Коллектив авторов - Большая энциклопедия техники

Основные характеристики пароструйных диффузионных насосов существенно зависят от молекулярной массы откачиваемого газа, что связано с большим коэффициентом диффузии у легких газов (водород, гелий) через паровую струю, чем у тяжелых газов (аргон, азот). Имеет место влияние выпускного давления азота и водорода на предельное остаточное давление. Увеличение выпускного давления азота в довольно широких пределах не влияет на предельное остаточное давление; только при превышении наибольшего для данного насоса выпускного давления Р наибпроисходит резкое повышение давления на впуске, и насос прекращает работу.

Увеличение выпускного давления водорода сразу же сказывается на предельном остаточном давлении насоса. Теоретическая быстрота действия S гпаровой струи при молекулярном режиме течения газа определяется проводимостью входного сечения насоса. Истинная быстрота действия насоса S нза счет отражения части молекул от струи и противодиффузии газа меньше теоретической S T; отношение S H/ S T= α зависит от рода газа и составляет обычно для воздуха 0,3—0,5.

Быстрота действия диффузионных насосов уменьшается как в области высоких давлений, так и в области предельного остаточного давления. Уменьшение быстроты действия диффузионного насоса в области высоких давлений объясняется возрастанием выпускного давления (из-за ограниченности быстроты действия форвакуумного насоса) и нарушением работы паровой струи. Уменьшение быстроты действия в области предельного остаточного давления связано с возрастающим влиянием заноса газа в верхнее сопло и противодиффузии газа через струю. Состав остаточных газов паромасляного диффузионного насоса представляет собой широкий набор углеводородных соединений с массовыми числами до 250. С помощью эффективных ловушек из состава остаточных газов могут быть исключены практически все углеводородные соединения. Обратный поток паров масла, поступающий в единицу времени с единицы площади сечения впускного патрубка диффузионного насоса, работающего без ловушки, составляет обычно 1—5 мг/(ч × см 2). С помощью эффективных ловушек эта величина может быть уменьшена до 1 × 10 -5– 1 × 10 -6мг / / (ч × см 2). Резкие непродолжительные увеличения обратного потока паров масла имеют место в периоды запуска и остановки насоса, когда паровая струя еще не сформировалась или уже потеряла форму. Часто диффузионный насос с затвором, маслоотражателем и ловушкой выполняется как единая вакуумная установка, которая называется вакуумным агрегатом.

Практические указания по эксплуатации.Струйные насосы должны эксплуатироваться только с рекомендованной рабочей жидкостью, для которой заводом-изготовителем (разработчиком) выбраны критические проходные сечения сопл и режим эксплуатации. Эксплуатационные мероприятия сводятся в основном к сохранению количества и качества рабочей жидкости в насосе и к мерам защиты откачиваемого сосуда от чрезмерного проникновения в него паров масла. Для этого следует придерживаться обычной последовательности операций при запуске насоса: откачать пароструйный насос форвакуумным насосом, включить подачу охлаждающей воды, включить нагреватель (при этом возможно небольшое увеличение давления за счет газовыделения из разогревающегося масла); после запуска насоса (через 30—60 мин в зависимости от его размеров) охладить азотную ловушку и медленно открыть затвор или кран на входе насоса (при этом давление в откачиваемом сосуде должно быть не выше рекомендованного начального давления). Остановка насоса всегда начинается с закрытия затвора, затем размораживается азотная ловушка и после этого выключается нагреватель. Форвакуумная откачка и водяное охлаждение прекращаются после охлаждения кипятильника, которое можно ускорить, сняв нагреватель и обдувая кипятильник воздухом. В некоторых насосах в днище кипятильника имеются каналы водяного охлаждения, что значительно сокращает время охлаждения насоса.

Рассмотрим аварийные ситуации. При разгерметизации откачиваемого сосуда или прекращении подачи охлаждающей воды должен быть перекрыт затвор на впуске насоса и отключен нагреватель; форвакуумная откачка при этом продолжается. При аварийной остановке форвакуумного насоса должны быть перекрыты форвакуумный кран и затвор на впуске, а также отключен нагреватель. При выходе из строя нагревателя должен быть перекрыт затвор на впуске. Работа нагревателя при повышенном давлении в насосе (например, если забыли включить форвакуумную откачку или при аварии в форвакуумной системе некоторое время не был отключен нагреватель) ведет к перегреву рабочей жидкости. В таких случаях следует до начала форвакуумной откачки дать рабочей жидкости несколько остыть, отключив нагреватель, в противном случае бурное вскипание перегретой рабочей жидкости приводит к сильным выбросам ее из насоса. Некоторый вынос рабочей жидкости в форвакуумную коммуникацию происходит при прохождении через разогретый насос больших потоков газа.

Принцип действия турбомолекулярного насоса основан на сообщении молекулам разреженного газа направленной дополнительной скорости быстро движущейся твердой поверхностью.

Рабочий механизм насоса образован роторными и статорными дисками, имеющими радиальные косые пазы – каналы, боковые стенки которых наклонены относительно плоскости диска под углом 40—15°; причем пазы статорных дисков расположены зеркально относительно пазов роторных дисков. Между статорными дисками и валом ротора и между роторными дисками и корпусом насоса имеются зазоры. При молекулярном режиме течения газа в насосе, т. е. при давлениях ниже 10 -1—1 Па, такая система подвижных и неподвижных пазов обеспечивает преимущественное прохождение молекул газа в направлении откачки. Действительно, молекула газа, прошедшая через статорный паз (или отразившаяся от статорного диска и движущаяся к роторному диску слева), попав в паз роторного диска, имеет большую вероятность пройти через него, так как боковая стенка роторного паза уходит с пути молекулы. Стенка не может ее нагнать, в то время как такая же молекула, подходящая к роторному диску справа, т. е. против направления откачки, вошедшая в паз, будет с большой вероятностью задержана стенкой роторного паза и отражена обратно в направлении откачки. Молекулы, отраженные роторным диском, кроме тепловой скорости, приобретают дополнительную скорость. Эта скорость равна окружной скорости роторного диска и направлена параллельно оси насоса. Благодаря соответствующему углу наклона боковых стенок статорного паза здесь также обеспечивается преимущественное прохождение молекул в направлении откачки.