Пароструйные вакуумные насосы

Цейтлин А.Б.

Энергия, 1965 г.

Бустерные насосы применяются для откачки больших количеств газа из вакуумных установок при давлениях 10-1 - 10-4 мм рт. ст.

Основные требования, предъявляемые к характеристикам бустерных насосов: большая быстрота действия в указанном диапазоне давлений и большая величина наибольшего выпускного давления.
Область рабочих давлений бустерных насосов характерна тем, что в ней режим течения откачиваемого газа является переходным от чисто вязкостного — на верхней границе диапазона (10-1 мм рт. ст.)— до чисто молекулярного — на нижней границе диапазона (10-4. мм рт. ст.) Эта особенность условий работы насоса определяет в значительной мере механизм откачки газа насосом.
Увеличение газа паровой струей в бустерном насосе, как уже указывалось, обусловливается вязкостным трением на границе струя — газ и диффузией газа в струю. При высоких давлениях определяющим является процесс вязкостного «захвата» газа, при низких давлениях— процесс диффузии. В связи с этим для лучшего откачивающего действия при высоких давлениях струя должна быть достаточно плотной, при низких же давлениях— достаточно разреженной. Но так как режим истечения паровой струи не зависит практически от давления откачиваемого газа в рабочем диапазоне впускных давлений и в процессе откачки остается неизменным, то его приходится выбирать с таким расчетом, чтобы получить достаточно высокую быстроту действия во всей рабочей области как при высоких, так и при низких давлениях. Естественно, что такой режим не будет оптимальным для работы в отдельности при высоких и низких давлениях, но будет оптимальным для всей области рабочих давлений в целом. Соответственно быстрота действия насоса в зависимости от впускного давления изображается кривой с максимумом при некотором среднем давлении для выбранной области рабочих давлений.
- Изменяя режим истечения паровой струи (например, изменением подводимой к насосу мощности), можно сдвигать максимум кривой в область высоких или низких давлений.
В насосе БН-3, как и в большинстве других бустерных насосов подобного типа, кипятильник имеет размеры, несколько увеличенные в сравнении с диаметром корпуса насоса. Это обусловлено тем, что количество тепла (мощность подогрева), необходимое для работы бустерного насоса, относительно велико, и потому во избежание больших удельных тепловых нагрузок на днище кипятильника приходится увеличивать его поверхность. Так, в насосе БН-3 удельная тепловая 'нагрузка составляет ~6 вт/см2 днища кипятильника. Уже при такой тепловой нагрузке оказывается довольно сильным бурление масла в кипятильнике насоса, ухудшающее теплопередачу от днища кипятильника к маслу и приводящее, кроме того, к нерациональной затрате мощности на поднятие капелек жидкости с поверхности масла при бурлении. Для спокойного кипения масла без бурления удельная тепловая нагрузка не должна превышать 3— 4 вт/см2. В конструкциях кипятильников, подобных кипятильнику насоса БН-3, удельные тепловые нагрузки обычно превышают эту величину, так как в противном случае габаритные размеры кипятильника оказываются весьма значительными.
Вообще говоря, кипятильники такого типа наряду с их конструктивной простотой обладают рядом существенных недостатков. Кроме только что указанного — больших тепловых нагрузок — следует отметить также значительные тепловые потери (~20% от подводимой мощности), и трудность осуществления слива рабочей жидкости из насоса и его промывки (наличие подвешиваемого снизу электронагревателя затрудняет возможность устройства сливных трубок из кипятильника).