Высоковакуумные насосы. Высоковакуумные насосы, описанные в предыдущем пункте, обладают некоторыми известными особенностями.
а) Быстрота откачки. В рабочем диапазоне насоса 'быстрота откачки почти постоянна. Это значит, что давление в системе пропорционально натеканию. На фиг. 27 приводятся результаты измерения быстроты откачки, полученные путем присоединения к испытательному колпаку калиброванной течи и измерения повышения давления на фланце насоса.
По определению, быстрота откачки выражается соотношением гдеДКр — величина течи и — величина изменения давления. Рассчитанная по этим данным быстрота откачки остается постоянной при давлениях вплоть до предельного вакуума Ро.
Данных, противоречащих такому толкованию, пока не имеется. С другой стороны, нередко приводятся кривые, согласно которым быстрота откачки постепенно падает до нуля. Эти кривые построены на основании формулы где — общее натекание, а Р — полное давление.
Так как общее натекание V? никогда не бывает известно, то более правильно пользоваться формулой (2.2). Постоянство определяемой этой формулой величины позволяет с удобством применять (2.2) при расчете высокопроизводительных насосов.
насос откачивал бы 12- 4500=54 000 л/сек. Значит, коэффициент Хо составляет:
Для больших насосов это очень хорошее значение. У маленьких насосов коэффициент Хо иногда немного выше.
При увеличении натекания быстрота откачки сначала остается постоянной или даже несколько повышается, пока не наступит прорыв струи одного или нескольких сопел вследствие слишком больших перепадов давления.
б) Предельный вакуум. Предельным вакуумом насоса называется давление, которое создается этим насосом при откачке системы, свободной от всякого натеканпя. Последнее означает, что система не только герметична, но и полностью обезгажена.
Такие требования лучше всего выполняются в небольших стеклянных установках. В больших металлических системах всегда имеются некоторые источники газа, обычно за счет газо-отделения стенок и за счет небольших течей. Минимальное давление в такой системе определяется выражением
Коэффициент Хо обычно подсчитывают, исходя из площади кольцевой диафрагмы, образуемой высоковакуумным соплом и стенками насоса. Можно было бы выбрать за исходные данные поверхность струи, но эта величина в большинстве случаев неопределенна. Более того, отмечено, что очень косые струи с большой поверхностью не дают преимуществ по сравнению со струями, падающими на холодильник под углом, несколько более близким к прямому. Возьмем, например, четырехступенный насос с внутренним диаметром корпуса 80 см и диаметром верхнего сопла 25 см. Величина кольцевой диафрагмы 4500 с.и2. Если бы истечение происходило в идеальный вакуум, то быстрота откачки составляла бы около 12 л/сек-см2 при комнатной температуре. Измеренная быстрота откачки этого насоса 18000.z/сек. Идеальный где Р — реальный, а Ро— предельный вакуум в микронах ртутного столба, Уатм — натекание (или газоотделение) в кубических сантиметрах при атмосферном давлении и Sp— быстрота откачки в литрах за секунду. Таким образом, наблюдаемое Р равняется предельному вакууму Р$, когда Ватм есть нуль.
Предельный вакуум зависит в основном не от конструкции насоса, а от его рабочей жидкости. Так, насос, который устойчиво давал предельный вакуум 10"5 мм Hg при работе с маслом Литтон Молекуляр С (неразбавленным продуктом перегонки нефти), после перевода на силиконы улучшил предельный вакуум до 5-10"7 мм Hg. По всей вероятности, приведенные значения представляют собой давления паров этих двух жидкостей при температуре холодильника насоса. Технические затруднения, связанные с измерением предельного вакуума, будут рассмотрены ниже более подробно.
Предельный вакуум обычно употребляемых масел лежит в интервале 10"5—10"7 мм Hg, причем самые низкие давления получены на силиконах.
в) Производительность насоса. Производительность насоса зависит, во-первых, от потребляемой мощности и, во-вторых, от быстроты откачки на стороне предварительного разрежения.
При увеличении натекания давление под каждым соплом возрастает. Насос работает только до тех пор, пока натекание не
превосходит некоторого максимума. Этот максимум определяется конструкцией сопел и количеством движения струи пара каждого из них. В этом смысле говорят о существовании наибольшего выпускного давления. Как уже отмечалось (см. фиг. 23), перепад давления, выдерживаемый струей, возрастает с увеличением мощности подогрева. Таким образом, производительность насоса возрастает с мощностью подогрева. По этим же причинам производительность насоса возрастает с увеличением быстроты откачки предварительного разрежения, так как при данном потоке газа это равносильно уменьшению перепада давления на струе. Для высоковакуумных насосов с большой быстротой откачки производительность обычно лимитируется предварительным разрежением. Например, хороший 20-дюймовый насос с быстротой откачки 7000 л/сек при надлежащем предварительном вакууме удовлетворительно работает вплоть до давлений в IjiHg. Следовательно, при этом через насос за 1 сек проходит 7000 микрон-л. В пересчете на атмосферную течь это составляет
Пусть давление на выходе насоса не должно превышать 30[iHg, тогда быстрота откачки вспомогательного насоса при этом давлении должна быть не менее
Далее предположим, что при таком потоке газа вспомогательный насос может работать при выпускном давлении не выше 150[iHg. Тогда механический насос должен удалять 9,2 см31сек при давлении 150 p.Hg. Предельный вакуум механического насоса около 20 u.Hg. Следовательно, требуется механический насос с быстротой откачки не меньше чем
Вся система справится с заданной нагрузкой только в случае выполнения всех этих условий.
Допустимый перепад давлений на нескольких струях, как, естественно, и на одной струе, уменьшается при увеличении количества газа, переносимого струей. Это сказывается на вспомогательных насосах в гораздо большей степени, чем на высоковакуумных. Таким образом, следует тщательно учитывать характеристики всех насосов, предназначенных к установке за высоковакуумным насосом.
На фиг. 28 приведены результаты опытов по определению допустимого выпускного давления при разном протоке газа, проведенных на обычном высоковакуумном насосе. Видно, что эта зависимость выражена очень слабо по сравнению с аналогичными характеристиками вспомогательных насосов, изображенными на фиг. 29.