油扩散泵的工作原理及性能计算

1、油扩散泵的工作原理及性能计算1概述    油扩散泵的工作原理与水蒸汽喷射泵相似，都是靠高速蒸汽射流来携带气体以达到抽气的目的，故有如水蒸汽喷射泵相似的特点。不同点是扩散泵工作在高真空区域，其工作压强范围为10-210-6pa。广泛用于电子、化工、冶金、机械、石油及原子能等工业部门中。2油扩散泵的工作原理与结构    图3是扩散泵的结构示意图。当油蒸汽从伞形喷咀(如I级喷咀)以超音速喷出后，其速度逐渐增大，压力及密度逐渐降低，射流上边的被抽气体A因密度差要向蒸汽射流中扩散并被射流携带到水冷的泵壁处B，在B处，工作蒸汽

2、大部分被冷凝成油滴沿泵壁流回到油锅中循环使用，而被抽气体在B处堆积、压缩，最后被下级射流携带走，以达到逐级压缩，最后被前级泵抽走。其抽速特性曲线如图4所示。3扩散泵的性能计算(1)扩散泵的抽速S的计算1        (4)式中 蒸汽射流的平均速度R(L)、R(O)分别表示泵筒与喷咀帽的直径a蒸汽射流与泵壁的夹角D气体在射流中的扩散系数(2)扩散泵每级最大压缩比(P2P1)max的计算        (5)式中、D意义同(4)L蒸汽射流

3、长度(3)蒸汽射流流谱的计算    扩散泵各级蒸汽射流的工作压强范围为10-2l0-6Pa，在这样宽的领域里，蒸汽流从连续流向滑流、过渡流、分子流过渡。用一种理论解决上述各种流态中的问题是很困难的。通常，在连续流领域里，可用气体动力学理论去处理，在分子流领域里，可用分子流理论去处理。然而，处理两种流态之间的问题也是很困难的。为此，在处理蒸汽流问题之前，必须弄清楚所要处理的蒸汽流是属于那种流态。MWutz建议用特征碰撞数Z大于10作为应用气体动力学的判据2。        (6

4、)式中C油蒸汽分子的平均热运动速度(cms)l蒸汽流中混合物分子的平均自由程，因射流中蒸汽分子密度ndng(混合物中空气分子密度)，所以l可看成是蒸汽分子的平均自由程(cm)L蒸汽射流的长度(cm)V蒸汽射流的平均速度(cms)    工作蒸汽在喷咀内的流动，可用一维定常等熵流的公式去计算，而工作蒸汽在喷咀外的流动比较复杂，往往是膨胀波、微压缩波和激波共存的复杂流场。    关于膨胀波的流场，可用下边的普朗特迈耶流公式求解。对左伸膨胀波系，其计算公式为：     （7）对于右

5、伸膨胀波系，其计算公式为：    （8）上二式中气流方向角速度系数K气体绝热指数C1，C2积分常数关于激波流场中的气流参数，由下面诸公式计算。    （9）式中1激波前的速度系数2x激波后的速度系数在x轴上的分量2y激波后的速度系数在y轴上的分量K气体绝热指数    (10)    (11)    (12)上三式中P1、1、T1及P2、2、T2分别表示波前波后的压力，密度及温度M1波前气流马赫数激波角K气体绝热指数。    根据膨胀波及激波流场中的诸计算式，可绘出扩散泵中各级射流流谱(如图3中的I级喷咀流谱)。显然，喷咀系统的几何形状、级间距离及压缩比等对流谱和泵的性能有很大影响。为了确定较佳的喷咀形状、级间距离及压缩比，应绘出多种工况下的流谱，选出其中一组较佳数据为设计方案。究竟选择那种流谱为最佳方案，应考虑下述原则：(1)各级射流不重叠。(2)应保证第一级射流充分膨胀。(3)保证第一级射流有足够的长度，并且与泵壁的夹角应尽量小，以利于提高何氏系数。