4.2.2.4. Диффузионные пароструйные насосы

Откачиваемый газ диффундирует в струю паров ртути или масла, которая переносит его в направлении выхода из насоса. Чтобы этот процесс протекал достаточно интенсивно, скорость и плотность пара в струе должны быть достаточно большими в сравнении со скоростью и плотностью откачиваемого газа.

В одной из первых конструкций (Геде, 1915 г.) диффузионного насоса (фиг. 4.47, а) молекулы газа, движущегося во входном канале насоса 2, диффундируют через отверстие 3 в поток ртутных паров. Однако часть потока ртутных паров турбулизуется в отверстии 3 и, двигаясь навстречу молекулам газа, проникает внутрь области высокого вакуума и снижает скорость откачки. Этот эффект можно уменьшить с помощью холодильника 4. Указанный эффект устраняется полностью, если откачивающий и откачиваемый потоки имеют одинаковое направление (фиг. 4.47,6). При этом холодильник (конденсатор) 4 помещается на выходе из сопла 3. Такой насос сначала был назван диффузионно-конденсационным (Ленгмюр, 1916 г.), а в настоящее время называется просто диффузионным.

На фиг. 4.48 представлена схема диффузионного насоса. В резервуаре 1 с рабочим телом (маслом, ртутью), подогреваемом электрическим подогревателем или газовой горелкой 4, генерируется пар1), который по трубе 2 попадает в тарельчатое сопло 3.

В сопле происходит преобразование энергии давления пара в кинетическую энергию; одновременно струя пара приобретает форму кольцевого усеченного конуса аа' — bb'. Корпус насоса на участке bb' (конденсатор) охлаждается водой или воздухом. Пар на этой поверхности конденсируется, а жидкость стекает по стенке в резервуар, где снова испаряется. Таким образом, между соплом и конденсатором насоса постоянно существует поток паров рабочего тела.

1)Ввиду пониженного давления в насосе, температура испарения рабочей жидкости невысока и составляет 370—420 К в зависимости от рода жидкости.

Молекулы откачиваемого газа со стороны входа в насос попадают на коническую поверхность аb струи, называемую диафрагмой, и диффундируют внутрь струи. При этом они сталкиваются с молекулами пара и получают импульс скорости в направлении движения струи рабочего тела. Концентрация газа в расширившейся после выхода из сопла струе пара очень мала, благодаря чему молекулы газа легко диффундируют внутрь струи. Однако часть Молекул откачиваемого газа не захватывается струей или просто отражается от молекул пара при столкновении. Этот эффект можно учесть коэффициентом прилипания γ, меньшим единицы.

После конденсации паров на стенках захваченный паром газ оказывается в выходном пространстве насоса, где давление равно давлению предварительного вакуума (порядка 1—10-2 Тор), Отсюда газ удаляется в атмосферу форвакуумным насосом.