§ 4.7.2. Быстрота действия насоса

Откачиваемый газ (для простоты считаем, что откачиваются пары рабочей жидкости) находится в состоянии, соответствующем точке и сечению 3. Смешение потока откачиваемого газа G₂ с паровой струей по закону сохранения энергии приведет к изменению скорости:

где w₄ —скорость смеси в сечении 4 (рис. 4.31, б). В диффузоре, расположенном между сечениями 4 и 5, парогазовая смесь адиабатически сжимается до давления р₅, причем точка 5, соответствующая сечению 5, должна лежать на кривой АВ. Это можно использовать для нахождения точки 4 графическим построением. В процессе адиабатического сжатия кинетическая энергия струи переходит в энтальпию, что позволяет записать

где I₄ и I₅ — энтальпии в точках 4 и 5.

Из уравнений (4.31)...(4.33) можно найти выражение для теоретической быстроты действия насоса:

где р₂ — плотность газа в сечении 2; I1 и I2 — энтальпии в точках 1 и 2. Быстрота действия насоса зависит от производительности сопла и свойств рабочего пара. В эжекторных насосах она лежит в диапазоне от нескольких десятков до нескольких тысяч литров в секунду. Cкорости истечения струи и скорости звука струя выходит из сопла под углом 45° к его оси (рис. 4.32). Давление пара в струе значительно больше, чем давление откачиваемого газа. Наилучшие условия для захвата молекул откачиваемого газа обеспечиваются тогда, когда давление пара в струе соответствует среднему вакууму. При этом все молекулы откачиваемого газа проникают в паровую струю при первом соударении. При большей плотности паровой струи вероятность захвата молекул снижается.

Теоретическая быстрота действия диффузионного насоса в связи с малым количеством откачиваемого газа определяется не изменением термодинамических характеристик паровой струи, как в эжекторном насосе, а геометрическими размерами сопла и парциальным давлением откачиваемого газа в паровой струе:

где А — проекция поверхности паровой струи, доступной для молекул откачиваемого газа, на плоскость, перпендикулярную оси х\ Nq\ и Ng2 — количество молекул откачиваемого газа, ударяющихся и вылетающих в единицу времени с единицы площади А; п — концентрация газа у входа в насос.

В соответствии с выражениями для Nq из (1.13) и иар из (1.18) формулу для быстроты действия насоса (4.37) можно переписать:

здесь Т и Гг — температура газа в паровой струе и у входа в насос; «г — концентрация газа в паровой струе. Так как пг/п=рпр/р, то

Таким образом, быстрота действия диффузионного насоса зависит от температуры и рода газа, при этом тяжелые молекулы откачиваются с меньшей быстротой действия. Реальная быстрота действия оказывается меньше теоретического значения, рассчитанного из (4.39), из-за неполного захвата молекул откачиваемого газа паровой струей. Это связано с наличием у струи «паровой опушки», появляющейся в результате потока молекул пара, имеющих тепловые скорости больше, чем скорость паровой струи.