3.3　蒸汽流真空泵

3.3.1　水蒸氣噴射泵

3.3.1.1　概述

水蒸氣噴射泵是依靠從拉瓦爾噴嘴中噴出的高速水蒸氣流來攜帶被抽氣體的，故有如下特點：

①該泵無機械運動部分，不受摩擦、潤滑、振動等條件限制，因此可制成抽氣能力很大的泵。工作可靠，使用壽命長。只要泵的結構材料選擇適當，對于排除具有腐蝕性氣體、含有機械雜質的氣體以及水蒸氣等場合極為有利。

②結構簡單、重量輕，占地面積小。

③工作蒸汽壓力為4×105～9×105Pa，在一般的冶金、化工、醫藥等企業中都具備這樣的水蒸氣源。

因水蒸氣噴射泵具有上述特點，所以廣泛用于冶金、化工、醫藥、石油以及食品等工業部門。

3.3.1.2　水蒸氣噴射泵的工作原理

單級泵主要由拉瓦爾噴嘴、混合室、擴壓器等組成，如圖3-35所示。

1—工作蒸汽進入室；2—吸入室；3—混合室；4—壓縮室；5—拉瓦爾噴嘴；6—擴壓器

A—被抽氣體入口；B—工作蒸汽入口；C—混合氣流出口；D—工作蒸汽冷凝液排放口

泵的抽氣過程可分為三個階段，氣流的壓力和速度的變化如圖3-36所示。

A—被抽氣體；B—工作蒸汽；C—拉瓦爾噴嘴；D—混合室；E—擴壓器；F—混合氣流

①工作蒸汽在拉瓦爾噴嘴中的流動　工作蒸汽經拉瓦爾噴嘴加速，在噴嘴喉部達到聲速wk，在噴嘴擴張段氣流繼續加速，在出口處獲得的超聲速氣流噴射到混合室中。

②工作蒸汽和被抽氣體在混合室中的流動　工作蒸汽和被抽氣體在混合室中進行動量和能量交換，使兩者的速度逐漸趨于一致。

③混合氣體在擴壓器中的流動　混合氣體在擴壓器中減速增壓，在其喉部處出現正激波，使氣流的壓力突升，速度驟降至亞聲速。在其擴張段速度進一步降低，壓力進一步升高，最終克服出口反壓而排到泵外，實現動能向壓力能的轉換。

3.3.1.3　水蒸氣噴射泵型式及基本參數

水蒸氣噴射泵型式見表3-39，水蒸氣噴射泵基本參數見表3-40。

注：噴射器；○冷凝器；??消聲器。

①△為有此規格；—為無此規格。

②6.3kPa為25℃冷卻水溫系列；8kPa為32℃冷卻水溫系列。

3.3.2　油擴散泵

3.3.2.1　概述

油擴散泵是射流泵的一種，是以擴散泵油為工作介質，由鍋爐加熱形成油蒸氣，經噴嘴加速后形成高速射流，被抽氣體擴散到油蒸氣射流中，被攜帶到泵出口而排出。擴散泵工作在高真空區域，其工作壓力范圍為10-1～10-6Pa，極限壓力可達10-8Pa。擴散泵具有結構簡單，操作方便，使用壽命長，抽速大的特點，是獲得高真空的主要設備之一，在真空冶金、石油化工等領域中得到廣泛應用。但由于擴散泵效率低，并存在油蒸氣反擴散（返油）對真空室會造成污染等問題，限制了油擴散泵在要求清潔真空環境中的應用，國外油擴散泵的使用量有明顯減少的趨勢。

3.3.2.2　油擴散泵工作原理

油擴散泵的結構如圖3-37所示。油擴散泵的抽氣過程如圖3-38所示。鍋爐內的擴散泵油經電加熱而沸騰形成油蒸氣，油蒸氣經導流管進入傘形噴嘴，經過噴嘴形成超聲速蒸氣射流；由于存在密度梯度，油蒸氣射流上方的被抽氣體擴散到蒸氣射流內部，與工作蒸氣分子碰撞，獲得向下的動量并被噴射到較高壓力區，經幾級壓縮后，氣體進入排氣口，被前級泵抽走；從而被攜帶到泵壁處；油蒸氣在水冷泵壁上冷凝成油滴，釋放出其中的被抽氣體；油滴沿泵壁流回鍋爐后再被加熱形成蒸氣，而釋放出來的被抽氣體則被前級泵抽出。

1—鍋爐；2—導流管；3—噴嘴；4—加熱器；5—冷凝器；6—工作介質；a，b—射流的抽氣表面

3.3.2.3　油擴散泵的型號及參數

油擴散泵的型號及性能參數見表3-41、油擴散泵法蘭連接尺寸見表3-42。

3.3.3　油擴散噴射泵

3.3.3.1　概述

油擴散噴射泵是從油擴散泵發展而來的，兼有擴散泵和噴射泵的特點，工作壓力范圍在10～10-2Pa，在此壓力區間內，油擴散噴射泵有較大的抽速和較高的最大出口壓力，其抽氣量是擴散泵的4～20倍。加熱功率是擴散泵的2～5倍。由于油擴散噴射泵的工作壓力范圍正處于油擴散泵和油封機械泵抽氣能力下降區域，因此，該泵除可以做主泵外，還常常用于大型油擴散泵和前級機械泵之間，保證真空系統的有效工作，與羅茨泵系列的作用相似，所以油擴散噴射泵也被稱為油增壓泵。

油擴散噴射泵已廣泛應用于真空感應熔煉、真空電弧熔煉、真空干燥、真空壓力浸漬、真空蒸餾等設備上。

3.3.3.2　油擴散噴射泵工作原理

油擴散噴射泵工作壓力范圍內的被抽氣體流動狀態處于黏滯流和分子流之間。油蒸氣噴嘴由擴散噴嘴及噴射嘴組成，在壓力較高時，工作機制是噴射噴嘴，油蒸氣射流對被抽氣體的抽出以黏性攜帶為主，這有如噴射泵的抽氣原理。這時要求蒸氣射流具有足夠的密度。在壓力較低時工作機制氣擴散噴嘴，油蒸氣射流對被抽氣體的抽出以擴散攜帶為主，這如同擴散泵的作用原理。這時要求蒸氣射流有一定的稀薄程度。綜合上述兩種情況，必須選擇合理的蒸氣射流狀態，保證泵的抽氣性能。

3.3.3.3　油擴散噴射泵的型號及參數

油擴散噴射泵性能參數見表3-43。

①在進氣口壓力為1.3Pa時，對空氣所測得的平均值。

②冷卻水溫為20℃±5℃。

注：表中帶括弧的規格不鼓勵優先選用。