Большая энциклопедия техники

Коллектив авторов

К выбору рабочей жидкости для насоса подходят обычно с чисто практической точки зрения. Так, если в откачиваемой системе недопустимо присутствие углеводородов, применение органических соединений в качестве рабочей жидкости исключается; в таких случаях обычно применяют ртуть. Если же требуется получить возможно более низкое предельное остаточное давление без применения низкотемпературных ловушек, то в качестве рабочей жидкости используют вакуумное масло с хорошим предельным вакуумом и т. д. Конструирование и отработку насоса ведут обычно для определенной рабочей жидкости, так что характеристики насоса являются оптимальными для этой жидкости.

Для работы на другой рабочей жидкости необходимо подбирать (изменением мощности) новый оптимальный режим работы насоса. Предельное остаточное давление rncoca определяется противодиффузией газа со стороны форвакуума, давлением пара рабочей жидкости при температуре стенок насоса, выносом газов со струей пара из кипятильника, а также газовыделениями стенок насоса.

Противодиффузия

газа через струю зависит от давления газа под струей, плотности и скорости паровой струи, молярной массы газа. Некоторые рабочие жидкости, нагреваясь до рабочей температуры, в кипятильнике могут частично разлагаться с выделением газообразных продуктов (так называемый термический крекинг масла), которые выносятся со струей в откачиваемый объем. Естественно, что термическое разложение рабочей жидкости происходит тем интенсивнее, чем выше температура пара в кипятильнике и, соответственно, чем выше подводимая к насосу мощность. Следовательно, кривая зависимости предельного остаточного давления от мощности подогрева должна иметь минимум. С увеличением мощности подогрева предельное остаточное давление сначала уменьшается вследствие уменьшения противодиффузии, а затем, достигнув минимального значения при некоторой мощности подогрева, начинает возрастать вследствие выделения газообразных продуктов термического разложения масла. Выделение из струи газов, попадающих с конденсатом в кипятильник, существенно зависит от растворимости газов в конденсате, температуры конденсата и давления, при котором происходит растворение газа в конденсате. Чем ниже давление, при котором газ контактирует с пленкой конденсата, и выше температура конденсата, тем меньше растворимость газа в конденсате, а соответственно, меньше эмиссия газов из струи и ниже предельное остаточное давление насоса.

На предельное остаточное давление существенно влияет выделение газов из стенок насоса. Обезгазивание стенок насоса путем прогрева до 370 К позволяет понизить предельное остаточное давление насоса более чем на порядок. Наибольшее выпускное давление насоса определяется работой последней выпускной ступени и зависит, главным образом, от плотности струи, расхода пара через сопло и конструкции ступени. Для увеличения наибольшего выпускного давления необходимо увеличивать плотность паровой струи и расход пара через сопло, т. е. мощность подогрева насоса. Наибольшее выпускное давление высоковакуумного насоса зависит от впускного давления, причем характер зависимости определяется, главным образом, конструкцией выпускной ступени.

Во многих конструкциях высоковакуумных насосов выпускная ступень выполнена в виде эжекторного узла с конической сужающейся камерой смешения. В этих насосах наибольшее выпускное давление возрастает с увеличением впускного давления. Обычно насосы характеризуются наибольшим выпускным давлением при предельном остаточном давлении или при наибольшем впускном давлении в рабочем диапазоне (диапазон давлений, в котором быстрота действия постоянна).

Для сравнительной оценки степени совершенства диффузионных пароструйных насосов применяют удельные характеристики, важнейшими из которых являются удельная быстрота действия, вакуум-фактор и термодинамический коэффициент полезного действия. Удельная быстрота действия представляет собой быстроту действия насоса, отнесенную к единице площади впускного отверстия. Вакуум-фактор – отношение фактической быстроты действия насоса к теоретической максимально возможной быстроте действия:

= 5_факт /5_теор

Вакуум-фактор – более наглядная характеристика работы вакуумных насосов, чем удельная быстрота действия, так как непосредственно указывает, насколько фактическая быстрота действия отличается от предельной. При этом удельную теоретическую быстроту действия можно рассматривать как объем газа, который теоретически может пройти через 1 см² площади диффузионной диафрагмы в единицу времени.

Термодинамический КПД в соответствии с выражением для различных пароструйных диффузионных насосов имеет порядок 10^{– 4}—10^{– 3}, т. е. только сотые или десятые доли процента подводимой мощности затрачиваются на совершение работы сжатия газа. Если температура масла в насосе быстро повышается, то из сопла истекает несформированный еще дозвуковой поток, что приводит к резкому увеличению обратного потока масла из насоса; через некоторое время поток сформировывается, скорость его становится сверхзвуковой, а обратный поток масла резко уменьшается до минимального значения. После этого температура в кипятильнике еще некоторое время повышается до рабочей, и обратный поток масла увеличивается в результате увеличения плотности пара на выходе из сопла; далее при установившейся рабочей температуре пара в кипятильнике обратный поток практически не меняется.

При выключении нагревателя насоса по мере уменьшения температуры пара в кипятильнике обратный поток масла сначала убывает вследствие уменьшения плотности паровой струп; затем по достижении температуры в кипятильнике, при которой статическое давление пара на выходе из сопла становится меньше давления газа на входе в насос, происходит

скачок уплотнения в сопле, при этом скорость паровой струи становится дозвуковой, а плотность возрастает – обратный поток масла резко увеличивается. После перемещения фронта скачка уплотнения через критическое сечение сопла обратный поток масла начинает убывать. Происходит уменьшение плотности по мере снижения температуры в кипятильнике.

Описанный характер изменения обратного потока паров рабочей жидкости из насоса при значительном увеличении впускного давления во время пуска и остановки насоса часто является причиной загрязнения откачиваемой системы рабочей жидкостью. Даже тогда, когда миграция пара из насоса при нормальном установившемся режиме работы очень мала.

В условиях промышленной эксплуатации вакуумные пароструйные насосы обычно присоединяют к откачиваемым системам через переходные трубопроводы, вакуумные затворы, отражатели, ловушки. Для расширения возможностей промышленного применения вакуумных пароструйных насосов выпускают типовые вакуумные ловушки, отражатели. Пароструйный насос, соединенный с отражателем, ловушкой, затвором и установленный на раме, называют вакуумным агрегатом. Агрегат включает вакуумный затвор шиберного типа ЗВЭ с электромеханическим приводом и заливную азотную ловушку типа ЛА. На корпусе насоса укреплено термореле, служащее для отключения нагревателя насоса при превышении предельной рабочей температуры корпуса. Агрегаты АВП 100-100 и АВП 160-250 монтируют на плите со стойками (агрегаты АВП 250-630 и АВП 400-1600 монтируют на подвижной раме-тележке). Заливку жидкого азота в ловушку агрегатов АВП 250-630 и АВП 400-1600 и поддержание его уровня в заданных пределах осуществляют с помощью азотного питателя. В агрегаты АВП 100-100 и АВП 160-250 азот заливают вручную через воронку.

Забойный двигатель

Забойный двигатель – это такой двигатель, который погружают в буровые скважины. Он передает вращение на сам породоразрушающий инструмент. Существует несколько видов забойных двигателей – турбобур, электробур, винтовой двигатель и гидроударник.

Инжектор

Инжектор (термин происходит от фр. injecteur, а оно, в свою очередь, от лат. injicio – «вбрасываю»):

1. Ускоритель, причем обыкновенно линейный ускоритель, который используется с целью введения заряженных частиц внутрь основного ускорителя. При этом энергия, которая сообщается всем частицам внутри инжектора, должна быть больше минимальной, необходимой для начала действия основного ускорителя.

2. Струйный насос, который предназначен для сжимания газа или пара, а также для нагнетания жидкостей в разнообразные аппараты или резервуар. Инжекторы применяют на паровозах, а также внутри локомобилей и на котельных установках небольшого размера с целью подачи питательной воды внутрь парового котла. Достоинство инжекторов состоит в том, что у них нет каких-либо подвижных частей, а обслуживание весьма простое. В основе действия инжектора лежит преобразование кинетической энергии, которой обладает струя пара, в другой вид энергии – в потенциальную энергию воды. При этом внутри общей камеры инжектора размещают на одной оси три конуса. К первому паровому конусу при помощи паропровода из котла подается пар, у которого развивается в устье первого конуса большая скорость, происходит захват воды, которая подводится по трубе из бака. Впоследствии образующаяся смесь, состоящая из воды и конденсированного пара, прогоняется внутрь водяного (или конденсационного) конуса, из него же – внутрь нагнетательного конуса, потом – через обратный клапан внутрь парового котла. Расширяющийся конус уменьшает скорость тока воды в нем, поэтому давление растет и в итоге становится вполне достаточным для того, чтобы преодолеть давление внутри парового котла и нагнетать питательную воду в котел. Избыток воды, который образуется в самом начале работы инжектора, сбрасывается затем через клапан «вестовой» трубы. Следует также учитывать, что температура воды, которая поступает в инжектор, должна быть не больше 40 °С, высота же всасывания не должна превышать 2,5 м. Инжектор можно установить как вертикально, так и горизонтально.

Пароводяные инжекторы. Особенности процесса в пароводяном инжекторе. В пароводяных инжекторах осуществляется повышение давления жидкости за счет кинетической энергии струи пара, который в процессе смешения с жидкостью полностью конденсируется в ней.

Особенностью этого процесса, в отличие от процессов в других струйных аппаратах, является возможность при определенных условиях повышения давления инжектируемой воды до значения, превышающего давление рабочего пара. Благодаря этому пароводяные инжекторы еще с середины XIX в. получили широкое распространение в качестве питательных насосов для небольших котельных. Низкий КПД этих аппаратов при этом не имел особого значения, так как теплота рабочего пара с питательной водой возвращалась в котел. Как показал проведенный анализ, при обратном соотношении давление смешанного потока, в принципе, может быть получено из любого из взаимодействующих потоков только в том случае, когда прямая обратимого смешения проходит области более высоких изобар по сравнению с изобарами состояния взаимодействующих сред.