Лекція 3 тема Ежекторні вакуумні насоси
ВикладачКоньов С.А.
Лекція 3
Ежекторні вакуумні насоси
Ці насоси призначені для відкачування повітря та інших газів від атмосферного тиску до 100 Па.
Робоча речовина, потрапляючи через сопло 1 під тиском 2.5 10 5 Па в камеру змішування і розширюючись, а потім дифузор 2 захоплює повітря. В результаті цього створюється вакуум лінії клапана 8. У дифузорі статичний тиск суміші води і газу за рахунок зменшення швидкості підвищується до атмосферного тиску. Суміш води з газом стікає в бачок 3, звідки стікає в дренажну лінію, приєднану до патрубка 4.
Для виходу газу з бачка у фланці 5 передбачено отвір. Насос приєднується до вакуумної системи через кран 8. Резервуар 7 призначений для прийому води, що засмоктується через дифузор бочка у разі аварійного припинення подачі. Через кран 6 подається повітря в резервуар при зупинці насоса, а також запобігає всмоктуванню води.
Продуктивність насоса збільшується з підвищенням тиску води. Граничний залишковий тиск насоса практично дорівнює пружності пари води і збільшується з підвищенням її температури.
Водоструйні насоси часто застосовуються в системах безмасляного відкачування, останнього ступеня пароежекторного насоса.
Пароежекторні насоси призначаються для безмасляного відкачування великих судин до тиску 1-10 -1 Па. Пароежекторні насоси можуть бути з одним ступенем, двох і більше ступінчастими послідовно приєднаними один одному.
Тема: "Високовакуумні пароструминні насоси"
- Теорії високовакуумного дифузійного насоса (ДН)
1.1. Теорія Геде (Gaede)
Перші моделі високовакуумних насосів з'явилися в 1912-1915 р.р.розгляд роботи РН дав Геде у роботах:
- Gaede W., Ann. d. Phys., Bd., 41, 289, 1913;
- Gaede W., Ann. d. Phys., Bd., 46, 357, 1923;
- Gaede W., Ann. d. Phys., Bd., 4, 337, 1923.
У своїх роботах Геде показав, що фізичною основою роботи РН лежить дифузія газу в паровий струмінь.
У моделі не враховувалося:
- наявність певної структури струменя при закінченні пари із сопла;
- вплив структури струменя на роботу насоса;
- паровий потік приймався рівномірно- розподіленим по всьому перерізу робочої камери насоса і швидкостями, щільностями і тисками, що рухаються з однаковими по перерізу.
По трубці від А до В рухається ртутна пара. У перерізі G відбувається дифузія пари в паровий струмінь. Дифузія відбувається в результаті різниці парціальних тисків газу, що відкачується в ртутній парі і перерізі G. Між перерізами G і С постійно є градієнт концентрацій (парціальних тисків). Для запобігання попаданню пари ртуті в переріз С на трубці G-C встановлені холодильники-конденсатори Е-К і К'-F'.
1.2. Теорія Яккеля (Jaeckel).
Теорія викладена у роботах:
- Яккель Р. Отримання та вимірювання вакууму. (Пер. з ньому.), Вид-во ін. літ., 1959 р.
- Jaeckel R., Ztschr. techn. Phys., Bd. 23, 177, 1942.
- Jaeckel R., Ztschr. Naturf., № 2а, 666, 1947.
- молекули пари виходячи із сопла, рухаються з постійною, рівномірно розподіленою по перерізу робочої камери насоса швидкістю, паралельно осі сопла;
- наявність молекул пари, що рухаються убік, протилежну потоку та їх впливом геть роботу насоса- не враховуються.
- Режим граничного вакууму (S=0);
- режим відкачування (S ¹ 0).
Теорія Яккеля дозволяєвизначити:
- залежність швидкості дії насоса від швидкості та щільності парового струменя;
- швидкість дії насоса дорівнює площі дифузійної діафрагми;
- швидкість дії насоса, що залежить від проти дифузії газу через струмінь, молекулярної ваги газу, що відкачується;
- залежність граничного залишкового тиску від молекулярної ваги газу, щільності та швидкості парового струменя;
- визначити Smax і вакуум-фактор Но=Sнас/Sтеор (Сімплекс Хо);
- зміна Зростання. та ступеня стиснення при зміні молекулярної ваги газу.
1.3. Теорія Неллера
Відкрив можливість дослідження впливу струменя пари за допомогою методів газової динаміки. Фотографував та досліджував струмінь пари.
Детальний розгляд дії, що відкачує, на основі кінетичної теорії газів має привести до створення теорії, що не містить довільних параметрів і неточних припущень. У разі рівноваги, розподіл швидкості мовляв. газу в обсязі, що відкачується, являє собою Максвелловское розподіл, середня швидкість дорівнює 0 і ніякого газового потоку не існує. У процесі відкачування, Максвелловское розподіл швидкостей помітно змінюється лише з вході насос, де відбувається взаємне зіткнення мол-л газу та пари. Але в змішувальній камері насоса щільність струменя пари досить низька, завдяки чому в неї легко проникають мол. газу, але одночасно ця щільність перешкоджає зворотній дифузії мовляв. газу з форвакуумного боку. Розподіл швидкостей в змішувальній камері насоса відбувається за законом Максвелла, т.к. має місце безперервне зіткнення мовляв. газу та пари, тому ДН відкачує мовляв. газу.
Припущення щодо процесу відкачування:
"взаємні зіткнення мол. газу та пари впливають на розподілшвидкостей мовляв. газу, внаслідок чого виникає газовий потік, спрямований у форвакуумний бік. Цей процес спостерігається як у камері змішування, так і на вході в насос. Тому немає необхідності розглядати дію, що відкачує окремо в різних місцях змішувальної камери".
Розрахунки, Неллер провів лише з координати Х ( спрямована вздовж осі насоса), Передбачалося, що складова швидкості пари Voy впливає газовий потік у бік Y, а впливає лише розподіл щільності газу.
2. Характеристики дифузійних насосів
Зі зростанням впускного тиску зростає і випускний тиск. Воно регламентується величиною швидкості дії форвакуумного насоса. Збільшення випускного тиску призводить до виникнення стрибка ущільнення в струмені, переміщенні його до сопла і відриву струменя від стінок насоса, що призводить до виникнення перетікання молекул з форвакууму в бік високого викууму.
Швидкість дії РН залежить:
- Від роду газу, що відкачується, і його температури;
- розмірів ДН, площі дифузійної діафрагми, форми корпусу;
- роду робочої рідини та структури парового струменя;
- конструкції ДН;
- величини випускного тиску
2.1.1. Залежність швидкості дії ДН від площі дифузійної діафрагми.
Про вплив площі дифузійної діафрагми на швидкість дії вакуумного насоса:
- Holstmark F., Ramm W., Westin S., Rev. SCI. Justrum., № 8, 90, 1937.
- Грошковський Я. Технологія високого вакууму (пер. З польськ.) Вид-во ін. Літ., 1957.
2.1.2. Залежність швидкості дії від структури струменя.
Під структурою струменя розуміється характер розподілу та величини параметрів:
- густини;
- швидкості;
- тиску;
- температури у струмені.
2.1.3. Залежність швидкості дії ДН від роду газу, що відкачується
Часто практично вважають, що , що ніколи не виконується й у разі .
При відкачуванні легких газів швидкість дії ДН не підпорядковується цьому рівнянню. S залежить від зворотної дифузії молекул газу з форвакуумної області область високого вакууму. Для вибору оптимальної потужності при відкачуванні газів різної молекулярної ваги можна користуватися з допустимою для практики точністю рівнянням:
2.1.4. Залежність швидкості дії від величини випускного тиску.
2. Найбільший випускний тиск
Для парортутних ДН: 0.5-3 мм рт.ст.
Для паромасляних: 0.1-0.3 мм рт.ст.
N1 Питома швидкість дії площа дифузійної діафрагми. Для більшості пароструминних дифузійних вакуумних насосів S`= 3.5 - 5.5 л/(см 2 ).
Курс на практиці підготує докваліфікованої експлуатації та обслуговування сучасноговакуумного обладнання. Програма курсу адаптується під вимоги групи учнів і містить практику з поширених в Україні приладів, аксесуарів та методик.