая температура стенок не имеет решающего значения, как в ртутных насосах. Паромасляные насосы могут хорошо работать при температуре стенок 30°С, а стенки ртутных насосов должны охлаждаться до 15°С. Что-бы защитить насос от опасной неисправности в подаче охлаждающей воды, следует установить индикатор циркуляции воды. Следует избегать испарения рабочей жидкости со стенок.