Криофизика - Молекулярно-кинетическая теория  
  Испарение и
конденсация
Пленочное
кипение
Сверхтекучий
гелий
Эксперименты События Библиотека  


Испарение и конденсацияПленочное кипениеСверхтекучий гелийЭксперименты
События и мероприятияБиблиотека• История холода• Разделение газовых смесей• Методические указания. Анализ криогенных установок• Оборудование гелиевого ожижителя Г-45• Методические указания. К практическим занятиям в криоцентре• Криогенные трубопроводы• Хранение и транпорт ожиженных газов• Основы методики проектирования криогенных установок• Вспомогательное оборудование криогенных установок• Расчет низкотемпературных установок• Методика расчета схем криогенных установок (рефрижераторы и ожижители)• Методика расчета схем криогенных установок (рефрижераторы с нестационарными потоками)• Характеристики криогенных систем при работе на смесяхСправочные данные
БольцманиадаХейке Камерлинг-ОннесКриогениус


Вспомогательное оборудование криогенных установок
Грачев А.Б., Боярский М.Ю., Савинова Н.М.

§4. Конструкционные схемы и
характеристики насосов

В современной вакуумной технике применяются самые различные конструкции насосов в зависимости от требований, предъявляемых к системам. Если специальных требований не предъявляется, то форвакуумные насосы чаще всего выполняются масляно-ротационными, а для получения высокого вакуума применяются диффузионно-масляные насосы.

Ротационно-масляные насосы разделяются на пластинчато-статорные и пластинчато-роторные. Конструктивные схемы их показаны соответственно на рис. 18 и 19. Основными элементами насосов служат корпус 1, ротор 2 и подпружиненная пластина 3. В пластинчато-роторном насосе оси корпуса и вращения ротора не совпадают, а подвижные в радиальном направлении пластины размещены в роторе.


Рис. 18. Конструктивная схема пластинчато-статорного насоса.
1 – корпус, 2 – ротор, 3 – пластина, 4 – пружина.


Рис. 19. Конструктивная схема пластинчато-роторного насоса:
1 – корпус, 2 – ротор, 3 – пластина, 4 – пружина.


В пластинчато-статорном насосе ось вращения ротора совпадает с осью корпуса, однако ротор расположен с эксцентриситетом на оси вращения. Подвижная пластина установлена в корпусе. В результате этого при вращении ротора, как видно из рис. 18 и 19, между корпусом, ротором и пластиной образуется полость переменного объема, которая периодически соединяется либо с впускным, либо с выпускным патрубками. Насос размещается в баке с маслом, которое предотвращает проникновение воздуха через зазоры между ротором и статором, а также ротором и пластиной.

Быстрота откачки насоса – Y зависит от его размеров, скорости вращения ротора и конструктивных факторов. Характерная зависимость Y от давления показана на рис. 21
(кривая 2). Предельный вакуум масляно-ротационных насосов определяется парциальным давлением паров масла, растворимостью воздуха в масле насоса, герметичностью корпуса, качеством уплотнения скользящих поверхностей и величиной вредного пространства. От масла зависит качество уплотнения и смазки трущихся частей, предельный вакуум и потребляемая мощность. Вязкость масла для улучшения уплотнения долга быть достаточно большая; однако необходимо учесть, что увеличение вязкости ведет к росту потребляемой мощности.


Рис. 21. Быстрота откачки вакуумных насосов:
1 – диффузионный, 2 – масляно-ротационный.


Мощность, потребляемую насосом, можно определить из уравнения для адиабатного сжатия идеального газа



(4-4)

где k - коэффициент Пуассона - отношение изобарной и изохорной теплоемкостей,
pа - атмосферное давление.

Расчет по уравнению (4-4) показывает, что мощность достигает максимума при давлениях 230 ÷ 250 тор.

В настоящее время промышленностью выпускаются масляно-ротационные насосы с быстротой откачки Y от (1 ÷ 5)·10-4 м3/с, имеющие несколько ступеней откачки с предельным давлением 1,3·10-1 ÷ 2,6·10-3 Н/м2 (10-3 ÷ 2·10-5 мм. рт. ст.)
Характеристики некоторых насосов по данным [7] приведены в таблице 4-2.

Таблица 4-2.

ПараметрыТип насоса
ВН-461 ВН-3-2 ВН-10 ВН-40 ВН-150-1
p, мм. рт. ст. 10-3 2·10-5 1,5·10-4 2·10-5 2·10-3
Y, 103, м3/c 0,89 3 6 25 150
Число ступеней откачки 2 2 2 2 1
Масса насоса, кг 75 43 120 300 1150
Мощность двигателя, кВт 0,60 0,60 1,00 4,5 14


Диффузионные насосы способны обеспечить понижение давления вплоть до 6,5·10-2 Н/м2 (5·10-7 мм. рт. ст.). Однако максимальное давление на выходе не должно
превышать 10·50 Н/м2. В связи с этим для обеспечения их нормальной работы необходимо создать предварительное разрежение посредством форвакуумного насоса.

Конструкция одноступенчатого диффузионного насоса (рис. 20) включает корпус 1, в нижней части которого находится кипятильник-ванна с рабочей жидкостью, и нагреватель 2.


Рис. 20. Конструктивная схема диффузионного насоса.


Кипятильник сообщается с зонтичным соплом 3 посредством паропровода. Корпус насоса снабжен охлаждаемой рубашкой 4. Рабочая жидкость испаряется в кипятильнике и направляется по паропроводу в сопло, откуда вытекает со сверхзвуковой скоростью так, что струя направлена на область относительно высокого давления – форвакуума. Молекулы газа, которые диффундируют в струю из откачиваемого объема, при соударениях с молекулами пара рабочей жидкости такие приобретают скорость в направлении форвакуума. Таким образом, происходит транспорт молекул газа из откачиваемого объема в область относительно высокого давления. На охлаждаемой стенке насоса пары масла конденсируются и масло стекает в кипятильник.

Зависимость быстроты откачки Y диффузионных насосов от входного давления рвх остается в рабочем диапазоне давлений практически неизменной (рис. 21, кривая 1). Однако при малых давлениях – вблизи предельных, уменьшается вследствие обратной диффузии откачиваемого газа и паров рабочей жидкости из струи и газоотделения деталей. При высоких давлениях увеличивается угол между струей, вытекающей из сопла, и корпусом насоса. В связи с этим уменьшается число молекул, транспортируемых в зону повышенного давления, что также приводит к уменьшению быстроты откачки.

Рабочие жидкости диффузионных насосов должны обладать рядом специфических свойств.

1. Небольшой упругостью пара при температуре окружающей среды – для улучшения предельного вакуума.

2. Большой упругостью пара при температуре нагревателя, что дает увеличение плотности струи.

3. Малой теплотой парообразования.

4. Неизменностью состава при длительной работе и термической стабильностью.

5. Не растворять газы и не взаимодействовать с конструкционным материалом насоса.

В качестве рабочей жидкости применяются минеральные масла марок ВМ-1 и ВМ-2, кремнийорганическое масло ВКЖ-94АБ и полифениловые эфиры ПФЭ. Предельное давление для ПФЭ составляет 10-8 ÷ 10-10 тор, для масел ВМ-1 и ВКЖ-94АБ – порядка 10-6 тор. Недостатком минеральных масел и полиэфиров является невысокая термическая стабильность. В отличие от этого кремнийорганические масла имеют очень высокую термическую стабильность, однако они сравнительно дороги. В качестве рабочей жидкости диффузионных насосов может также применяться ртуть. Однако она образует амальгамы с цветными металлами; кроме того, пары ее ядовиты. Поэтому ртуть применяют только в тех случаях, когда попадание паров масла в откачиваемый объект недопустимо.
Характеристики некоторых диффузионных насосов приведены в таблице 4-3.

Таблица 4-3.

Параметр Тип насоса
Н-1С-2 Н-СМ-1 Н-2Т Н-5Т Н-8Т
Y, 103, м3/c 100 500 1500 3000 6000
pпр, мм. рт. ст. 1,5·10-7 5·10-7 3·10-6 3·10-6 3·10-6
pпр, мм. рт. ст. 0,4 0,15 0,1 0,1 0,1
Мощность двигателя, кВт 0,5 0,7 1,5 2,0 2,8




Следующая страница: 4.5.1. Обеспечение заданного давления в системе


    Главная   • Библиотека   • Вспомогательное оборудование криогенных установок   • 4.4. Конструкционные схемы и характеристики насосов  

  Испарение и конденсация Пленочное кипение Сверхтекучий гелий Эксперименты
События Библиотека Справочники Больцманиада Камерлинг-Оннес Криогениус
 
  © Криофизика.рф 2006-2021.
Молекулярно-кинетическая теория. Научные публикации.
Испарение и конденсация. Плёночное кипение. Сверхтекучий гелий.
о проекте
условия использования
контакты
карта сайта