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Öldiffusionspumpe . Die Erfindung bezieht sich auf mehrstufige Öldiffusionspumpen.
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Für den Betrieb von Diffusionspumpen allgemein ist die dem Verdampfungsgefäß
für die Pumpflüssigkeit zugeführte Heizleistung von ausschlaggebender Bedeutung.
Je höher die Heizleitung ist, um so niedriger braucht das Vorvakuum zu sein. Bei
Bemessung der Heizleistung muß andererseits wieder darauf Rücksicht genommen werden,
daß sich die Pumpflüssigkeit nicht infolge zu großer Hitze zersetzt. Bei mehrstufigen
Oldiffusionspumpen ist es besonders nachteilig, wenn die Zersetzungsprodukte oder
Verunreinigungen an der Niederdruckhülse austreten, da dadurch die Fähigkeit der
Pumpe, niederen Druck zu erzeugen, sowie die Pumpgeschwindigkeit verschlechtert
werden.
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Zur Behebung dieser Nachteile wurde vorgeschlagen, bei mehrstufigen
Öldiffusionspumpen mehrere getrennt geheizte Verdampfungsgefäße vorzusehen, wobei
der Verdampfer für die Hochvakuumstufe niedriger geheizt wurde als der Verdampfer
für die 1-Iochdruckdüse. Durch die verschiedenen Heizvorrichtungen wurde die Vorrichtung
kompliziert und die Überwachung erschwert, weil darauf zu achten war, daß die richtigen
Temperaturverhältnisse eingehalten wurden. Es wurde nun auch schon vorgeschlagen,
den oberhalb des Verdampfers für die Hochdruckdüse angeordneten Verdampfer für die
Niederdruckdüse durch den von dem Verdampfer für die Hochdruckdüse ausgehenden Dampf
zu heizen und auf diese Weise eine besondere Heizung zu ersparen. Der Verdampfer
für die Niederdruckdüse sollte dabei ausschließlich von dem Kondensat des von dem
Hauptverdampfer ausgehenden Dampfes beschickt werden. Da nun aber der Verdampfer
für die Niederdruckdüse mitten in dein vom Hauptverdampfer aufsteigenden heißen
Dampf und in verhältnismäßig großer Entfernung \ an den Kondensationsflächen angeordnet
sein muß. kann praktisch überhaupt kaum finit einem Anfall Kondensat zum Füllen
des Hilfsverdampfers gerechnet werden. Infolgedessen ist der von dem Hilfsverdampfer
unten abgeschlossene Niederdruckteil der Pumpe nahezu unwirksam.
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Die Erfindung bezweckt, diesen erheblichen \langel der zuletzt geschilderten
Einrichtung zu beheben. Das Neue besteht darin, daß der die Niederdruckstufe unten
abschließende Hilfsverdampfer mit dein Hauptverdatnpfer durch ein vom Boden des
Hilfsverdampfers ausgehende Steigrohr mit dem Hauptverdampfer verbunden ist, durch
welches das bereits entgaste Öl infolge der Dampfdruckdifferenz in den zu den Hochdruck-
und N iederdruckdüsen führenden Räumen aus dein Hauptverdampfer gedrückt wird. Dabei
sind die Hochdruckstufen der Pumpe als Strahlstufen und ihre Niederdruckstufen als
Diffusionsstufen ausgebildet. Die direkte Verbindung des Hilfsverdampfers mit dem
Hauptverdampfer dient außerdem zur automatischen Regulierung des Dampfdruckes in
der Diffusionsdüse. Bei einer Steigerung der Heizleistung für den Hauptverdampfer
wird die Druckdifferenz zwischen der Niederdruck- und der Hochdruckstufe vergrößert
und dadurch der konstante Dampfdruck in der Diffusionsdüse aufrechterhalten. Weil
die Diffusionsdüse ihre Optimaleigenschaften nur bei einem gewissen Druck des Öldampfes
besitzt, wird durch die automatische Sicherung des Dampfdruckes die optimale Funktion
der Düse garantiert.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, welche ein Ausfährungsbeispiel
darstellt, näher beschrieben. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Ölpumpe
gemäß dem bisher bekannten Stand der Technik und Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel
gemäß der Erfindung.
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Fig. 1 der Zeichnung ist eine schematische Darstellung einer bekannten
Konstruktion einer zweistufigen Öldiffusionspumpe mit Selbstfraktionierung. Diese
Pumpe besteht aus einem Mantel 1 der durch eine an der Außenseite angebrachte Kühlwendel
2 gekühlt wird. Im Mantel 1 befinden sich zwei Pumpstufen. Die äußere Hochdruckstufe
ist mit 3 und die innere Niederdruckstufe mit 4 bezeichnet. Der untere Teil des
Mantels ist als Verdampfer 5 ausgebildet, der mit Öl gefüllt und durch den
Heizkörper 6 geheizt wird. Der aus dem Verdampfer 5 herausströmende Dampf füllt
die Räume 7 und 8 aus und gelangt an die Düsen 9 und 10, aus denen er mit erheblicher
Geschwindigkeit heraustritt und die umgebenden Gase mitreißt. Der Dampf wird am
gekühlten :Mantel kondensiert und läuft entlang seinen Wänden über Scheidungsflächen
11, die ein Entweichen des Öldampfes in den Kondensationsraum vermeiden, wieder
in den
Verdampfer zurück. Im Verdampfer gelangt nun das öl vor allem
in den zum Hochdruckraum gehörenden Teil 7, von dem die Hochdruckstufe 3 mit Dämpfen
versorgt wird. In diesem Teil des Verdampfers verdampft die leichteste Ölfraktion,
und das öl wird außerdem entgast, d. h. das in ihm während der Pumpphase aufgelöste
Gas wird wieder befreit.
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In den Teil des Gefäßes, aus dem der Öldampf in den Raum 8, d. h.
in die N iederdruckstufe abgeht, gelangt also bereits entgastes öl mit niedrigem
Eigendampfdruck, wodurch ein sehr hohes resultierendes Vakuum erzielt wird. Diese
Arbeitsweise wird als Fraktionierungsprinzip bezeichnet. Falls die oben beschriebene
Diffusionspumpe mit einem schlechteren Vorvakuum arbeiten soll (uni eine bloße einstufige
rotierende Pumpe verwenden zu können), muß der Pumpe eine höhere Heizleistung zugeführt
werden, was jedoch das resultierende _\'akuum und die Pumpgeschwindigkeit herabsetzt,
oder muß eine Öldiffusionsvorpurnpe (Dainpfstrahlpumpe) vorgeschaltet werden.
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Die Hochdruckstufe kann jedoch bei diesen bekannten Pumpkonstruktionen
nicht als Strahlpumpe arbeiten, falls ein extrem niedriges Endvakuum erzielt werden
soll, da im Verdampfer kein genügender Öldampfdruck erzielt werden kann. Ein hoher
Druck kann deshalb nicht erzielt werden, weil die N iederdruckstufe. welche aus
demselben Gefäß gespeist wird, für ihre Funktion einen niedrigen Öldampfdruck benötigt
und hei hohem Druck nicht befriedigend arbeiten könnte. Nur eine Strahlstufe kann
einen " erhältnismäßig größeren Druckgradient aufrechterhalten, wodurch erreicht
wird, daß die Pumpe bloß ein verhältnismäßig grobes Vorvakuum benötigt. Die Diffusionsstufe
pumpt Gas deshalb, weil der Partialdruck des gepumpten Gases im Öldampf niedriger
als im gepumpten Raume ist, obzwar der absolute Druck, in welchem auch der Druck
des Öldampfes inbegriffen ist. höher ist. Im Gegensatz hierzu pumpt eine Strahlstufe
deshalb, weil infolge der erhöhten Geschwindigkeit der absolute Druck im öldampfstrahl
niedriger ist als im gepumpten Rauine.
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Die erfindungsgemäße Pumpe, welche schematisch in Fig. 2 dargestellt
ist, beseitigt die erwähnten Schwierigkeiten durch eine einfache, aber wirksame
Maßnahme. Sie besteht ebenso wie die vorher gemäß dem Stand der Technik beschriebene
Pumpe aus einem Mantel 1, der durch eine Kühlwendel 2 gekühlt wird. Innerhalb des
Mantels befindet sich eine Hochdruck- und eine Niederdruckstufe. Zum Unterschied
von der vorher beschriebenen Pumpe ist hier die Niederdruckstufe 4 mit dem Hauptverdampfer
5 durch ein enges Rohr 12 verbunden, welches z. B. in der Achse der Niederdruckstufe
angebracht ist. Der untere Teil der Niederdruckstufe bildet also einen Hilfsverdampfer
13. Die übrigen Teile der Pumpe sind dieselben, wie bereits oben beschrieben, und
sie sind mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Die erfindungsgemäße
Pumpe arbeitet auf folgende Weise: Beim Erhitzen des Öls im Verdampfer steigt der
Dampfdruck im Hochdruckteil, und da der Druck im @Tiederdruckteil niedrig ist, fließt
durch das Rohr 12 0l in den unteren Teil des Raumes 8, welcher einen Hilfsverdampfer
13 bildet. Beim Erhitzen des 61s im unteren Teil des Mantels 1 auf eine hohe Temperatur,
besitzt der Öldampf im Raume 7 einen erheblichen Druck, und er fließt durch die
Düsen 9 mit erheblicher Geschwindigkeit und in großer Menge, so daß der Gasdruckgradient
in der Hochdruckstufe ziemlich hoch sein kann. Das öl im Hilfsverdampfer 13 wird
dabei indirekt durch den Öldampf erhitzt, welcher entlang den Wänden des Raumes
8 durch den Raum 7 zu den Düsen 9 fließt. Die Temperatur des Öls im Raum 13 ist
dabei niedriger als im Verdampfer des Raumes 7. Die Niederdruckstufe 4 wird also
mit Öldampf gespeist. dessen Druck. Temperatur und Menge derart sind. daß das gewünschte
hohe Vakuum erzielt wird. Das Fraktionierungsprinzip wird bei der erfindungsgemäßen
Pumpe aufrechterhalten, da in den Raum 8 durch das Rohr 12 bereits entgastes Öl
gelangt> dessen leichtere Fraktionen bereits im Verdampfer des Raumes 7 beseitigt
wurden.
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Die oben beschriebene Ausführung ist bloß ein typisches Beispiel,
das verschiedenartig abgeändert werden kann.
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Die vorteilhaften Eigenschaften der Erfindung wurden durch praktische
Versuche nachgewiesen. Das notwendige Vorvakuum betrug bei einer Ausführung etwa
1 mm Hg ohne Beeinträchtigung des Endvakuums.