Эжекторные и бустерные насосы

Откачивающее действие пароструйного насоса основано на увлечении удаляемого газа струей пара. В зависимости от скорости и плотности струи и давления изменяется как режим истечения струи из сопла, так и механизм захвата удаляемого газа. При относительно высоких плотности струи и давлении газа струя имеет турбулентный характер с завихрениями в пограничном слое, как это показано на рис. 3.22, а. Некоторая часть газа «захлопывается» и уносится завихрениями паровой струи. Кроме того, движущаяся с большой скоростью струя в силу внутреннего трения увлекает и уносит прилегающие к ней слои газа. Таким образом осуществляется удаление газа обычным эжекторным соплом. По мере снижения давления газа, плотности и скорости струи пара завихрения исчезают и струя приобретает вид, показанный на рис. 3.22, б. В этом случае вязкостный захват газа становится ничтожно малым, но резко повышается вероятность диффузии газа в струю пара. Количество газа, проникающего в струю, зависит от плотности струи и площади соприкосновения струи и газа.

Рис. 3.22. Струя пара, истекающего из цилиндрического сопла

Принципиальная конструкция эжекторного насоса представлена на рис. 3.23.
Эжекторный насос часто используется не самостоятельно, а в качестве ступени диффузионного насоса. Насосы с эжекторной ступенью иногда называются бустерами. Как эжекторные насосы, так и бустеры являются промежуточными между диффузионными и форвакуумными насосами.
Как будет показано ниже, на выходе диффузионных насосов (особенно одноступенчатых) давление должно иметь порядок десятых и даже сотых долей тора. Создание такого форвакуума масляными ротационными насосами затруднительно, так как в этой области давлений они имеют ниспадающую характеристику S=f(p), что требует применения ротационных насосов с большей номинальной скоростью откачки (т. е. больших размеров). Этот пробел как раз и заполняют промежуточные насосы.
В масляных и ртутных эжекторных насосах струя паров рабочего тела, генерируемых в испарителе, обладает большой плотностью и высокой скоростью, а это позволяет производить откачку при сравнительно высоком давлении форвакуума. Насосы промежуточного диапазона особенно удобно применять в области вакуума порядка 10"3 Тор и выше, где скорость откачки ротационных масляных насосов уже довольно низка, а диффузионных насосов еще невелика. В бустерных насосах двухступенчатой конструкции первая ступень насоса со стороны форвакуума является, как правило, эжекторной, вторая же ступень работает как диффузионный насос.
Промежуточные масляные насосы требуют предварительного вакуума порядка 2—5 Тор, ртутные — порядка 20-30 Тор.

Бустерный насос простейшей конструкции типа БН-3 представлен на рис. 3.24. Кольцевой зазор между корпусом и верхним соплом в насосе типа БН-3 по сравнению с пароструйным высоковакуумным насосом с той же быстротой откачки значительно меньше. Бустерный насос характеризуется большой плотностью струи пара и скоростью его истечения из сопла. Поэтому максимальная быстрота действия бустерного насоса соответствует области впускных давлений 10-4— 10-2 мм рт. ст. Нагреватель и кипятильник имеют развитую поверхность нагрева и теплоизоляцию.

3.23. Схематическая конструкция эжекторного одноступенчатого насоса:

— подача паров откачивающего масла; — сопло; 3 — диффузер; 4 — зона взаимодействия; 5 — вход откачиваемого газа

Рис. 3.24. Вспомогательный (бустерный) насос БН-3:
1 — впускной патрубок; 2 — выпускной патрубок; 3 — верхнее сопло; 4 — нижнее сопло; 5 — змеевик охлаждения; 6 — нагреватель