RU2786535C1 - Диффузионный насос - Google Patents
Диффузионный насос Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786535C1 RU2786535C1 RU2022109218A RU2022109218A RU2786535C1 RU 2786535 C1 RU2786535 C1 RU 2786535C1 RU 2022109218 A RU2022109218 A RU 2022109218A RU 2022109218 A RU2022109218 A RU 2022109218A RU 2786535 C1 RU2786535 C1 RU 2786535C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working fluid
- fixed
- film
- housing
- disk
- Prior art date
Links
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 51
- 210000001736 Capillaries Anatomy 0.000 claims abstract description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 23
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 8
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 7
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к диффузионному насосу. Насос состоит из вертикально установленного корпуса 1, выполненного за одно целое с ванной 11 и зафиксированных в нем входного фланца 2 и выпускного патрубка 3, установленного в нижней части корпуса 1 многоступенчатого паропровода 4 с зонтичными соплами 5 в центральной части по оси корпуса 1, воронки 7, зафиксированной в нижней части корпуса 1, где установлен паропровод 4, отверстие которой, имеющее меньший диаметр, обращено к диску 9 для формирования пленки рабочей жидкости и служит входным отверстием паропровода 4 и сливным отверстием гидрозатвора 8. При этом диск 9 выполнен монолитным и герметично закреплен на верхнем торце ванны 11, на нижней части которого зафиксирован электрический нагреватель 12. На торцевой поверхности диска 9 закреплен кольцевой бортик высотой 
для формирования пленки рабочей жидкости толщиной, равной 
, где 
- капиллярная постоянная. Изобретение направлено на увеличение надежности работы диффузионного насоса и уменьшение обратного потока паров рабочей жидкости за счет использования пленки рабочей жидкости оптимальной толщины. 2 ил.
Description
Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к средствам получения высокого вакуума. Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение надежности работы диффузионного насоса и уменьшение обратного потока паров рабочей жидкости за счет использования пленки рабочей жидкости оптимальной толщины.
Диффузионный насос - это вакуумный насос, предназначенный для создания высокого вакуума. Диффузионные насосы нашли широкое применение во многих областях науки и техники как надежное и относительно дешевое средство получения высокого вакуума. Этому в большой степени способствовали их основные достоинства: возможность обеспечения большой быстроты действия в достаточно широком диапазоне давлений, способность откачивания различных видов газов, надежность конструкции, отсутствие движущихся частей и простота в эксплуатации.
Известна конструкция диффузионного вакуумного насоса [Патент SU 1052733 от 1982.07.09, МПК F04F 9/02(2006.01)]. Диффузионный насос содержит вертикальный корпус с охлаждаемой верхней и не охлаждаемой нижней частями. Внутри по оси корпуса зафиксирован паропровод, оснащенный соплами. Нижняя часть корпуса снабжена теплоизоляцией.
В данном диффузионном насосе испарение рабочей жидкости происходит в большом объеме и имеет взрывной характер кипения. При взрывном вскипании жидкости плотность паровой струи изменяется и приводит к увеличению обратного потока паров рабочей жидкости в откачиваемый объем, что приводит к загрязнению откачиваемого объема парами рабочей жидкости насоса.
Известна конструкция диффузионного насоса [Патент SU 584102 от 1974.05.16, МПК F04F 9/02(2006.01)], содержащая корпус с верхней охлаждаемой зоной и нижней теплоизолированной неохлаждаемой зоной. Оснащен входным и выходным патрубками, и размещенный по оси корпуса многоступенчатый паропровод. Выходной патрубок расположен над последней ступенью паропровода, а внутри корпуса размещена кольцевая вставка, верхние и нижние участки которой образуют с корпусом зазоры, средний участок плотно прилегает к поверхности корпуса над выходным патрубком, а нижняя кромка расположена ниже уровня последней ступени паропровода.
В таком диффузионном насосе испарение рабочей жидкости происходит в большом объеме и имеет взрывной характер кипения. При взрывном вскипании жидкости плотность паровой струи изменяется и приводит к увеличению обратного потока паров рабочей жидкости в откачиваемый объем, что приводит к загрязнению откачиваемого объема парами рабочей жидкости насоса.
Известна конструкция диффузионного вакуумного насоса, являющаяся прототипом предлагаемого изобретения, описание которой приводится в работе [Патент PCT/SU 89/00237 от 1989.09.08, МПК F04F 9/00(2006.01)]. Диффузионный вакуумный насос содержит вертикальный цилиндрический корпус, выполненный за одно целое с ванной для рабочей жидкости и зафиксированными в корпусе входным и выходным патрубками. На верхней части днища установлен коаксиально корпусу многоступенчатый паропровод с зонтичными соплами и с воронкой направленной на диск формирования пленки рабочей жидкости. Диск имеет тепловой контакт с нагревателем и обеспечивает испарение пленки рабочей жидкости. Между корпусом и многоступенчатым паропроводом расположен гидрозатвор. В известном диффузионном насосе решена проблема обратного потока за счет испарения тонкой пленки рабочей жидкости.
Недостатком указанного диффузионного вакуумного насоса является непостоянство толщины пленки рабочей жидкости из-за отсутствия переливных устройств регулирующих высоту этой пленки на диске формирования пленки. В процессе работы насоса могут образовываться очень тонкие пленки рабочей жидкости, для которых характерно образование сухих пятен на поверхности нагрева, что приводит снижению критических тепловых потоков, ограничивая диапазон работы насоса по тепловым потокам. При критическом тепловом потоке поверхность нагрева перестает смачиваться рабочей жидкостью, и насос прекращает работать. Это сказывается на надежности работы насоса.
Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является увеличение надежности работы диффузионного насоса и уменьшение обратного потока паров рабочей жидкости.
Поставленная задача достигается тем, что диффузионный насос состоит из вертикально установленного металлического корпуса, выполненного за одно целое с ванной для рабочей жидкости и зафиксированных в нем входного фланца и выпускного патрубка, установленного в нижней части корпуса многоступенчатого паропровода с зонтичными соплами в центральной части по оси корпуса, воронки, зафиксированной в нижней части корпуса, где установлен многоступенчатый паропровод, отверстие которой, имеющее меньший диаметр, обращено к диску для формирования пленки рабочей жидкости и служит входным отверстием паропровода и сливным отверстием гидрозатвора, диска для формирования рабочей пленки, выполненного монолитным и герметично закреплен на верхнем торце ванны для рабочей жидкости, на нижней части диска зафиксирован электрический нагреватель, изолированный теплоизоляцией, на торцевой поверхности диска закреплен кольцевой бортик высотой 
для формирования пленки рабочей жидкости толщиной, равной 
, где 
- капиллярная постоянная.
На фиг. 1 представлен чертеж диффузионного насоса, на фиг. 2 изображены графики зависимости коэффициента теплоотдачи от высоты пленки рабочей жидкости при разных тепловых потоках.
На фиг. 1 приведен диффузионный насос, состоящий из цилиндрического корпуса (1), входного фланца (2), выпускного патрубка (3), многоступенчатого паропровода (4) с зонтичными соплами (5), дополнительного выходного патрубка (6), воронки (7), гидрозатвора (8), диска для формирования пленки рабочей жидкости (9) с кольцевым бортиком (10), ванны для рабочей жидкости (11), электрического нагревателя (12).
Диффузионный насос работает следующим образом (фиг. 1). Предварительно фланец (2) пристыковывается к корпусу соответствующей технологической установки (не указана на чертеже), в которой создается и поддерживается вакуум, заданный технологическим режимом. Затем к выпускному патрубку (3) пристыковывается и включается форвакуумный насос (не указан на чертеже), создающий в выпускном патрубке (3) разряжение, достаточное для работы диффузионного насоса. Затем включается нагреватель (12) для испарения рабочей жидкости, который нагревает диск для формирования пленки рабочей жидкости (9). В пусковом режиме работы диффузионного насоса нагрев рабочей жидкости в кольцевой ванне для рабочей жидкости (11) осуществляется за счет теплопередачи от внутреннего цилиндра ванны для рабочей жидкости (11), который в свою очередь нагревается диском для формирования пленки (9). При достижении температуры кипения рабочей жидкости начинается процесс ее парообразования. Образующийся пар рабочей жидкости, поднимаясь вверх, проходит через зазор между диском для формирования пленки рабочей жидкости (9) и воронкой (7) являющейся входным отверстием паропровода (4). Далее пар поднимается вверх по паропроводу, при этом часть пара в виде паровой струи выходит через дополнительный выходной патрубок (6) в сужающийся участок выпускного патрубка (3), обеспечивая эжекцию откачиваемого газа, а другая часть пара поднимается еще выше по многоступенчатому паропроводу (4) и выходит в виде струи через зонтичные сопла (5), разгоняясь до сверхзвуковой скорости за счет перепада давления в полости между наружной поверхностью многоступенчатого паропровода (4) и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса (1). В этой же полости происходит диффузия молекул откачиваемого газа в паровую струю. Далее молекулы газа движутся в струе пара по направлению к выпускному патрубку (3) и захватываются паровой струей, выходящей через дополнительный выходной патрубок (6), в выпускной патрубок (3). На внутренней поверхности цилиндрического корпуса (1) происходит конденсация пара за счет принудительного охлаждения наружной поверхности цилиндрического корпуса (1) или за счет естественного охлаждения вследствие конвекции воздуха. Конденсат рабочей жидкости стекает по внутренней поверхности цилиндрического корпуса (1) вниз к гидрозатвору (8). Слив конденсата рабочей жидкости из гидрозатвора (8) на торцевую поверхность диска для формирования пленки рабочей жидкости (9) осуществляется через воронку (7). Рабочая жидкость попадая на торцевую поверхность диска для формирования пленки рабочей жидкости (9) растекается по ней и за счет кольцевого бортика (10) обеспечивается фиксированная оптимальная толщина образующейся пленки. Одновременно происходит процесс испарения с этой торцевой поверхности, поскольку диск для формирования пленки рабочей жидкости (9) нагрет до температуры, превышающей температуру кипения жидкости. При этом диффузионный насос переходит на стационарный режим работы, при котором парообразование в основном происходит с торцевой поверхности диска для формирования рабочей жидкости (9).
На фиг. 2 показано, что использование пленки рабочей жидкости толщиной (где 
- капиллярная постоянная), по сравнению с более толстыми и более тонкими пленками жидкости, приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи в процессе испарения/кипения рабочей жидкости. При этом пленки данной толщины имеют большие критические тепловые потоки по сравнению с более низкими толщинами пленок и соизмеримы с критическими тепловыми потоками при кипении жидкости в большом объеме как показано в работе [Влияние высоты слоя на теплообмен и критический тепловой поток при испарении жидкости в условиях низких давлений / В.И. Жуков, А.Н. Павленко, Ю.В. Нагайцева, Д. Вайсс // Теплофизика высоких температур. - 2015. - Т. 53, № 5. - С. 727-734].
Таким образом, диффузионный насос, в результате использования кольцевого бортика высотой позволяет получить толщину пленки рабочей жидкости равной , что позволяет увеличить надежность работы диффузионного насоса и уменьшить обратный поток паров рабочей жидкости.
Claims (1)
- Диффузионный насос, состоящий из вертикально установленного металлического корпуса, выполненного за одно целое с ванной для рабочей жидкости и зафиксированных в нем входного фланца и выпускного патрубка, установленного в нижней части корпуса многоступенчатого паропровода с зонтичными соплами в центральной части по оси корпуса, воронки, зафиксированной в нижней части корпуса, где установлен многоступенчатый паропровод, отверстие которой, имеющее меньший диаметр, обращено к диску для формирования пленки рабочей жидкости и служит входным отверстием паропровода и сливным отверстием гидрозатвора, диска для формирования рабочей пленки, выполненного монолитным и герметично закрепленного на верхнем торце ванны для рабочей жидкости, на нижней части которого зафиксирован электрический нагреватель, изолированный теплоизоляцией, отличающийся тем, что на торцевой поверхности диска закреплен кольцевой бортик высотойдля формирования пленки рабочей жидкости толщиной, равной
, где
- капиллярная постоянная.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2786535C1 true RU2786535C1 (ru) | 2022-12-21 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB636058A (en) * | 1941-09-25 | 1950-04-19 | Centre Nat Rech Scient | Improvements in condensation pumps |
| WO1991003650A1 (en) * | 1989-09-08 | 1991-03-21 | Anatoly Nikitovich Groshkov | Diffusion pump |
| SU1777422A1 (ru) * | 1988-07-08 | 1994-07-15 | А.Н. Грошков | Диффузионный вакуумный насос |
| SU1586328A1 (ru) * | 1988-12-19 | 1996-07-10 | А.П. Минаев | Многоступенчатый пароструйный вакуумный насос |
| CN203114757U (zh) * | 2013-02-01 | 2013-08-07 | 湖北东田光电材料科技有限公司 | 一种真空扩散泵 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB636058A (en) * | 1941-09-25 | 1950-04-19 | Centre Nat Rech Scient | Improvements in condensation pumps |
| SU1777422A1 (ru) * | 1988-07-08 | 1994-07-15 | А.Н. Грошков | Диффузионный вакуумный насос |
| SU1586328A1 (ru) * | 1988-12-19 | 1996-07-10 | А.П. Минаев | Многоступенчатый пароструйный вакуумный насос |
| WO1991003650A1 (en) * | 1989-09-08 | 1991-03-21 | Anatoly Nikitovich Groshkov | Diffusion pump |
| CN203114757U (zh) * | 2013-02-01 | 2013-08-07 | 湖北东田光电材料科技有限公司 | 一种真空扩散泵 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| В.И. ЖУКОВ и др. Влияние высоты слоя на теплообмен и критический тепловой поток при испарении жидкости в условиях низких давлений, журнал Теплофизика высоких температур, 2015, т.53, N 5, с.727-734. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6929295B2 (ja) | 外来ガス回収空間を有するヒートポンプ、ヒートポンプの動作方法、およびヒートポンプの製造方法 | |
| US3019809A (en) | Combined vacuum valve and cold trap | |
| US2291054A (en) | Vacuum diffusion pump | |
| RU2786535C1 (ru) | Диффузионный насос | |
| KR20040104460A (ko) | 히트 파이프 | |
| JPS6049002B2 (ja) | 薄膜蒸発器 | |
| SU1467354A1 (ru) | Фитиль тепловой трубы | |
| RU218126U1 (ru) | Диффузионный паромасляный насос | |
| US4140438A (en) | Diffusion pump | |
| US4373868A (en) | Diffusion pump for leak detector | |
| RU2303163C1 (ru) | Вымораживающая ловушка | |
| RU2700059C1 (ru) | Выпарной аппарат | |
| RU190323U1 (ru) | Криогенная ловушка | |
| EP3747522A1 (fr) | Dispositif de distillation présentant une consommation énergétique réduite | |
| US2630266A (en) | High-vacuum device | |
| RU2077488C1 (ru) | Дистиллятор | |
| US5700134A (en) | Diffusion pumps | |
| SU1373908A1 (ru) | Диффузионный паромасл ный насос | |
| SU391834A1 (ru) | Лабораторный аппарат для перегопки жидкости | |
| RU2353861C1 (ru) | Способ нагрева жидкого теплоносителя и устройство для его осуществления | |
| RU2612545C2 (ru) | Цилиндрический вихревой охладитель | |
| US2977041A (en) | High-vacuum diffusion pump | |
| US3442440A (en) | Diffusion pump | |
| RU2664470C1 (ru) | Способ нагрева разделяемой на фракции жидкости и устройство для его осуществления (варианты) | |
| SU1756653A1 (ru) | Пароструйный вакуумный насос |