8-812-740-66-02
8
-812-989-04-49
info@vactron.org


Конспект лекций "Вакуумная техника"

Преподаватель Конев С.А.

Лекция 3

Эжекторные вакуумные насосы

Данные насосы предназначены для откачки воздуха и других газов от атмосферного давления до 100 Па.

Рабочее вещество, попадая через сопло 1 под давлением 2.5 105 Па в камеру смешения и расширяясь, а затем в диффузор 2 увлекает воздух. В результате этого создаётся вакуум в линии клапана 8. В диффузоре статическое давление смеси воды и газа за счёт уменьшения скорости повышается до атмосферного давления. Смесь воды с газом стекает в бачок 3, откуда стекает в дренажную линию, подсоединённую к патрубку 4.

Для выхода газа из бачка во фланце 5 предусмотрено отверстие. Насос присоединяется к вакуумной системе через кран 8. Резервуар 7 предназначен для приёма воды, засасываемой через диффузор бочка в случае аварийного прекращения её подачи. Через кран 6 подаётся воздух в резервуар при остановке насоса, а также предотвращает всасывание воды.


Производительность насоса возрастает с повышением давления воды. Предельное остаточное давление насоса практически равно упругости пара воды и увеличивается с повышением её температуры.

            Водоструйные насосы часто применяются в системах безмасляной откачки, последней ступени пароэжекторного насоса.

            Пароэжекторные насосы предназначаются для безмасляной откачки больших сосудов до давлений 1-10-1 Па. Пароэжекторные насосы могут быть с одной ступенью, двух и более ступенчатыми присоединёнными последовательно друг другу.

Тема: "Высоковакуумные пароструйные насосы"

  • Теории высоковакуумного диффузионного насоса (ДН)

1.1. Теория Геде (Gaede)

                Первые модели высоковакуумных насосов появились в 1912-1915 г.г.. Теоретическое рассмотрение работы ДН дал Геде в работах:

  • 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.

                В своих работах Геде показал, что физической основой работы ДН лежит диффузия газа в паровую струю.

                В модели не учитывалось:

  • наличие определённой структуры струи при истечении пара из сопла;
  • влияние структуры струи на работу насоса;
  • паровой поток принимался равномерно- распределённым по всему сечению рабочей камеры насоса и движущимися с одинаковыми по сечению скоростями, плотностями и давлениями.

                По трубке от А к В движется ртутный пар. В сечении G происходит диффузия пара в паровую струю. Диффузия происходит в результате разницы парциальных давлений откачиваемого газа в ртутном паре и сечении G. Между сечениями G и С постоянно имеется градиент концентраций ( парциальных давлений). Для предотвращения попадания паров ртути в сечение С на трубке G-C установлены холодильники- конденсаторы Е-К и К' - F '.


1.2. Теория Яккеля (Jaeckel).



Теория изложена в работах:

  • Яккель Р. Получение и измерение вакуума. (пер. с нем.), Изд-во ин. лит., 1959 г.
  • Jaeckel R., Ztschr. techn. Phys., Bd. 23, 177, 1942.
  • Jaeckel R., Ztschr. Naturf., № 2а, 666, 1947.       

Допущения:

  • молекулы пара выходя из сопла, движутся с постоянной, равномерно распределённой по сечению рабочей камеры насоса скоростью, параллельно оси сопла;
  • наличие молекул пара, движущихся в сторону, противоположную потоку и их влияние на работу насоса- не учитываются.
  • Режим предельного вакуума (S=0);
  • режим откачки (S ¹ 0).

                Теория Яккеля позволяет определить:

  • зависимость быстроты действия насоса от скорости и плотности паровой струи;
  • быстрота действия насоса равна площади диффузионной диафрагмы;
  • быстроту действия насоса, зависящую от противо диффузии газа через струю, молекулярного веса откачиваемого газа;
  • зависимость предельного остаточного давления от молекулярного веса газа, плотности и скорости паровой струи;
  • определить Smax  и вакуум-фактор Но= Sнас/Sтеор (Симплекс Хо);
  • изменение Рост. и степени сжатия при изменении молекулярного веса газа.

                1.3. Теория Неллера

                Открыл возможность исследования воздействия струи пара при помощи методов газовой динамики. Фотографировал и исследовал струю пара.

                Подробное рассмотрение откачивающего действия на основе кинетической теории газов должно привести к созданию теории, не содержащей произвольных параметров и неточных предположений. В случае равновесия, распределение скорости мол. газа в откачиваемом объёме представляет собой Максвелловское распределение, средняя скорость равна 0 и никакого газового потока не существует. В процессе откачки, Максвелловское распределение скоростей заметно изменяется только на входе в насос, где происходит взаимное столкновение мол-л газа и пара. Но в смесительной камере насоса плотность струи пара достаточно низкая, благодаря чему в нее легко проникают мол. газа, но одновременно эта плотность препятствует обратной диффузии мол. газа с форвакуумной стороны. Распределение скоростей в смесительной камере насоса происходит не по закону Максвелла, т.к. имеет место непрерывное столкновение мол. газа и пара, поэтому ДН откачивает мол. газа.

                Предположение по процессу откачки:

                "взаимные столкновения мол. газа и пара влияют на распределение скоростей мол. газа, в результате чего возникает газовый поток, направленный в форвакуумную сторону. Этот процесс наблюдается как в смесительной камере, так и на входе в насос. Поэтому нет необходимости рассматривать откачивающее действие отдельно в различных местах смесительной камеры".

                Расчёты, Неллер провёл только по координате Х ( направлена вдоль оси насоса),  Предполагалось, что составляющая скорости пара Voy не влияет на газовый поток в направлении Y, а влияет только на распределение плотности газа.



2. Характеристики диффузионных насосов

    • Быстрота действия (S):

                С ростом впускного давления, возрастает и выпускное давление. Оно регламентируется величиной быстроты действия форвакуумного насоса. Увеличение выпускного давления приводит в возникновению скачка уплотнения в струе, перемещению его к соплу и отрыву струи от стенок насоса, сто приводит к возникновению перетока молекул из форвакуума в сторону высокого выкуума.

                Быстрота действия ДН зависит:

  • От рода откачиваемого газа и его температуры;
  • размеров ДН, площади диффузионной диафрагмы, формы корпуса;
  • рода рабочей жидкости и структуры паровой струи;
  • конструкции ДН;
  • величины выпускного давления.

2.1.1. Зависимость быстроты действия ДН от площади диффузионной диафрагмы.

 С увеличением площади диффузионной диафрагмы возрастает S, однако, для современных ДН это не всегда справедливо. Паровая струя в современных ДН направлена к стенке насоса под углом 10-20о и d=l sin a. Зависимость быстроты действия ДН от длины струи не будет тривиальной. С одной стороны, с ростом l  должна расти S, однако при этом снижается плотность струи у стенки и возрастает противодиффузия газа из области предварительного вакуума. Зависимость быстроты действия насоса от длины струи будет определяться совместным влиянием двух факторов:

О влиянии площади диффузионной диафрагмы на быстроту действия вакуумного насоса:

  • Holstmark F., Ramm W., Westin S., Rev. Sci. Justrum., №8, 90, 1937.
  • Грошковский Я. Технология высокого вакуума (пер. С польск.) Изд-во ин. Лит., 1957.

                2.1.2. Зависимость быстроты действия от структуры струи.

                Под структурой струи понимается характер распределения и величины параметров:

  • плотности;
  • скорости;
  • давления;
  • температуры в струе.


2.1.3. Зависимость быстроты действия ДН от рода откачиваемого газа

                Часто на практике полагают, что , что никогда не выполняется и в лучшем случае .


  При откачке лёгких газов, быстрота действия ДН не подчиняется этому уравнению. S зависит от обратной диффузии молекул газа из форвакуумной области в область высокого вакуума. Для выбора оптимальной мощности при откачке газов различного молекулярного веса можно пользоваться с допустимой для практики точностью уравнением:

2.1.4. Зависимость быстроты действия от величины выпускного давления.


 



2. Наибольшее выпускное давление

                Для парортутных ДН: 0.5-3 мм рт.ст..

                Для паромасляных : 0.1-0.3 мм рт.ст..


             Pвп                                                                                       P

 



                                                  N1    <N2   <  N3


 

          

Удельные характеристики диффузионного насоса

(характеризуют степень совершенства насоса)

    • Удельная быстрота действия площадь диффузионной диафрагмы. Для большинства пароструйных диффузионных вакуумных насосов S`= 3.5 - 5.5 л/(с см2).
    • Вакуум-фактор (симплекс Хо): .
    • Термодинамический КПД. . = 10-4-10-3, т.е. от всей подводимой мощности только 10-4-10-3 часть используется на совершение работы сжатия в насосе.
    • Удельный расход мощности. ,


    •  но эта величина не учитывает наибольшее выпускное давление
    •  и соответственно степень сжатия в насосе. Термодинамический КПД учитывает этот недостаток.



    {jlcomments}

Дополнительная профессиональная образовательная программа «Основы течеискания и вакуумной техники» 5 – 7 июня 2018

ООО «ВАКТРОН» и Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В.И. Ульянова приглашают сотрудников предприятий принять участие в программе повышения квалификации «Основы течеискания и вакуумной техники» 5 – 7 июня 2018 года.

Основы течеискания и вакуумной техникиЛекторы курса:

  1. Преподаватели университета СПбГЭТУ «ЛЭТИ» — расчетные и исследовательские задачи
  2. Сотрудники компании ВАКТРОН — разработка систем течеискания и вакуумирования
  3. Представители завода «Измеритель» — сервис и запчасти для течеискателей ТИ
  4. Специалисты метрологической организации — поверка и калибровка в течеискании
  5. Представители аттестационного центра — аттестация персонала и лаборатории NDT
  6. Инженеры по сервису ULVAC, NOLEK и PEDRO GIL — модернизация и обслуживание вакуумных насосов и аналитических систем

Базовые темы обучения:

  • Вакуумная техника и контроль герметичности в авиационной и космической отрасли
  • Герметичность объектов военного назначения
  • Выбор вакуумных насосов и течеискателей для металлургии, научных исследований и коммерческих задач
  • Ремонт вакуумных печей и напылительных установок
  • Автоматические линии контроля герметичности».

После прохождения итогового тестирования специалист получает методические материалы, видеозапись занятий и удостоверение о повышении квалификации государственного образца по университетской программе дополнительного профессионального образования. Занятия будут проходить в Санкт-Петербурге в аудиториях университета СПбГЭТУ «ЛЭТИ» с посещением сервисного участка ВАКТРОН. Для направления на обучение необходима предварительная регистрация. Регистрация участников: 8 (812) 740-66-02, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Скачать приглашение и программу курса (DOC)
Политика конфиденциальности


8-812-740-66-02
8-812-989-04-49
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.