DE1428289A1 - OEldampfdiffusionspumpe - Google Patents

Description

COMPAGNIE INDUSTRIELLE FRANCAISE DES TUBES

ELECTRONIQUES, Societe Anonyme 50 rue J.P. Timbaud, COURBEVOIE (Seine), Frankreich

"öldampfdiffusionspumpe¹¹

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der Einrichtungen von Öldampfdiffusionsvakuumpumpen, welche dazu dienen, die Rückführung des im ganzen Pumpenkörper kondensierten Öles in den Siedekessel zu gewährleisten, dabei jedoch den Durchtritt des im Kessel erzeugten Dampfes in der entgegengesetzten Richtung verhindern, damit dieser Dampf nach dem klassischen Punktionsprinzip derartiger Pumpen gezwungen wird, das Innenstück oder den Ejektor ·

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zu durchströmen, an dessen Austritt der Dampf im Körper der Pumpe diffundiert, bevor er sich, an der gekühlten Wand dieses Körpers kondensiert.

Bei klassischen Öldampfdiffusionspumpen wird die Rückführung des kondensierten Öles in den Kessel in aller Segel durch ein in dem flüssigen Öl im Kesdel nach oben ragendes Rohr bewirkt. Eine derartige Einrichtung weist eine Länge auf, die in Jgezug auf die Gesamtlänge der Pumpe nicht vernachlässigbar ist und somit den Raumbedarf der Pumpe sowie deren Gewicht erhöht. !Tun sind aus nachfolgend näher zu erläuternden Gründen Verringerungen des Gewichtes und des Raumbedarfs von Öldampfdiffusionspumpen vor allen Dingen bei der Ausrüstung von automatischen Vielfachpumpaggregaten erwünscht, wie etwa bei solchen Einheiten, die bei der Massenproduktion von Elektronenröhren und anderen geschlossenen Räumen die Erzeugung von Vakuum in diesen und Entfernung des Gases aus diesen bewirken. Derartige automatische Aggregate mit drehendem Revolverkopf oder -Teller können eine relativ große Zahl von Arbeitsstationen aufweisen, z.B. 16, 24, 30, 36 und sogar noch mehr. Hierbei besitzt jede Station ihre eigene Diffusionspumpe· Dies ist unbedingt notwendig, will man bei guter Qualität den Arbeitstakt der Pumpvorgänge erhöhen.

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Das Vorhandensein einer Diffusionspumpe pro Arbeitsstation geht offensichtlich - aus dem gleichen Wunsch nach schneller Produktion und hohem Wirkungsgrad des Pumpvorganges heraus - Hand in Hand mit der Notwendigkeit einer unmittelbaren Verbindung der lumpe mit dem zu evakuierenden Raum. Dies erreicht man, indem man bei jeder Arbeitsscation die Diffusionspumpe unmittelbar in der Verlängerung des Stutzens für die Evakuierung der auf die Maschine gebrachten abgeschlossenen Hohlräume anordnet. Diese Hohlräume sind, um einen möglichst großen Abstand voneinander zu haben, und für die Bequemlichkeit der Benutzung der Maschine (Aufbringen und Entfernen) kreisförmig am Umfang des Revolvertellers ange- · ordnet.

Es ist wichtig, daß die der Teilung des Aggregates entsprechende Winkelverschiebung so schnell wie möglich erfolgt, um die Dauer dieser toten Zeit gering zu halten. Zu diesem Zweck ist es wiederum notwendig, daß das Trägheitsmoment des Drehtellers umsomehr verringert wird, umsoschneller der Arbeitstakt des Pumpens wird«

In Folge der, wie oben dargelegt, notwendigen Anordnung der Diffusionspumpen am Umfang des drehenden Arbeitstellers liegt in diesen auch der größere Teil des Seichtes

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dieses Drehtellers<, Das Trägheitsmoment des Drehtellers wird dementsprechend umsostärker verringert, je leichter die Diffusionspumpen werden, welche zur Ausrüstung der 1-umpaggregate dienen.

Andererseits wird die mechanische Hersteilung dieser Aggregate und ihr Betrieb erleichtert, wenn das Arbeitsniveau des Drehtellers erniedrigt wird (Kompaktheit des Ganzen). Auch wird die Zugänglichkeit des Drehtellers zum Aufbringen und Entfernen der zu entleerenden Hohlräume und die Regelung der Arbeitsstationen verbessert. Die Diffusionspumpen, die aus dem oben erwähnten Grund der Anordnung in der unmittelbaren Verlängerung-des Pumpstutzens der zu entleerenden häume nur unterhalb des erwähnten Plateaus angeordnet werden können, massen daher kurz sein (dies ist mit dem 'Wunsch, das notwendige Ge- ■ wicht zu verringern, um der oben erwähnten Bedingung der Verringerung des Trägheitsmoments des Drehtellers zu genügen, vereinbar^)ο

Schließlich führt die relativ große Zahl der Arbeits-Stationen, so wie oben dargelegt,/damit der Pumpen, zu einem elektrischen Speisekollektor für die Heizelemente dieser Pumpen, welcher unmögliche Dimensionen annimmt,

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wenn die Heizleistung dieser Elemente groß ist. Soll diese Leistung auf ein annehmbares Maß verringert werden, so müssen die Diffusionspumpen» die an den automatischen Pumpaggregaten angebracht werden sollen, einen hervorragenden thermischen Wirkungsgrad haben.

> Gegenstand der Erfindung ist daher eine Anordnung, die den öldaffipfdiffusionspumpen die drei oben erwähnten Vorteile bringt.

Es ist bekannt, daß man die Anordnung des Ejektors konzentrisch im Körper der Pumpe dazu ausnützt, an-seinem Fuß zwischen seiner Außenwand und der Innenwand des Pumpenkörpers einen Ringraum vorzusehen. Auf diese Weise sammelt sich das kondensierte Öl, welches die gekühlte Pumpenwand herabläuft, in der Innenzone des erwähnten Raumes in Form eines Ringes, welcher in diesem Raum durch Oberflächenspannung gehalten wird und ihn vollständig abschließt. Auf diese Weise verhindert der Ring die Diffusion des Dampfes vom Kessel in die Arbeitskammer, d.h. er zwingt ihn, durch den Ejektor zu strömen.

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Ein solcher Abschluß durch einen einzigen flüssigen Ölring ist jedoch nur dann wirksam, wenn der Ring eine relativ große Höhe von mehreren Zentimetern hat. Wenn auch ein solches Maß bei Diffusionspumpen mit großen Abmessungen, deren Raumbedarf nicht-begrenzt ist, annehmbar ist, so ist es dies jedoch im Hinblick auf die oben dargelegten Umstände nicht mehr für Pumpen, welche zur Ausrüstung automatischer Pumpeinrichtungen bestimmt sind. Weiter bedeutet das Vorhandensein großer, einander zu beiden Seiten des ölringes gegenüberliegender metallischer Flächen für den Ejektor einen Wärmeverlust, der proportional dieser Flächengröße ist« Dieser Wärmeverlust entsteht durch die Wärmeleitung vom warmen Öl zum gekühlten Pumpenkörper. Wenn auch ein solcher Wärmeverlust von geringer Bedeutung für eine Diffusionspumpe mit großer Heizleistung ist, bo ist jedoch der gleiche relative Verlust im Gegenteil äußerst nachteilig für Pumpen, welche, wie d>en dargelegt, zur Erreichung einer minimalen Heizleistung einen möglichst guten thermischen Wirkungsgrad haben müssen.

Ein Kennzeichen der Erfindung liegt darin, daß sie es erlaubt, gleichzeitig die von dem Hing kondensierten Öles in Anspruch genommene Höhe und die Größe der einander gegenüberliegenden Flächen des Ejektors und des Pumpenkörpers zu verringern· Die Verringerung der Höhe des Öl-909851/0442

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ringes erhält man durch Zerteilung des Ringes in mindestens zwei Ringe. l>ie Verringerung der Oberflächengrüße wird dadurch bewirkt, daß der Ejektorkörper einen zinnenartig gezackten Bereich erhält, indem man mindestens drei regelmäßig im Höhenabstand angeordnete Bunde ausarbeitet, welche unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Diese definieren so sich progressiv ändernde Zwischenräume zwischen den Bunden und dem Pumpenkörper, wobei zwei aufeinanderfolgende Bunde einen ringförmigen Hohlraum begrenzen. Die Vorrichtung in ihrer Gesamtheit bietet somit mindestens zwei derartige ringförmige Hohlräume, von denen das längs des Pumpenkörpers kondensierte Öl, in dem es zum Kessel hin herabläuft, den Abschluß in Form der besagten Ringe bildet.

Der Abstand der Bunde voneinander wird experimentell so bestimmt, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ringen (unter Berücksichtigung des Volumens, das sie einnehmen) eine Ölleere entsteht, wobei die gebildeten Ringräume so hinter den besagten Ringen beachtliche Entspannungskammern bilden, derart, daß auf die Höhe der durch die Bunde abgegrenzten Zone von dem unteren Bund bis zum oberen Bund ein Druckgradient entsteht, welcher in Verbindung mit dem Temperaturabfall der aus aer Anwesenheit konden-

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sierten Öles in diesem Bereich folgt, die Wirkung hat, daß alle Dampfmoleküle, die aus dem Kessel austreten wollen, auf der ganzen Länge der Strecke zwischen dem Pumpenkörper und dem Ejektorkörper zwangsweise zumindest in der zweiten Höhluhg wieder kondensiert werden. Dies wurde experimentell durch Beobachtung in einer Pumpe festgestellt, welche mit der Einrichtung gemäß Erfindung ausgerüstet, jedoch mit einem aus Glas "bestehenden und damit durchsichtigen Körper versehen war. Die beschriebene Einrichtung stellt in der Tat die angestrebte VerSchlußanordnung dar. Die Anwesenheit einer dritten Höhlung (durch Ausarbeitung eines vierten .Bundes auf dem Ejektorkörper) findet ihre Berechtigung lediglich in ihrer Eigenschaft als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme.· Aus diesem Grunde wird der vierte Bund lediglich als eine Verdoppelung des dritten Bundes angesehen. Deswegen kann der vierte Bund auch genau die gleichen geometrischen Abmessungen und dementsprechend auch den gleichen Abstand von der Wand des Pumpenkörpers aufweisen, wenn der zweite Bund und der erste (die Bunde werden hier vom Kessel ausgehend gezählt) Zwischenräume mit dem Pumpenkörper von abnehmender Größe definieren.

Die Volumina der aufeinander-folgenden Ringe hängen von der Viskosität des Öles ab. Die geometrischen Abmessungen der Gesamtheit der Vorrichtung ist somit eine Punktion 9098 5 1/04 4 2

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der Qualität des verwendeten üles« Für die von der Anmelderin verwendete Qualität sind die Maße der Abstände zwischen jedem der Bunde und dem Pumpenkörper jeweils für den vierten und dritten Bund 0,75 mm, für den zweiten Bund 0,50 mm und für den ersten Bund 0,30 mm. Die Höhe der für die vier erwähnten Bunde benötigten Zone beträgt 19 nun, was einem Abstand von 5 mm zwischen Bunden von 1 mm Dicke entspricht Sämtliche angegebenen ι Maße dienen lediglich zur Erläuterung und sollen keine Begrenzung der Erfindung darstellen.

Unabhängig von ihrer beschränkten Länge weist eine solche Konstruktion,die von einfachem Aufbau und leicht im Betrieb ist, die folgenden Vorteile auf.

Während seines Abfließens befindet sich das öl in der Nähe der primären Pumpmündung und ist hierdurch auf einer Temperatur von 160 bis 190° 0. Dementsprechend wird es partiell durch fraktionierte Destillation von eingeschlossenen Unreinigkeiten gereinigt.

Das öl fließt nicht längs des Ejektors, den es beim Wiederverdampfen abkühlen würde, sondern unter einer Tropfkante, welche zu diesem Zweck im Anschluß an den Pumpenkörper und den Kessel vorgesehen ist.

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Der vom flüssigen Öl gebildete diente Abschluß zwischen dem Ejektor und der Außenwand der Pumpe ist aufgrund seiner Natur ein wesentlich schiechter leiter. Er wirkt somit nicht auf die Abkühlung des Ejektors hin.

Diese beiden letzteren Vorteile gehören zu der Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades von Pumpen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche beträchtlich ist. Die erfindungsgemäße Ausbildung gewährt diesen Pumpen ebenfalls die dritte angestrebte Eigenschaft unter den dreien oben aufgezählten und dargelegten.

Die Erfindung wird nun leichter verständlich, wewi man sich auf die beigefügte Zeichnung Dezieht.

Pig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer Pumpe mit der erfindungsgemäßen Einrichtung*

Pig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab im gleichen Schnitt den Teil der Pumpe, der diese Einrichtung "bildet.

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Der iumpenkörper 1 mit seinem Kühlmantel 2 ist unten durch den Siedekessel 3 begrenzt und oben durch den Flansch .4 für den Anschluß an die zu evakuierende Leitung. Der Ansatz 5 erlaubt den Anschluß an die trimärp\i:npe cuir. Anlassen und Aufrechterhalten eines vorläufigen Vakuums. Der Ejektor 6 mit seinen Ablenkkegeln für den Dampf, wie die bei 7 und 8 gezeigten, ist auf der Bodenplatte 9 des Kessels durch eine einfache Stangenkoustruktioii 10 zentriert, welche seine bequeme Montage und Demontage für die 7/artung erlaubt. Das Heizelement 11 besteht aus einem gekapselten Widerstand von angemessener Form und liegt an der Außenfläche des Kessels 9 mit einer Anflachung an, welche eine Verbesserung des Wärmeaustausches zwischen dem Heizelement und dem Kessel erlaubte Sowohl das Heizelement 11 als auch die Schutzhaube 12 sind alle beide mittels einer Stangenkonstruktion 13 befestigt. Die Bundanordnung 14, iie an der Außenfläche des Ejektors angearbeitet ist, begrenzt, mit dem Pumpenkörper und dem EjektorkÖrper drei ringförmige Höhlungen, welche Entspannungskammern C1, C2 und 03 bilden.

Die Form dieser Bunde ist genauer aus Fig. 2 ersichtlich, in welcher auch die jeweiligen Abstände d, c, b und a zwischen dem Umfang des Bundes und der Innenfläche des

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Pumpenkörpers angegeben sind. Die .verte dieser Abstände, die von oben nach unten abnehmen, sind oben angegeben (und zwar lediglich zu Erläuterungszwecken) für eine von der Anmelderin verwendete besondere Ölqualität, nämlich die Silikonfluide Si 703 und 704.

7/ie bereits dargelegt, bildet eine Tropf leiste 15 das Ende des Pumpenkörpers an seinem Anschluß an den Kessel. Das kondensierte Öl lauft somit von dieser Tropfleiste aus in den Kessel, d.h. vom Pumpenkörper aus und nicht vom Innenbund des Ejektors. Dies erhöht, wie gesagt, den thermischen Wirkungsgrad des Ganzen, indem die Abkühlung des Ejektors durch 'ffiederverdampfung des Öles an dieser Stelle verhindert wird. 7/eiter wird der thermische Y/irkungsgrad auch dadurch erhöht, daß der Ejektor durcfylie Art seines Einbaues vollständig unabhängig vom Pumpenkörper ist. Bei den vorbekannten Pumpen geringer Ausdehnung war dies nicht der PaIl₀

Ferner zeigt sich bei den mit der Einrichtung gemäß Erfindung ausgerüsteten Pumpen eine .Verbesserung der erreichbaren Vakuumgrenze * Dies dürfte auf eine Art fraktionierte Destillation zurückzuführen sein, welche die

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Separation der im verwendeten öl eingeschlossenen Gasmoleküle begünstigt.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Bunde nicht mehr am Ejektorkörper angebracht, sondern innen im Pumpenkörper und die Außenwand des Ejektors ist glatt. Die relativen Abstände zwischen den, entsprechenden Teilen der Bunde und der gegenüberliegenden Ejektorwand werden so, wie bei der anderen Ausführung, gewählt. Aus Pertigungsgründen wird jedoch die zuerst beschriebene Ausführung vorgezogen.

Pat entanspruch

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Claims (1)

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   Patentanspruch

   Öldampfdiffusionspumpe, deren Einrichtung zur Rückführung des nach Arbeitsleistung am Ausgang des Ejektors im Pumpenkörper kondensierten Öles in den Siedekessel vorzugsweise an der Außenwand des Ejektorkörpers angearbeitete Umfangsbunde umfaßt, die mit der gegenüberliegenden konzentrischen Innenwand des Pumpenkörpers Zwischenräume definieren, deren jeder einen Ölring zurückhält, welcher an dieser Stelle einen flüssigen Abschluß bildet, der einer Diffusion des im Siedekessel erzeugten Dampfes entgegenwirkt, jedoch den vollständigen Rücklauf des in der Pumpe kondensierten Öles in den Kessel erlaubt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei derartige Ringbunde vorhanden sind und daß die Abstände (d, c, b, a) zwischen diesen Itingbunden und der Wand des Pumpenkärpers von. oben nach unten progressiv abnehmen.

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