DE1284559B

DE1284559B - Oil vapor barrier

Info

Publication number: DE1284559B
Application number: DEV28231A
Authority: DE
Inventors: Anders; Dipl-Ing Guenter
Original assignee: Hochvakuum Dresden VEB
Current assignee: Hochvakuum Dresden VEB
Priority date: 1965-04-09
Filing date: 1965-04-09
Publication date: 1968-12-05

Description

Die Erfindung betrifft eine öldampfsperre für Diffusionspumpen, deren Kondensationsflächen konzentrisch angeordnete Zylinderflächen mit aufgesetzten Kegelstumpfflächen sind.The invention relates to an oil vapor barrier for diffusion pumps, whose Condensation surfaces concentrically arranged cylinder surfaces with attached truncated cone surfaces are.

Bei der Erzeugung von Hochvakuum. -werden meist Treibmittelpumpen verwendet, in denen ständig ein organisches oder anorganisches Treibmittel verdampft und wieder kondensiert wird. Beim Betrieb einer öldiffusionspumpe diffundieren Treibmittelmoleküle von der Hochvakuumpumpe in Richtung des Rezipienten. Die Erzeugung niedriger Drücke erfordert deshalb die Verringerung der Ölrückströmungsmenge. Dafür gibt es verschiedene Verfahren. Das gebräuchlichste Verfahren besteht darin, daß über der Pumpenmündung luft-, wasser-oder tiefgekühlte Prallflächen angebracht werden, an denen die nach oben diffundierenden Treibmittelmoleküle kondensieren können. Derartige Abschirmvorrichtungen sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekanntgeworden.When generating high vacuum. - are mostly propellant pumps used, in which an organic or inorganic blowing agent constantly evaporates and is condensed again. When an oil diffusion pump is operating, propellant molecules diffuse from the high vacuum pump in the direction of the recipient. The generation of low pressures therefore requires the reduction in the amount of oil backflow. There are different ones for that Procedure. The most common method is that over the pump mouth air, water or frozen baffles can be attached to which the after Above diffusing propellant molecules can condense. Such shielding devices have become known in a wide variety of embodiments.

Die bekannten ölfängerkonstruktionen weisen Nachteile auf. So haben die meisten Ausführungsformen eine große Bauhöhe bei guter Abschirmwirkung und normaler Drosselung (etwa 50 °/o). Andere dagegen bewirken bei geringer Bauhöhe eine hohe Drosselung der durchströmenden Gase, was die Saugwirkung der Hochvakuumpumpe unerwünscht beeinträchtigt; meist ist den letztgenannten Typen noch eine geringe Abschirmwirkung eigen.The known oil catcher designs have disadvantages. Have so most embodiments have a large overall height with a good shielding effect and normal Throttling (about 50%). Others, on the other hand, cause a high one with a low overall height Throttling of the gases flowing through, which makes the suction effect of the high vacuum pump undesirable impaired; usually the latter types still have a low shielding effect own.

Solche Nachteile sind auch bei- denjenigen Ausführungsformen von öldampfsperren vorhanden, welche so ausgebildet sind, daß diese auch die Streustrahlung der Primärstrahlung, -die sogenannte Sekundärstrahlung, -abfangen. Dabei werden diejenigen Sekundärstrahlen an den Prallflächen kondensiert, die mit ihrer erzeugenden Primärstrahlung Winkel von 0 bis etwa 100° eingehen. Sekundärstrahlen, die größere Winkel mit der Primärstrahlung eingehen, können in den Hochvakuumraum gelangen. Bei öldampfsperren kleiner Bauhöhe ist bei den bekannten Typen mit guter Abschirmwirkung die freie Durchtrittsfläche so gering, daß eine große Drosselung in Kauf genommen werden muß. Eine Anzahl von . Abschirmvorrichtungen kann nicht mit Tiefkühlmittel betrieben werden, da der Kühlmittelverbrauch zu groß und damit zu kostspielig ist.Such disadvantages are also present in those embodiments of oil vapor barriers which are designed in such a way that they also intercept the scattered radiation of the primary radiation, the so-called secondary radiation. In this case, those secondary rays are condensed on the impact surfaces, which enter into angles of 0 to about 100 ° with their generating primary radiation. Secondary rays that form larger angles with the primary radiation can get into the high vacuum space. In the case of oil vapor barriers with a small overall height, in the known types with a good shielding effect, the free passage area is so small that a large throttling has to be accepted. A number of . Shielding devices cannot be operated with deep coolant because the coolant consumption is too great and therefore too expensive.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Öldampfsperre mit geringer Bauhöhe eine gute Abschirmwirkung zu erzielen, wobei jedoch die Drosselung gegenüber bekannten Öldanipfsperren .geringer Bauhöhe auf einen Wert vermindert wird, wie er bei Öldampfsperren großer Bauhöhe erreicht wird.The object of the invention is with an oil vapor barrier with low Overall height to achieve a good shielding effect, but with the throttling opposite known Öldanipfsperren .lower construction height is reduced to a value such as it is reached with oil vapor barriers of great height.

Diese Aufgabe wird bei einer öldampfsperre de.-. e 3,anos genannten Art. erfindungsgemäß--dadurbh mg C gelöst, daß die Kegelstumpfflächen so auf den Zylinderflächen angeordnet sind, daß sie sich nach oben verjüngen, wobei zur Erzielung gleich großer Querschnitte an .den Enden der Kondensationsflächen und in den Knickstellen die einzelnen kegelstumpfförmigen Flächen eine unterschiedliche Steigung haben, die vom Düsenstock zur Gehäusewand hin z»nimn,t, und daß die Zylinderflächen mit vom Düsenstock zur Gehäusewand zunehmender Tiefe in die Diffusionspumpe hineinragen.This task is de.- with an oil vapor barrier . e 3, anos mentioned type. According to the invention - dadurbh mg C solved that the truncated conical surfaces are arranged on the cylinder surfaces that they taper upwards, with the individual The frustoconical surfaces have a different slope, tapering from the nozzle assembly to the housing wall, and that the cylinder surfaces protrude into the diffusion pump with increasing depth from the nozzle assembly to the housing wall.

Ein Teil der Kondensationsflächen ist somit als Zylinderflächen innerhalb der Diffusionspumpe angeordnet, wodurch neben einer sehr geringen Drosselung erreicht wird, daß die Primärstrahlung teilweise abgefangen wird. Da die äußeren Zylinderflächen tiefer in die Pumpe -,hineinragen als die innere, hat die obere Begrenzungsfläche des aus der Düse austretenden Treibdampfstrahles zur Gehäusewand hin ebenfalls eine Neigung nach unten. Jede Strahlung, die steiler nach oben gerichtet ist, wird von den Kondensationsflächen abgeschirmt. Die parallel zu diesen Zylinderflächen verlaufende Sekundärstrahlung wird von den darüberliegenden kegelstumpfförmigen Flächen abgefangen. Diese Flächen bewirken keine wesentliche Vergrößerung der Bauhöhe und sichern eine gute Abschirmung. Da die Querschnitte 'an den Enden der Prallflächen und in den Knickstellen gleich sind, wird die Drosselung klein gehalten. Oberhalb der oberen Düse der Diffusionspumpe entsteht durch diese Gestaltung der Abschirmbleche eine kreisrunde Öffnung, die zu einer Verminderung der Drosselwirkung führt, da die - freie Durchtrittsfläche nach der Hochvakuumseite damit vergrößert wird. Besonders bei Öldampfsperren für kleinere Nennweiten ist diese Zunahme der Durchtrittsfläche im Hinblick auf eine geringe Drosselung wesentlich.- Die Forderung, eine Öldampfsperre müsse »optisch dicht« sein, ist damit bei der vorliegenden öldampfsperre nicht erfüllt. Die Theorie der Abschirmung- nach den Gesetzen der Strahlengeometrie sowie praktische Versuche an drei Mustern verschiedener Nennweite haben gezeigt, daß die optische Dichtheit bei der erfindungsgemäßen Konstruktion für eine gute Abschirmwirkung nicht erforderlich ist.A part of the condensation surfaces is thus inside as cylinder surfaces the diffusion pump arranged, which in addition to a very low throttling is achieved is that the primary radiation is partially intercepted. Because the outer cylindrical surfaces deeper into the pump - protruding than the inner one, has the upper boundary surface of the jet of motive steam emerging from the nozzle towards the housing wall also has a Slope downwards. Any radiation that is directed more steeply upwards is from shielded the condensation surfaces. The one that runs parallel to these cylinder surfaces Secondary radiation is intercepted by the frustoconical surfaces above. These areas do not significantly increase the overall height and ensure a good shielding. Since the cross sections' at the ends of the baffles and in the The kinks are the same, the throttling is kept small. Above the top This design of the shielding plates creates a nozzle of the diffusion pump circular opening, which leads to a reduction in the throttling effect, since the - free passage area after the high vacuum side is thus enlarged. Particularly In the case of oil vapor barriers for smaller nominal sizes, this is the increase in the passage area essential in terms of low throttling - the requirement for an oil vapor barrier must be »optically tight«, which is not the case with the present oil vapor barrier. The theory of shielding - according to the laws of ray geometry as well as practical Tests on three samples of different sizes have shown that the optical In the construction according to the invention, there is no tightness for a good shielding effect is required.

Oberhalb der obersten Düse kann jedoch auch ein Prallblech angeordnet sein, dessen Durchmesser und Abstand vom kegelstümpfförmigen Kondensationsblech so bemessen sind, daß der engste Durchtrittsquer'schnitt zwischen Prallblech und dem kegelstumpfförmigen Kondensationsblech größer oder gleich dem öffnungsquerschnitt-in diesem ist. -Die untere Kante der inneren zylindrischen Kondensationsfläche schließt mit der Düsenkante der obersten Diffusionsdüse in gleicher Höhe ab, und sie bildet einen kreisringförmigen Querschnitt, der gleich der Öffnung im inneren kegelstumpfförmigen Kondensationsblech ist.A baffle plate can, however, also be arranged above the uppermost nozzle its diameter and distance from the frustoconical condensation plate are dimensioned so that the narrowest passage cross section between the baffle plate and the frustoconical condensation plate greater than or equal to the opening cross-section-in this is. -The lower edge of the inner cylindrical condensation surface closes with the nozzle edge of the top diffusion nozzle at the same height, and it forms an annular cross-section, equal to the opening in the inner frustoconical Condensation plate is.

Zur Aufhebung des Kanalcharakters und damit der Verringerung der Drosselung können die Zylinderflächen in der Nähe der kegelstumpfförmigen Flächen Öffnungen von solcher Länge erhalten. Die Rückströmung darf durch sie jedoch noch nicht wesentlich vergrößert"' sein; und der verbleibende Querschnitt muß außerdem noch eine gute Wärmeleitfähigkeit. gewährleisten.To cancel the channel character and thus to reduce the throttling The cylindrical surfaces can be openings in the vicinity of the frustoconical surfaces of such length obtained. However, the backflow must not yet have a significant effect through them enlarged "'; and the remaining cross-section must also be a good one Thermal conductivity. guarantee.

Die Erfindung soll an, einem Ausführungsbeispiel .an-Hand der Zeichnungen- -näher erläutert werden. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Abschirmvorrichtung, F i g. 2 eine Draufsicht der -Abschirmvorrichtung nach F i g. 1, F i g. 3 eine Einzelheit aus F i g. 1.The invention is to, an embodiment .an-hand of the drawings -be explained in more detail. It shows F i g. 1 shows a longitudinal section through a shielding device, F i g. 2 is a plan view of the shielding device according to FIG. 1, Fig. 3 a detail from Fig. 1.

In einem Montageflansch 1 sind Kondensationsbleche befestigt. Diese bestehen aus zylindrischen Kondensationsblechen 2, 3, 4 mit aufgesetzten kegelstumpfförmigen Kondensationsblechen 5, 6, 7.Condensation plates are fastened in a mounting flange 1. These consist of cylindrical condensation plates 2, 3, 4 with attached frustoconical ones Condensation plates 5, 6, 7.

Über Anschlußstücke 8 tritt ein Kühlrohr 9 in den Innenraum der Abschirmvorrichtung ein, das mit den Kondensationsblechen in metallischer, gut wärmeleitender Verbindung steht. Das Kühlrohr 9 ist so gebogen, daß auf jeder nahezu kreisförmigen Windung eine Kondensationsfläche aufliegt. Die untere Kante des inneren zylindrischen Kondensationsbleches 2 schließt mit der Unterkante des Düsenhutes 10 der obersten Diffusionsdüse ab und ist in unmittelbarer Nähe der Düsenkante angebracht. Die über der Diffusionsdüse vorhandene kreisförmige Durchtrittsfläche ist so groß wie die Kreisringfläche, die durch den Düsenkantendurchmesser und den Innendurchmesser des innersten zylinderförmigen Kondensationsbleches 2 gebildet wird. Das kreisringförmige Deckblech 5 ist derart leicht geneigt angebracht, daß kondensierte Treibmittel zum zylindrischen Kondensationsblech 2 hingeleitet wird.A cooling pipe 9 enters the interior of the shielding device via connecting pieces 8 one, the one with the condensation plates in metallic, good heat-conducting connection stands. The cooling pipe 9 is bent so that on each one nearly circular Winding a condensation surface rests. The lower edge of the inner cylindrical Condensation plate 2 closes with the lower edge of the nozzle cap 10 of the top Diffusion nozzle and is attached in the immediate vicinity of the nozzle edge. The above the diffusion nozzle existing circular passage area is as large as the Annular area, which is determined by the nozzle edge diameter and the inner diameter of the innermost cylindrical condensation plate 2 is formed. The circular one Cover plate 5 is attached so slightly inclined that condensed propellant to cylindrical condensation plate 2 is directed.

In größerer radialer Entfernung von der Mittelachse befindet sich eine zweite Kondensationsblechanordnung, deren zylindrisches Kondensationsblech 3 den zylindrischen Mantel des inneren zylindrischen Kondensationsbleches 2 nach oben und unten überragt. Diese Verlängerung nach oben ist so groß, daß die Durchtrittsfläche zwischen dem Kühlrohr 9 und dem inneren zylindrischen Kondensationsblech Zylindermantel 2 gleich der Kreisringfläche zwischen beiden Zylinderblechen 2, 3 ist. Die Steigung des zugehörigen kegelstumpfförmigen Kondensationsbleches 6 ist so groß, daß die Öffnungsfläche an der oberen Kante des Kondensationsbleches 6 zum ersten Kondensationsblech 5 gleich der Durchtrittsfläche ist.At a greater radial distance from the central axis is located a second condensation plate arrangement, the cylindrical condensation plate 3 the cylindrical jacket of the inner cylindrical condensation plate 2 according to towering above and below. This upward extension is so large that the passage area between the cooling pipe 9 and the inner cylindrical condensation plate cylinder jacket 2 is equal to the circular area between the two cylinder sheets 2, 3. The slope of the associated frustoconical condensation plate 6 is so large that the Opening area on the upper edge of the condensation plate 6 to the first condensation plate 5 is equal to the passage area.

Der Durchmesser des kegelstumpfförmigen Kondensationsbleches 6 ist so bemessen, daß die Verlängerung einer Geraden S2, die durch die untere Kante des zylindrischen Kondensationsbleches 3 und die Außenkante des inneren kegelstumpfförmigen Kondensationsbleches 5 gelegt wird, die Innenkante des Kondensationsbleches 6 berührt. S2 stellt dabei die Sekundärstrahlung dar. Die Lage der dritten Kondensationsflächen 4, 7 ergibt sich analog. Der Montageflansch 1 erhält in der Mitte eine derartige Ausdrehung, daß die Durchtrittsflächenminima gleich groß sind und die Festigkeitsbedingungen erhalten bleiben.The diameter of the frustoconical condensation plate 6 is dimensioned so that the extension of a straight line S2 passing through the lower edge of the cylindrical condensation plate 3 and the outer edge of the inner frustoconical Condensation plate 5 is placed, the inner edge of the condensation plate 6 touches. S2 represents the secondary radiation. The position of the third condensation surfaces 4, 7 results analogously. The mounting flange 1 receives one in the middle Turning that the passage area minima are the same size and the strength conditions remain.

Die unteren Zylinderblechkanten haben Stabilitätsstreben 11, die gleichzeitig den Ölrücklauf zur Gehäusewand 12 übernehmen, so daß gegebenenfalls abfallende Treibmitteltropfen nicht auf den Düsenhut 10 oder durch den Diffusionsschirm schlagen und dadurch zu periodischen Luftdurchbrüchen ins Hochvakuum führen.The lower cylinder sheet edges have stability struts 11, which simultaneously take over the oil return to the housing wall 12 , so that any falling propellant drops do not hit the nozzle cap 10 or through the diffusion screen and thereby lead to periodic air breakthroughs in the high vacuum.

In F i g. 3 wird der Prallblecheinsatz mit Durchbrüchen 13, 14 zur Verringerung der Drosselwirkung gezeigt. Die. Durchbrüche 13, 14 sind gleichmäßig auf dem Umfang der zylindrischen Kondensationsbleche 6, 7 angeordnet. Die Länge der Öffnungen 13, 14 wird nach oben durch die kegelstumpfförmigen Kondensationsbleche 6, 7 bestimmt, nach unten durch die Gerade, die vom Ende eines möglichen Primärstrahles P zum oberen Ende der Deckbleche 6, 7 bestimmt ist. Das innere zylindrische Kondensationsblech 2 weist keine Öffnungen auf.In Fig. 3 shows the baffle insert with openings 13, 14 to reduce the throttling effect. The. Openings 13, 14 are arranged uniformly on the circumference of the cylindrical condensation plates 6, 7. The length of the openings 13, 14 is determined upwards by the frustoconical condensation plates 6, 7, downwards by the straight line which is determined from the end of a possible primary jet P to the upper end of the cover plates 6, 7. The inner cylindrical condensation plate 2 has no openings.

Neben einer extrem niedrigen Bauhöhe ist die Abschirmwirkung dieser öldampfsperre so gut, daß selbst die Sekundärstrahlung S 1, S 2, S 3 abgefangen wird, außer in Nähe der Düse, wo allerdings die Entstehung einer Streustrahlung durch .entsprechende Gestaltung der Kondensationsflächen stark beeinträchtigt wird. Lediglich die Tertiärstrahlung T (Streustrahlung der Sekundärstrahlung S 1, S2, S3) kann in den Hochvakuumraum oberhalb der Abschirmvorrichtung gelangen. Die Drosselung dieser Anordnung ist mit 49 °/o als normal anzusehen. Das Kühlrohr 9, das mit den Kondensationsflächen in Verbindung steht, ist als Verdampfer ausgebildet und wärmeisoliert durch den Montageflansch 1 geführt. Mit Hilfe eines einstufigen Kälteaggregates können die Prallflächen auf -40° C gekühlt werden, was die Wirksamkeit zum Kondensieren rückströmender Dämpfe wesentlich erhöht.In addition to an extremely low overall height, the shielding effect of this oil vapor barrier is so good that even the secondary radiation S 1, S 2, S 3 is intercepted, except in the vicinity of the nozzle, where, however, the formation of scattered radiation is strongly impaired by the appropriate design of the condensation surfaces. Only the tertiary radiation T (scattered radiation of the secondary radiation S 1, S2, S3) can get into the high vacuum space above the shielding device. The throttling of this arrangement is to be regarded as normal at 49%. The cooling pipe 9, which is connected to the condensation surfaces, is designed as an evaporator and is guided through the mounting flange 1 in a heat-insulated manner. With the help of a single-stage cooling unit, the impact surfaces can be cooled to -40 ° C, which significantly increases the effectiveness of condensing back-flowing vapors.

Claims

Claims: 1. Oil vapor barrier for diffusion pumps, the condensation surfaces of which are concentrically arranged cylinder surfaces with attached truncated conical surfaces, characterized in that the truncated conical surfaces (5; 6; 7) are arranged on the cylinder surfaces (2; 3; 4) in such a way that they point upwards taper, whereby to achieve cross-sections of the same size at the ends of the condensation surfaces and in the kinks, the individual frustoconical surfaces (5; 6; 7) have a different slope which increases from the nozzle assembly to the housing wall (12), and that the cylinder surfaces (2 ; 3; 4) protrude into the diffusion pump with increasing depth from the nozzle assembly to the housing wall (12).

2. Oil vapor barrier according to claim 1, characterized in that that the lower edge of the inner cylindrical condensation surface with the lower edge the nozzle cap (10) of the top diffusion nozzle closes at the same height and that the annular cross-section formed between the two edges is equal to that Opening cross-section in the inner frustoconical condensation plate is.

3. Oil vapor barrier according to claim 1 and 2, characterized in that the cylinder surfaces (3; 4) have openings (13; 14) have.

4. Oil vapor barrier according to claim 1 and 2, characterized in that a baffle plate is arranged above the uppermost nozzle, the diameter of which and Distance from the inner frustoconical condensation plate is dimensioned so that the narrowest passage cross-section between the baffle plate and the frustoconical The condensation plate is greater than or equal to the opening cross-section in this.