Большая энциклопедия техники - Коллектив авторов

Следует отметить, что примененный в этом насосе испаритель при достаточно большом запасе испаряемого вещества имеет небольшую тепловыделяющую поверхность, что позволяет размещать внутри насоса дополнительный охлаждаемый жидким азотом экран, на который наносится пленка титана, при этом резко уменьшается предельное остаточное давление насоса (менее 10-11 Па).

Большим достоинством геттерно-ионных насосов, как и других сорбционных насосов, является отсутствие рабочей жидкости, что позволяет получать с их помощью вакуум, практически свободный от углеводородных загрязнений (безмасляный вакуум). Эти насосы не требуют охлаждаемых ловушек на входе и часто присоединяются к откачиваемому сосуду без промежуточного крана, благодаря чему эффективно используется быстрота действия насоса. Как все сорбционные насосы, геттерно-ионные насосы не боятся аварийного отключения энергии, так как при этом наблюдается довольно медленный рост давления в откачиваемом сосуде, они бесшумны в работе, не создают вибраций, не требуют непрерывной работы насосов предварительного разрежения. Насосы с термическим испарением титана очень быстро запускаются в работу.

Основные недостатки ионно-гетерных насосов с термическим испарением титана состоят в отсутствии саморегулирования скорости испарения активного вещества, наличии накаленных элементов в электродной системе и в некоторой сложности источников электропитания.

Практические указания по эксплуатации. При использовании геттерных насосов желательно обеспечивать безмасляную предварительную откачку сосуда до давления менее 10-1 Па с помощью адсорбционных насосов или паромасляных диффузионных насосов с эффективными ловушками. Не следует допускать чрезмерно длительной откачки сосуда механическим насосом с масляным уплотнением из-за возможного загрязнения сосуда углеводородами. Эксплуатация насосов связана с необходимостью периодической чистки внутренних поверхностей насоса от нанесенной пленки титана. При механической чистке насосов от слоев нанесенного титана следует использовать респиратор или плотную марлевую повязку для защиты от вдыхания титановой пыли и рукавицы для защиты рук от небольших вспышек на титановой пленке, которые могут возникнуть при использовании металлической щетки.

  12. Магнитные электроразрядные насосы.

  13. Конденсационные насосы. При температурах, близких к температуре жидкого водорода или гелия, большинство веществ имеет весьма низкую упругость паров. Так, при температуре, близкой к точке кипения водорода, давление насыщенных паров О2 составляет 10-11 Па, N2 и СО – 10-9 Па, а Аг – 10-15 Па. При температуре, близкой к точке кипения гелия, упругость насыщенного пара Н2 составляет 10-4 Па, a Ne – 10-17 Па. Поверхность, заключенная в герметичный сосуд и охлажденная до температур, близких к точке кипения водорода, будет конденсировать молекулы всех газов, за исключением Не, Н2 и Ne. При охлаждении поверхности до температуры, близкой к точке кипения гелия, на ней будут конденсироваться молекулы всех газов, кроме гелия.

Конструкции и характеристики. По принципу конденсации газов поверхностью, охлажденной до точки кипения водорода (20,4 К), выполнен водородный конденсационный насос.

Основным элементом насоса является медный сосуд, заполняемый жидким водородом. Для уменьшения теплопритока от окружающих стенок сосуд окружен цилиндрическим медным экраном, охлаждаемым жидким азотом. Задний экран с впаянной азотной ловушкой также охлаждается жидким азотом.

Для откачки не конденсирующихся при температуре жидкого водорода газов (водород, гелий, неон) и создания предварительного разрежения насос снабжен паромасляным диффузионным насосом. Для предотвращения попадания паров масла и продуктов его разложения из насоса предусмотрены военная ловушка и жалюзийная азотная ловушка. Жидкий азот для охлаждения экранов и ловушки подается из сосудов Дьюара.

Питание насоса жидким водородом осуществляется от автономного разжижителя. В последнее время все большее распространение получают конденсационные насосы, в которых для охлаждения поверхностей используют газовые холодильные машины – криогенераторы: существует конденсационный насос с криогенератором, работающим по так называемому обращенному циклу Стирлинга. В корпусе насоса размещена криопанель, изготовленная из медной пластины, являющаяся откачивающим элементом насоса. Криопанель имеет хороший тепловой контакт со второй ступенью машины. Для снижения теплопритока к криопанели со стороны теплых стенок насоса и откачиваемого сосуда предусмотрен жалюзийный экран, который имеет хороший тепловой контакт с первой ступенью машины. Температура экрана поддерживается на уровне 90—100 К. В картере размещены компрессорный поршень и шатуны привода, закрепленные на эксцентриковых втулках и вала встроенного электродвигателя. Картер криогенератора через кран заполняется газообразным гелием под давлением (16—20) × 105 Па.

Криогенератор работает следующим образом. Газ, сжатый компрессорным поршнем до давления (35—40) × 105Па, поступает в водяной холодильник, где отводится теплота сжатия. Затем газ по каналу проходит через сетчатый регенератор, расположенный в вытеснителе. Часть газа поступает в полость расширения первой ступени, а другая часть, пройдя регенератор, поступает в полость расширения второй ступени. При движении вытеснителя вниз происходят расширение газа в обеих ступенях и его охлаждение. В описываемой конструкции хладопроизводительность первой ступени составляет примерно 10 Вт при 100 К, а второй ступени – примерно 4 Вт при 25 К.

Одним из главных недостатков конденсационных насосов, использующих встроенные криогенераторы, является пока еще малая длительность непрерывной работы, составляющая всего 500—1000 ч. Удельная быстрота откачки и предельное остаточное давление конденсационных насосов могут быть рассчитаны на основе баланса потоков газа, конденсирующегося на холодной поверхности и испаряющегося с нее. Быстрота действия современных конденсационных насосов достигает 105 л/с и более, а предельное остаточное давление составляет менее 10-7 Па.

Водяное колесо

Водяное колесо – наиболее простой гидравлический двигатель, включает колесо, снабженное лопастями, которое вращается потоком воды.

Винтовой (или забойный) двигатель

Винтовой (или забойный) двигатель представлен гидравлическим забойным двигателем объемного типа, в котором многозаходный рабочий орган выполнен по принципу героторных планетарных механизмов, которые приводятся в действие при помощи энергии промывочных жидкостей.

Винтовой насос

Винтовой насос – вид роторного насоса, в котором рабочие органы представлены сцепленными одним ведущим и чаще всего двумя ведомыми винтами. Во время вращения винтов жидкость, которая отсекается внутри впадин в винтовой нарезке, передвигается вдоль винтов и происходит ее выталкивание в напорный патрубок. При этом величина подачи составляет до 0,25 м3/с, величина давления – до 35 МПа, а КПД – 95%. Сам роторный насос представлен объемным насосом с вращательными или же вращательными и возвратно-поступательными движениями, осуществляемыми связанными с ротором рабочими органами. При этом среди роторных насосов выделяют зубчатый, винтовой, шиберный, аксиально-поршневой, радиально-поршневой и другие виды. Характерной особенностью роторных насосов являются малые подачи при сопутствующем высоком давлении.

Водяная (гидравлическая) турбина

Водяная (гидравлическая) турбина – гидравлический двигатель лопастного типа, который осуществляет преобразование механической энергии потока воды в другой вид энергии – энергию вращающегося вала. Применяется водяная турбина чаще всего на гидроэлектростанциях с целью привода электрических генераторов. При этом диаметр рабочих колес может достигать 10 м, мощность установки составляет около 600 МВт, а расчетный напор достигает величины 1700 м.

Водяной затвор

Водяной затвор – гидравлическое устройство, которое препятствует обратному току газа в трубопроводе. Водяной затвор нашел применение в санитарной технике – он предотвращает попадание канализационного газа в жилые или иные помещения, прежде всего через различные санитарные приборы, например, унитаз или раковину. Применяют его и в газосварочных установках, где водяной затвор препятствует тому, чтобы взрывная волна из сварочной горелки проникла в ацетиленовый генератор (т. е. предупреждает «обратный удар»). Водяной затвор в качестве предохранительного устройства применяется зачастую в паросиловом хозяйстве, а также в газохранилищах. При этом газ, например ацетилен, после поступления в водяной затвор по трубе, которая заполнена водой до высоты контрольного краника, проходит через слой воды и направляется к горелкам через кран. В случае взрыва газовой смеси внутри горелки газ проникает в водяной затвор через кран, а затем оттесняет воду в трубу, что приводит к образованию водяной пробки. Происходит понижение уровня воды в водяном затворе, и обнажается нижний конец трубы, через которую газ и выходит в атмосферу, при этом он увлекает за собой воду в водяной затвор, которая отбрасывается щитком. Идея установки состоит в том, что водяная пробка в трубе препятствует проникновению взрывной волны внутрь сварочного генератора.