Оборудование гелиевого ожижителя Г-45

5.3. Диффузионный насос

Паромасляный диффузионный высоковакуумный насос Н-IС-2 применяется для понижения давления в теплоизоляционном пространстве криостата установки Г-45 до 10^-4 - 10^-5 тор. Однако паромасляные насосы могут работать только при давлениях на входе не более 1·10^-1 тор. При больших давлениях быстрота откачки паромасляного насоса становится равной нулю, как показано на рис. 5.4. Поэтому для нормальной работы паромасляного насоса необходимо создать предварительное разрежение посредством форвакуумного насоса*, в качестве которого в установке Г-45 применяется рассмотренный выше пластинчато-роторный насос НВР-5Д. Схема высоковакуумной откачки приведена на рис. 5.5.

Рис. 5.4. Быстрота откачки насосов НВР-5Д (кривая 1) и Н-1С-2 (кривая 2)

В соответствии с этой схемой предварительное разрежение в теплоизоляционном пространстве криостата 6 осуществляется насосом 1 через вентиль 3 ( вентиль 2 закрыт ). После достижения давления 1·10^-1 - 1·10^-2 тор через вентиль 2 подключается паромасляный насос 5 (вентиль 3 закрывается). Криоловушка 4, представляющая собой змеевиковую трубку, опущенную в жидкий азот, предотвращает попадание паров масла из насоса 5 в криостат 6: пары "вымораживаются" на стенках змеевика. Схема паромасляного высоковакуумного насоса приведена на рис. 5.6.

Рис. 5.5. Схема высоковакуумной откачки: 1 - форвакуумный насос; 2 и 3 - вентили; 4 – криоловушка; 5 – паромасляный насос; 6 – откачиваемый сосуд (криостат)

Рис. 5.6. Схема паромасляного высоковакуумного насоса: 1 - маслоотражатель; 2 - входное отверстие; 3 - сопло первой ступени; 4 - сопло второй ступени; 5 - охлаждающая рубашка; 6 - сопло третьей ступени; 7 - выходное отверстие; 8 - эжектор; 9 - сопло эжектора (четвертой ступени); 10 - асбестовая вата; 11 - электронагреватель; 12-14 - трубы паропровода; 15-паропровод; 16- корпус насоса

Конструктивно насос состоит из корпуса 16, паропровода 15, электронагревателя 11, маслоотражателя 1. Корпус - стальная цилиндрическая труба с приваренным днищем; в верхней части имеется входное отверстие 2, а в нижней - патрубок с выходным отверстием 7. Снаружи на корпусе укреплена водяная рубашка охлаждения 5. Нижняя часть корпуса заполнена асбестовой ватой 10, внутри которой на трех штырях подвешен электронагреватель 11.

Паропровод 15 - четырехступенный; он состоит из трех концентрических труб 12, 13 и 14, на которых установлены все остальные детали паропровода. На наружной трубе установлен эжектор 8 (четвертая ступень), а в верхней части - сопло 6 третьей ступени. На средней трубе 13 имеется сопло 4 второй ступени, а на внутренней трубе 14 - сопло 3 первой ступени.

Нижняя часть корпуса и паропровода заливается рабочей жидкостью - вакуумным маслом марок ВМ-1 или ВМ-2, которые характеризуются относительной небольшой упругостью пара при температуре окружающей среды и весьма большой при температуре нагревателя, малой теплотой парообразования, неизменностью состава. К сожалению, термическая стойкость этих масел относительно невелика.

Паромасляный насос Н-1С-2 работает следующим образом.

В результате подвода тепла от электронагревателя вакуумное масло в нижней пасти корпуса насоса кипит, а пар по каналам, образованным тремя концентрическими трубами 12, 13 и 14, поднимается к соответствующим соплам. Пар разгоняется в соплах до звуковых скоростей и, выходя из сопел, образует струю, по форме похожую на зонт и направленную под углом к корпусу насоса в сторону относительно более высокого давления.

Молекулы газа из откачиваемого объема криостата диффундируют** в струю пара, выходящего из сопла 3, и приобретают скорость, по направлению соответствующую давлению паров масла. На охлаждаемой стенке корпуса насоса пары масла конденсируются, и жидкость стекает в нижнюю часть насоса, заполненную асбестом, а молекулы газа после конденсации паров масла оказываются вблизи струи, выходящей из сопла 4, причем с более высокой концентрацией (более высоким давлением).

Такие же процессы повторяются в струях, выходящих из сопел 4 и 6 (вторая и третья ступени повышения давления).

Удаление молекул газа из корпуса насоса производится посредством эжектора 8 с соплом 9 (четвертая ступень) с повышением давления до значений, создаваемых форвакуумным насосом.

Техническая характеристика насоса Н-1C-2:
средняя быстрота откачки 100 л/с;
предельный вакуум 5·10^-7 тор;
количество масла, заливаемого в насос 100 см³;
расход охлаждающей воды 50 л/ч;
мощность электронагревателя 500 Вт;
масса насоса 8 кг.

* Слово "форвакуум" означает предварительный вакуум. Поэтому прилагательное "форвакуумный" по отношению к любому типу насоса можно применять только в том случае, если перед этим насосом (по ходу откачиваемого газа) стоит другой насос, создающий более глубокий вакуум.
** Отсюда паромасляные насосы часто называют диффузионными.

Следующая страница: 6.1. Подготовка к пуску установки