Получение вакуума, ртутно-поршневой и ртутно-струйный насос « Попаданцев.нет

Нам кажется, что вакуум научились получать сравнительно недавно и нашим предкам это было недоступно.
Тогда рассмотрим конструкцию ртутно-поршневого насоса, подобно которому пользовался еще Торичелли в 1643 году.

Этот тип насоса использовали в своих работах Сведенборг (в 1772 году), Гейслер и Темплер (в 1858 году). И что самое интересное — такой насос позволяет достичь вакуума порядка 10^-8 атмосферы. Этот тип насоса столетиями использовался учеными и сыграл громадную роль в исследованиях.

Принцип действия ртутно-поршневого насоса прост.

Сосуд с ртутью C, емкость которого должна быть хотя вы вдвое больше емкости А, поднимают наверх до тех пор, пока ртуть не заполнит емкость А, при этом она вытесняет оттуда воздух через капилляр В. Чтобы избежать заливания ртути в трубопровод, используют поплавок Е, всплывающий в ртути и запирающий трубу.

Теперь опустим сосуд С вниз, ртуть вытечет из емкости А и в нее поступит газ из откачиваемого сосуда.
Каждый подъем сосуда С длится около двух минут, столько же — опускание ртути. Работа производится вручную и достаточно трудоемка.
Скорость откачки… Ну, какая-то есть. Для достижения 25 х 10^-6 мм ртутного столба требовалось 300 минут (!).

При этом насос предъявляет требования к чистоте и сухости ртути (он ведь работает с ее поверхностью). Поэтому очень желательно сушить поступающий в насос газ.

По этому принципу строилось очень и очень много конструкций. В конце концов существовали автоматически действующие насосы Теплера, которые могли откачать 5 литров за 13 минут. То есть эта схема насоса при всех своих недостатках имеет очень широкое поле для улучшения параметров.
Можете полюбоваться, как выглядела одна из реальных конструкций простого насоса Теплера (картинка справа).

Недостаток такого насоса — наличие гибкой трубки.
Мало того, что у попаданца однозначно будут проблемы с материалом для нее, но еще и возникают проблемы с долговечностью такой конструкции. Сколько изгибаний выдержит такая трубка? А если она треснет, то сколько ртути прольется?

В 1865 году Шпренгель предложил немного другую конструкцию — не ртутно-поршневой, а ртутно-струйный насос.

Ртуть, собранная в сосуде А по трубке B капает из сопла D в трубку E. Трубка E — капиллярная для ртути, диаметром не более 1 мм и длиной около 80 см. Скорость вытекания ртути из сопла D регулируют так, чтобы ртуть в капилляре E разбивалась на капли. Капли  захватывают газ в образующиеся между ними разрывы.

Чтобы избежать испарения ртути, на ее поверхность наливают небольшое количество воды.

Недостатков у такого насоса много.

Во-первых — низкая производительность. Такой насос откачивает до 20 кубических сантиметров газа в секунду (речь не идет о литрах, как это происходит с другими насосами). Чтоб выкачать вакуум из сосуда в 0.4 литра требуется как минимум 30 минут.
И что самое неприятное — возможности увеличения производительности слабые, разве только поставить несколько таких насосов в параллель.
Поэтому желательно использовать предварительную откачку, для форвакуума подойдет водоструйный насос. Хотя желательно использовать вместо воды масло, это не только снизит давление, достигаемое струйным насосом, но и избавит от паров воды.

Во-вторых — работа с жидкой ртутью, которую необходимо переносить с нижнего сосуда в верхний, хотя тут можно найти альтернативу и поставить простейший ручной насос для ртути.

Но главное, чем подкупает схема Шпренгеля — это простотой конструкции. Не нужно ничего — только стеклодувное дело и ртуть. И высокий вакуум становится достижим!

Струйные насосы (аппараты)

В отличие от всех ранее рассмотренных типов насосов струйные насосы не имеют подвижного рабочего органа, передающего жидкости механическую энергию. Поэтому они просты по конструктивному оформлению и надежны в действии. С помощью струйных насосов можно перемещать жидкие, газообразные и твердые сыпучие среды. Струйный насос может быть использован как для создания избыточного давления, так и для разрежения. Они применяются при откачке воды из глубоких колодцев, артезианских скважин, подвальных помещений, разных котлованов, корабельных трюмов и т. д.

Мощные струйные насосы (гидроэлеваторы) применяются в строительстве для размытия и удаления грунта. Часто на насосных станциях струйные насосы используются для отсоса воздуха на всасывающей линии перед их запуском. На тепловых электрических станциях, судовых силовых установках струйные насосы (пароструйные эжекторы) используются для создания вакуума в конденсаторах паротурбинных установок. В теплоэнергетике струйные насосы применяют в качестве пароструйных компрессоров.

Рабочей средой, с помощью которой происходит перемещение и повышение (понижение) давления перекачиваемой жидкости (газа, сыпучего вещества), могут быть жидкость, воздух, любой газ, пар. Непременным условием при этом должно быть то, чтобы рабочая среда при входе в струйный насос обладала большей удельной энергией, чем перемещаемая.

Основными деталями струйного насоса (рис. 12.4), являются корпус (приемная камера), в которой помещен насадок — сопло 2, конфузор 4, цилиндрический участок 5 и диффузор 6. Рабочая среда под давлением подводится по трубе 1 к соплу, в котором потенциальная энергия рабочей среды превращается в кинетическую.

Вытекая из сопла с большой скоростью, рабочая среда увлекает с собой воздух, находящийся в приемной камере 3, вследствие чего в ней образуется вакуум, под действием которого перекачиваемая жидкость по трубе 8 и поступает в приемную камеру. В приемной камере, конфузоре и цилиндрической части происходит смешение потоков. При дальнейшем движении скорости потоков выравниваются. В диффузорной части струйного насоса осуществляется уменьшение скорости потока и повышение его давления до заданной величины.

Жидкость, вышедшая из диффузора по напорному трубопроводу 7 направляется к месту назначения. Для создания больших давлений (разрежений) включают последовательно несколько струйных насосов.

В струйном насосе происходят очень сложные гидродинамические и тепловые процессы. В настоящее время, несмотря на большое количество работ в этой области, нет единой, установившейся теории, с помощью которой можно было бы определить наивыгоднейшие параметры рабочей среды, оптимальные размеры данного насоса, установку сопла и т. д. Все эти вопросы решаются, базируясь на данных эксперимента.

Классификация струйных аппаратов. Необходимо отметить, что в литературе струйные аппараты одного и того же типа именуются по-разному: инжекторы, эжекторы, компрессоры, элеваторы, насосы и т. д. Струйные аппараты, в которых рабочая и перекачиваемая жидкости однофазные, называют насосами. Аппараты, в которых рабочая и перекачиваемая среды упругие, в зависимости от степени повышения давления называют газоструйными компрессорами, эжекторами или инжекторами. Примерная классификация струйных аппаратов приведена в таблице 12.1.

Для струйного насоса, перекачивающего несжимаемую жидкость вводят следующие параметры:

Основной потерей энергии в любом струйном аппарате будет потеря, связанная со смешиванием двух потоков (инжектируемого и рабочего), имеющих разные скорости. Указанные потери пропорциональны квадрату разности скоростей потоков в начале смешения. Увеличение скорости инжектируемого (подсасываемого) потока при входе в камеру смешения уменьшает эту потерю.

В настоящее время наибольшее предпочтение отдается струйному насосу с цилиндрической камерой смешения, принципиальная схема которого представлена на рис. 12.5.

Коэффициент расхода для коноидального сопла р. = 0,98. Задаваясь коэффициентом k, в зависимости от напорности насоса, определяем площадь кольцевого сечения:

Таблица 12.2

вакуумвакуумный насос

Compressor Equipment
147 posts

0 comments

Prev Post

Вихревые насосы

Как работают пароструйные насосы Введение в насосы для вовлечения жидкости

Введение в насосы для вовлечения жидкости

Различают эжекторные насосы, такие как водоструйные насосы (17 мбар < p < 10 ¹³ мбар), паровые эжекторные вакуумные насосы (10 ^-3 мбар < p < 10 ^-1 мбар) и диффузионные насосы (p < 10 ^-3 мбар). Эжекторные вакуумные насосы используются в основном для создания среднего вакуума. Диффузионные насосы создают высокий и сверхвысокий вакуум. Оба типа работают с быстро движущимся потоком перекачиваемой жидкости в парообразном или жидком виде (водяная струя, а также водяной пар, пар масла или ртути). Механизм откачки всех насосов для вовлечения жидкости в основном одинаков. Молекулы перекачиваемого газа удаляются из сосуда и попадают в поток рабочей жидкости насоса, который расширяется после прохождения через сопло. Молекулы потока перекачиваемой жидкости посредством ударных импульсов передаются молекулам газа в направлении потока. Таким образом, газ, который необходимо перекачивать, перемещается в пространство с более высоким давлением.

В насосах для вовлечения жидкости во время работы возникает соответствующее давление пара, зависящее от типа перекачиваемой жидкости и температуры, а также от конструкции сопла. В случае масляных диффузионных насосов это может составлять 1 мбар в камере кипения. Подпорное давление в насосе должно быть достаточно низким, чтобы пары могли вытекать. Для этого для таких насосов требуются соответствующие форвакуумные насосы, чаще всего механического типа. Струя пара не может попасть в сосуд, так как она конденсируется на охлаждаемых наружных стенках насоса после выброса через сопло.

Принцип действия насосов для вовлечения жидкости

Вольфганг Геде первым понял, что газы при сравнительно низком давлении можно перекачивать с помощью потока насосной жидкости с существенно более высоким давлением и что, следовательно, молекулы газа из области низкого полного давления переходят в область высокого полного давления. Это, казалось бы, парадоксальное положение вещей развивается, поскольку поток пара изначально полностью свободен от газа, так что газы из области более высокого парциального давления газа (сосуд) могут диффундировать в область более низкого парциального давления газа (поток пара). Эта основная концепция Геде использовалась Ленгмюром (1915) в конструкции первого современного диффузионного насоса. Первыми диффузионными насосами были ртутные диффузионные насосы из стекла, позже из металла. В 60-е годы ртуть как среда почти полностью была заменена нефтью. Чтобы получить максимально возможную скорость потока пара, он позволял потоку пара выходить из сопла со сверхзвуковой скоростью. Пар рабочей жидкости насоса, образующий струю пара, конденсируется на охлаждаемой стенке корпуса насоса, тогда как транспортируемый газ подвергается дальнейшему сжатию, обычно на одной или нескольких последовательных стадиях, прежде чем он будет удален форвакуумным насосом. Степень сжатия, которую можно получить с помощью насосов для вытеснения жидкости, очень высока: при давлении 10 ^-9 мбар на входе насоса для подвода жидкости и противодавлении 10 ^-2 мбар, перекачиваемый газ сжимается в 10 ⁷ !

Типы насосов для захвата жидкости

Предельное давление насосов для захвата жидкости ограничено значением парциального давления жидкости, используемой при рабочей температуре насоса. На практике это пытаются улучшить, вводя перегородки или холодные ловушки. Это «конденсаторы» между насосом для захвата жидкости и вакуумной камерой, так что предельное давление, которое может быть достигнуто в вакуумной камере, теперь ограничено только парциальным давлением жидкости при температуре перегородки.
Различные типы насосов для вовлечения жидкости в основном различаются по плотности перекачиваемой жидкости на выходе из верхнего сопла, обращенного к стороне высокого вакуума насоса: ртутные диффузионные насосы

Принцип работы паромасляных эжекторных насосов

Насосное действие пароэжекторной ступени поясняется с помощью рис. 2.46. Насосная жидкость поступает под высоким давлением p ₁ в сопло (1), выполненное по типу сопла Лаваля. Там он расширен до входного давления p ₂ . При этом расширении резкое изменение энергии сопровождается увеличением скорости. В результате ускоренная струя паров рабочей жидкости насоса проходит через область смесителя (3), которая соединена с откачиваемой емкостью (4). Здесь молекулы газа, выходящие из сосуда, увлекаются струей пара. Смесь паров рабочей жидкости — газа теперь поступает в сопло диффузора, выполненное в виде сопла Вентури (2). Здесь парогазовая смесь равна сжал до противодавления p ₃  с одновременным уменьшением скорости. Пары рабочей жидкости насоса затем конденсируются на стенках насоса, тогда как унесенный газ удаляется форвакуумным насосом.

Рис. 2.46 Работа пароструйного насоса.

1. Сопло (Лаваль)
2. Сопло диффузора (Вентури)
3. Смесительная камера
4. Соединение с вакуумной камерой

Эжекторные насосы для паров масла идеально подходят для перекачивания больших количеств газа или пара в диапазоне давлений от 1 до 10 ^-3 мбар. Более высокая плотность парового потока в соплах обеспечивает то, что диффузия перекачиваемого газа в паровом потоке происходит значительно медленнее, чем в диффузионных насосах, так что газом пропитываются только внешние слои парового потока. Кроме того, поверхность, через которую происходит диффузия, значительно меньше из-за особой конструкции сопел. Поэтому удельная скорость откачки пароэжекторных насосов меньше, чем у диффузионных насосов. Поскольку перекачиваемый газ в окрестности струи при значительно более высоком давлении на входе оказывает решающее влияние на ход трубопроводов, оптимальные условия достигаются только при определенных значениях давления на входе. Следовательно, скорость откачки не остается постоянной в сторону низких давлений на входе. Вследствие высокой скорости потока пара и его плотности эжекторные насосы паров масла могут перекачивать газы при относительно высоком обратном давлении. Их критическое давление составляет несколько миллибар. Эжекторные насосы паров масла, используемые в современной вакуумной технике, обычно имеют одну или несколько диффузионных ступеней и несколько последующих эжекторных ступеней. Сопловая система бустера построена из двух диффузионных и двух эжекторных ступеней в каскаде (см. рис. 2.47). Диффузионные ступени обеспечивают высокую скорость откачки от 10 ^-4 и 10 ^-3 мбар (см. рис. 2.48), эжекторные ступени, большой расход газа при высоких давлениях (см. рис. 2.49) и высокое критическое давление подпора. Нечувствительность к пыли и парам, растворенным в перекачиваемой жидкости, достигается благодаря вместительному котлу и большому резервуару перекачиваемой жидкости. В котле могут содержаться большие количества примесей без ухудшения насосных характеристик.

Рис. 2.47 Схема маслоструйного (бустерного) насоса.

Рис. 2.48 Скорость откачки различных паровых насосов в зависимости от входного давления при номинальной скорости откачки 1000 л/с. Конец рабочего диапазона насосов эжектора паров масла (А) и диффузионных насосов (В)

Рис. 2.49 скорость различных паровых насосов (взято из рис. 2.48)

Водоструйные насосы и пароэжекторы

В класс насосов с вовлечением жидкости входят не только насосы, использующие в качестве насоса быстротекучий пар жидкости, но и жидкостные струйные насосы. Самыми простыми и дешевыми вакуумными насосами являются водоструйные насосы . Как и в паровом насосе (см. рис. 2.46 или 2.51), поток жидкости сначала выпускается из сопла, а затем из-за турбулентности смешивается с перекачиваемым газом в смесительной камере. Наконец, движение смеси воды и газа замедляется в трубе Вентури. Предельное полное давление в емкости, нагнетаемой водоструйным насосом, определяется давлением паров воды и, например, при температуре воды 59°F (15°C) составляет около 17 мбар.

Рис. 2.46 Работа пароструйного насоса.

1. Сопло (Лаваль)
2. Сопло диффузора (Вентури)
3. Смесительная камера
4. Соединение с вакуумной камерой

Рис. 2.51 Схематическое изображение работы пароэжекторного насоса.

1. Вход пара
2. Форсунка
3. Диффузор
4. Область смешивания
5. Соединение с вакуумной камерой

Пароэжекторные насосы обеспечивают существенно более высокие скорости откачки и более низкие предельные давления . Разрез по одной стадии показан на рис. 2.51. Маркировка соответствует показанной на рис. 2.46. На практике несколько ступеней перекачки обычно монтируют каскадом. Для лабораторных работ подходят двухступенчатые насосные агрегаты, состоящие из ступени парового эжектора и ступени водоструйной (подпорной), обе выполнены из стекла. Водометная форвакуумная ступень позволяет работать без других форвакуумных насосов. С помощью потока пара при избыточном давлении вакуумную камеру можно откачать до предельного давления около 3 мбар. Конденсат от пара отводится через дренажную насадку. Водоструйная ступень этого насоса охлаждается водой для повышения его эффективности. Паровые эжекторные насосы особенно подходят для работы в лабораториях, особенно если необходимо перекачивать очень агрессивные пары. Паровые эжекторные насосы, которые будут работать при давлении в несколько миллибар, особенно рекомендуются для перекачки лабораторных дистилляционных аппаратов и подобных установок, когда давление простого водоструйного насоса недостаточно. В этом случае использование роторных насосов будет неэкономичным.

Ограничения водоструйных насосов

Несмотря на низкие инвестиционные затраты, водоструйные насосы и паровые эжекторы все больше и больше заменяются в лабораториях мембранными насосами из-за экологических проблем, связанных с использованием воды в качестве насосной жидкости. Попавший в воду растворитель можно удалить повторно только с помощью сложных методов очистки (дистилляции).

Блог и Вики

Типы насосов

Генерация вакуума

Основы вакуума

Загрузите нашу электронную книгу «Основы вакуумной технологии», чтобы узнать об основах и процессах вакуумного насоса.

Ссылки

1. Вакуумные символы

2. Глоссарий единиц

3. Ссылки и источники

Вакуумные символы

Глоссарий единиц

Ссылки и источники

Символы вакуума

Глоссарий символов, обычно используемых на схемах вакуумных технологий для визуального представления типов насосов и деталей насосных систем

ПОДРОБНЕЕ

Глоссарий единиц 37

Обзор единиц измерения используемые в вакуумной технике и что означают символы, а также современные эквиваленты исторических единиц

ПОДРОБНЕЕ

Ссылки и источники

Ссылки, источники и дополнительная литература, связанные с фундаментальными знаниями вакуумной техники

ПОДРОБНЕЕ

Идет загрузка. ..

Новаторские продукты. Страстно применяется.

Новаторские продукты. Страстно применяется.

Комплект струйного насоса Вентури

нажмите на миниатюру, чтобы увеличить

• Описание
• Также в Universal Разное

Щелкните здесь, чтобы загрузить инструкции по установке (PDF)

Струйные насосы OEM обычно используются в автомобилях с седловидными топливными баками (заднеприводные или полноприводные трансмиссии) и рассчитаны на производительность заводского топливного насоса. Когда установлен насос с более высоким расходом, заводские струйные насосы становятся основным ограничением в обратной линии, вызывая высокое давление топлива. В некоторых случаях высверливание штатного струйного насоса может снизить давление, но в этом случае его функционирование нарушается. Струйный насос Radium Engineering предназначен для высокопроизводительных насосов вторичного рынка и включает в себя различные отверстия Вентури, чтобы соответствовать широкому диапазону расхода насоса.

Струйный насос Вентури Radium использует механически обработанный алюминиевый корпус, анодированный и выгравированный лазером. В комплект входят 3 взаимозаменяемых отверстия, которые были точно рассчитаны и протестированы под вакуумом с несколькими комбинациями насосов.

Дополнительные сведения об установке и использовании см. в инструкциях по установке (ссылка выше).

Все 3 штуцера шланга совместимы со шлангом с внутренним диаметром 5/16″ или 3/8″. Кроме того, перекрестный сифонный порт можно легко адаптировать к обычным шлангам, поскольку он использует 6AN ORB (9/16-18 Уплотнительное кольцо) с внутренней резьбой.

ПРИМЕЧАНИЕ: ПРИ УСТАНОВКЕ НЕ ЗАБЫВАЙТЕ СНЯТЬ СТРУЙНЫЙ НАСОС ВЕНТУРИ OEM! Система НЕ будет работать должным образом, если она пытается протолкнуть ограничительный струйный насос Вентури OEM.

ПРИМЕЧАНИЕ. Шланг (не входит в комплект) должен быть присоединен к 8,5-мм выпускному штуцеру струйного насоса. Выход этого шланга должен быть погружен в топливо в нижней точке бака. Это делается для того, чтобы вакуум, создаваемый струйным насосом, не поднимал воздух вверх в направлении, противоположном потоку. В качестве альтернативы клапан с утиным носом (18-0026) можно присоединить непосредственно к выпускному штуцеру струйного насоса.