Бустерные насосы

Эти насосы применяют для удаления больших потоков газа из вакуумных установок при давлении Р = 10… 10^-2 Па (10^-1.10^-4 мм рт. ст.). В отличие от пароводяных эжекторных насосов бустерные насосы (БН) не могут работать с выхлопом в атмосферу, так как максимальное выпускное давление у них ~ 100-200 Па, и они нуждаются в форвакуумной откачке.

Особенностью БН является то, что в области рабочих давлений режим течения откачиваемого газа является переходным, т.е. меняется от вязкостного (на верхней границе диапазона ~ 10 Па) до молекулярного (на нижней границе диапазона ~ 10^-2 Па). Эта особенность определяет механизм откачки.

Увлечение газа паровой струей в БН обусловлено вязкостным трением на границе струя-пар и диффузией газа в струю пара. При повышенном давлении определяющим является процесс вязкостного захвата (за счет сил трения), при пониженном — процесс диффузии газа в паровую струю. В связи с этим (т.е. с изменением механизма захвата) для лучшего откачивающего действия при высоком давлении струя должна быть достаточно плотной, а при низком — достаточно разреженной. Так как режим истечения паровой струи практически не зависит от давления откачиваемого газа в рабочем диапазоне входных давлений и в процессе откачки неизменен, то его выбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить достаточно высокую быстроту действия во всей рабочей области. Причем, будучи оптимальным во всем диапазоне, этот режим не оптимален в каждой из областей (высокого и низкого давления соответственно). Зависимость быстроты действия насоса от впускного давления имеет максимум при среднем давлении для выбранной области рабочих давлений и соответствует величине давления Р ~ 1 Па.

По сути БН являются многоступенчатыми пароструйными насосами, в которых рабочим телом является пар специальных вакуумных рабочих жидкостей (масел). Отличие БН от пароэжекторных состоит в использовании в первых ступенях не прямоточных, а так называемых обращенных сопел зонтичного типа (рис. 4.7).

Пар поступает по паропроводу, соединенному с подсо-пельником, затем изменяет направление движения на обратное, проходит через наименьшее сечение сопла, где скорость пара становится критической и далее расширяется с увеличением скорости до сверхзвуковой в кольцевом канале, образуемом подсопельником и зонтом. Схема насоса и его внешний вид приведены на рис. 4.8.

Насос состоит из четырех ступеней — трех зонтичных 1 и одной эжекторной, сопла эжектора 2, паропровода 3, конфузора 4, кипятильника 5, маслоотражателя 6 и выходной ловуш-

ки 7. Кипятильник цилиндрической формы сообщается со ступенями насоса двумя или более паропроводами. Внутри кипятильника установлен сменный трубчатый электрический нагреватель закрытого типа (ТЭН) 8. Снаружи кипятильник теплоизолирован минеральной ватой и защитным кожухом 9. Нагреватель разогревает рабочую жидкость до температуры, соответствующей давлению ее пара ~ 1…2 кПа, пар поступает по паропроводам к зонтам и эжектору, истекая из них со сверхзвуковой скоростью. Откачиваемый газ захватывается паровой струей первой ступени, сжимается до выпускного давления этой ступени и отбрасывается к водоохлажденной стенке корпуса; на стенке пар конденсируется и стекает в кипятильник по каналу стока 10, а газ увлекается струей последующей ступени и так далее.

Характеристики БН. Быстрота действия S, производительность (SP) и максимальное выпускное давление существенно зависят от мощности, подводимой к кипятильнику насоса. Изменяя подводимую мощность, можно сдвигать максимум кривой зависимости быстроты действия от впускного давления (рис. 4.9, а) в область высоких или низких давлений. При этом производительность в области высоких давлений с возрастанием мощности увеличивается, а в области низких уменьшается, при этом наибольшее выпускное давление насоса существенно возрастает при любом выпускном давлении (рис. 4.9, б). Удельный расход мощности для БН большой производительности составляет 5-7 Вт-л/с). Вследствие значительной плотности

паровых струй, истекающих из сопел БН, эти насосы хорошо откачивают легкие газы. Так, быстрота действия по водороду вдвое выше, чем по воздуху при номинальной мощности нагревателя.

Обозначение: НВБМ-0,5 (2,5; 5), где НВБМ — насос вакуумный бустерный масляный, 0,5 — быстрота действия, м³/с (старая — БН-3).

Характеристики: быстрота действия при Р = 1,3 Па -700-5000 л/с. Максимум выпускного давления — 100300 Па при впускном давлении 1,3 Па.

Мощность нагревателя 2-12 кВ; объем рабочего тела 7-50 л.

Форвакуумные насосы — НВЗ, АВЗ 20-125; масса 70390 кг.

Основные производители в России и СНГ: ОАО «Вакуум-маш» (г. Казань).

Основные производители за рубежом: BOC Edwards (Великобритания), Varian Vacuum Technologies, Leybold (ЕС) и др.