Бустерные насосы предназначены для откачки сравнительно большого количества газа в промежуточном диапазоне давлений от 10-4 до 10 тор. У высоковакуумных диффузионных насосов выходная ступень обычно эжекторного типа и помещается в выходном патрубке для получения высокого допустимого давления на выпуске Т’вып. Однако в одном насосе с общим нагревателем трудно получить струи с сильно различающимися плотностями, поэтому выходную струю выносят в отдельный насос с более мощным нагревателем и более летучим
маслом, что позволяет значительно повысить допустимое давление на выходе. Обычно крупные диффузионные насосы откачивают такой большой поток газа, что при необходимом низком давлении на их выходе Рд„х = = Рш из-за малой быстроты откачки механических насосов трудно обеспечить выполнение условия (91). Эта трудность устраняется промежуточным бустерным насосом, включаемым последовательно по схеме ДН->БН->МН.
Бустерные насосы отличаются от диффузионных насосов повышенным максимальным давлением выпуска (примерно 0,3—2,5 тор вместо --10-1 тор) и характеристикой быстроты откачки, смещенной в область более высоких давлений. При этом легко выполняется условие для откачиваемых потоков газа
Ранее отмечалось, что увеличение мощности нагревателя смещает верхний и нижний пределы характеристики быстроты откачки вверх по давлению. Поэтому в . бустерных насосах используются нагреватели с повышенной мощностью, более летучие масла и более плотные струи. Например, для насосов на 500 л/сек потребляемая мощность равна: для диффузионного Н-5С — 1 кет; для бустерного БН-3 — 3,5 кет. Смещение вправо характеристики быстроты откачки насоса БН-3 с ростом мощности показано на рис. 20.
Особенности конструкций бустерных насосов
показаны на рис. 21. ь этих насосах применяют расширенные нагреватели для уменьшения теплового потока ниже критической величины 6 вт/см2 при большой подводимой мощности, чтобы масло кипело без бурления. В этих насосах не применяют фракционирования
(паропроводы сопел не прилегают к днищу), так как не требуется низкого остаточного давления (-Рпр= = 10~4 тор). Для увеличения плотности выходной струи и повышения Рвып паропровод нижнего сопла собирает пар с большей площади, чем центральный паропровод. В нагревателе существует высокое давление пара ~3 тор, сток масла затруднен по узким зазорам между стенкой и нижним паропроводом, поэтому применяется отдельная внешняя трубка для стока конденсата масла.
Масла для бустерных насосов более однородны и со-
Таблица 13
|
Параметр |
Тип насоса | |||
|
БН-З |
БН-2000 |
БН-4500 |
БН-15000 | |
|
Быстрота откачки, л/сек |
450 |
2500 |
4500 |
15000 |
|
Выпускное давление, тор |
0,6 |
3,0 |
1 |
1,5 |
|
Мощность нагревателя, кет |
3,5 |
7,5 |
2,5 |
42 |
|
Вес насоса, кГ |
33,5 |
265 |
400 |
700 |
стоят из более легких фракций, чем масла для диффузионных насосов. Масло «Г» (Л1 = 350) получается дистилляцией нефтяного вазелинового масла при 120— 160°С, упругость его пара порядка 5-Ю-5 тор. Оно дешево, но недостаточно устойчиво к окислению при нагреве. Более стабильно, но дороже бустерное масло ПФМС-1 (М = 700) на силоксановой основе.
В табл. 13 приведены параметры бустерных насосов, выпускаемых промышленностью. Нагреватели бустеров обычно покрыты теплоизоляцией. Число ступеней у бустеров может быть велико (до шести у БН-4500), причем перед верхними ступенями применяется дросселирование паропроводов для понижения давления пара. Применяются также конические корпуса насосов с сужением книзу и гроздья прямоточных сопел по окружности паропровода вместо зонтичных сопел для увеличения плотности струй и рационального распределения быстрот откачки и расхода пара по ступеням откачки. Для уменьшения тепловых потерь в насосе БН-2000 спираль нагревателя помещена непосредственно в масло. Бустерные насосы применяют самостоятельно (без диффузионных) в тех случаях,- когда необходимо откачиВать большое количество газа при не очень низком давлении (порядка 10-4 тор в технологических объемах).
В эжекторных насосах применяют прямоточные сопла в виде трубок с коническим расширением (диффузором) для получения сверхзвуковых скоростей струи пара. Сопло вставлено в камеру смешения, куда из бокового патрубка засасывается откачиваемый воздух, так там по закону Бернулли струя при большой скорости имеет малое статическое давление. В диффузоре происходит интенсивное перемешивание газа и пара, скорость струи уменьшается и повышается давление газа до РВых.
Таблица 14
|
Параметры |
Тип насоса | ||
|
НЭВ-2Х10-2 |
НЭВ-0.2Х20 |
нэв-з | |
|
Производительность, кг/ч |
2 |
0,5 |
1 |
|
Предельный вакуум, тор |
10—2 |
10 |
0,38 |
|
Расход пара, кг/ч |
2200 |
12 |
140 |
|
Давление пара, ати |
7 |
2,6 |
4,0 |
|
Вес насоса, кГ |
15 |
51 |
290 |
Эжекторные насосы имеют дополнительный параметр— коэффициент эжекции, равный v—Gr/Gn, где Gr и Gn — поток газа и расход пара, кг/ч. Обычно эжекторные насосы работают на водяном паре с давлением 5—10 ат от ТЭЦ, хотя рабочим телом могут быть пары ртути, масла и даже сухой воздух. Эжекторные насосы очень просты и надежны, их изготавливают из различных материалов, не поддающихся агрессивным воздействиям, они могут откачивать загрязненные газы; требуют мало места, так как их можно монтировать по стенам цехов, потолкам и т. д. Эжекторные насосы широко применяют в металлургической и химической промышленности (для обезгаживания жидких металлов, в вакуумных кристаллизаторах, фильтрах и т. д.). Они обеспечивают большую быстроту откачки при предельных разрежениях порядка 10-1—20 тор. В табл. 14 приведены параметры эжекторных насосов.
Эжекторные насосы в сочетании с ртутными бустерными насосами используют для безмасляной форвакуумной откачки ускорителей, термоядерных установок и т. д.
Йодоструйные насосы применяют для безмасляной откачки от 760 до 10—20 тор. В качестве рабочего тела в них используется вода в жидкой фазе. По своему действию они напоминают обращенный пульверизатор. Насос ВВН-2-2 при давлении 20 тор имеет производительность по воздуху 0.5 тор-л!сек при расходе воды 1 лС/ч и ее давлении 1,5 ат.