а) Устройство. Конструкция вспомогательного насоса предусматривает: 1) первое сопло с быстротой откачки, достаточной для удаления газа, выпускаемого высоковакуумным насосом при максимальном протоке, на который рассчитана система; 2) выходное сопло с быстротой откачки, достаточной для удаления газа от предыдущего сопла и достаточно большим допустимым выпускным давлением, которое при максимальном протоке может быть обеспечено заданным механическим насосом.
Первое условие обычно соблюдается при сравнительно плотной струе небольших размеров с коэффициентом Хо порядка 0,1, рассчитанным для зазора между соплом и стенками. Во вспомогательных насосах струи не обязательно обладают сильной направленностью, но расход пара в них,как правило,велик. Так,например, насос с диаметром корпуса 15 см имеет сопло, периметр которого составляет 25 см, а зазор, через который истекает пар, равен 1,5 мм, причем рабочее давление пара составляет 2—3 см масляного столба. Высокое давление достигается за счет увеличения мощности подогрева или применения испарителя, диаметр которого намного больше диаметра холодильника. Возможно и совмещение этих двух решений.
Для того чтобы соблюдалось второе условие, предусматривающее высокое допустимое выпускное давление выходной ступени, в качестве последнего сопла ставят либо эжектор с малыми зазорами между ним и стенками, либо комбинацию эжектора с соплом Вентури. В принципе эти два решения не отличаются друг от друга. Однако каждое характеризуется своей специфической конфигурацией.
На фиг. 30 показано расположение элементов насоса в обоих случаях. Вариант, показанный на фиг. 30,6, обладает многими достоинствами и, повидимому, в дальнейшем получит более широкое распространение. Преимущество этого варианта заключается в возможности увеличить давление пара благодаря удлинению трубки возврата масла и в том, что мощность подогрева можно сделать достаточно большой за счет увеличения нагревателя, так как последний не связан с конфигурацией сопел. Насосы такого типа работают на больших потоках газа при выпускном давлении 1 мм Hg и более. Эжекторные ступени в варианте, показанном на фиг. 30,а, трудно центрировать, так как зазор между
соплом и стенкой во всех случаях не превосходит 3 мм. Обычно степки выполняются из листового материала со сварным швом, так что выдержать малые допуски не представляется возможным. Современные насосы такой конфигурации работают против давлений до 400p,Hg [3,5].
б) Быстрота откачки. Быстрота откачки полуэжекторных струй вспомогательного насоса изменяется с давлением совсем
не так, как у высоковакуумных насосов, описанных выше. Характерные результаты изображены на фиг. 29. При малых натеканиях быстрота обычно мала, а с увеличением течи возрастает до некоторого максимума. Затем, при дальнейшем увеличении натекания, быстрота откачки падает, пока не сравняется с быстротой откачки механического насоса. Было показано [5], что по крайней мере некоторые типы вспомогательных насосов при очень больших нагрузках сохраняют постоянным не быстроту откачки, а перепад давлений на насосе.
Однако вспомогательный насос выполняет полезную работу только тогда, когда быстрота откачки достаточна для поддержания допустимого выпускного давления высоковакуумного насоса. Таким образом, при расчете вспомогательных насосов графики зависимости давления на стороне высокого вакуума от натекания (фиг. 31) более полезны, чем кривые натекание — быстрота откачки.
Следовательно, если окажется, что в данной системе быстрота откачки вспомогательного насоса слишком мала, придется либо заменять насос, либо попытаться ослабить требования,
предъявляемые к нему, путем увеличения подогрева высоковакуумного насоса. Последнее, однако, не всегда возможно.
Как и у высоковакуумных насосов, быстрота откачки вспомогательного насоса зависит от мощности подогрева. Фиг. 32 показывает, что при увеличении подогрева быстрота откачки несколько уменьшается. Однако для расчетов имеет значение только быстрота откачки в режиме максимального натекания.
в) Предельный вакуум. Вспомогательные насосы дают наивысший предельный вакуум при небольшой мощности подогрева. Но в таком режиме они не могут выполнять своих основных функций, так как не выдерживают больших выпускных давлений. Практически эти насосы не дают хорошего вакуума. Предельный вакуум большинства описанных насосов изменяется от 0,5 до 1—2p.Hg в зависимости от условий работы. На этот параметр никогда не обращают внимания, так как он не сказывается на поведении всей установки. Разгоночных (фракционирующих) устройств на эти насосы не ставят, так как это только удорожает конструкцию.
г) Наибольшее выпускное давление. Как уже упоминалось, наибольшее выпускное давление вспомогательного насоса определяет быстроту откачки механического насоса, необходимую для работы при данном натекании. В установках с несколькими насосами, присоединенными на один коллектор предварительного разрежения, величина допустимого выпускного давления зачастую определяет методику работы и последовательность ее проведения.
Во всех вакуумных установках, состоящих из отдельных узлов (как на фиг. 17), эффективность и надежность системы обеспечиваются максимальными выпускными давлениями при разных натеканиях. В случае, когда несколько установок имеют один коллектор, желательно, чтобы допустимое выпускное давление было велико для. малых потоков газа и сравнительно быстро уменьшалось с увеличением потока.
При заданной конфигурации сопел допустимое выпускное давление в широких пределах зависит от мощности подогрева, что показано на фиг. 33. Максимальное количество полезного тепла, подводимого к насосу, определяется возможностью создания теплового потока через небольшую поверхность и коэффициентом теплопередачи от металла к маслу.
У вспомогательных насосов, у которых испаритель и подогреватель не имеют теплоизоляции, неизбежны большие потери на излучение и конвекцию. У 8-дюймовых насосов потери доходят до 400—500 вт, что составляет почти 25% всей мощности подогрева [3]. Показано, что при тепловой изоляции днища магнезиальной плиткой толщиной в 2—3 см тепловые потери сильно уменьшаются.