3.3 蒸汽流真空泵
3.3.1 水蒸气喷射泵
3.3.1.1 概述
水蒸气喷射泵是依靠从拉瓦尔喷嘴中喷出的高速水蒸气流来携带被抽气体的，故有如下特点：
①该泵无机械运动部分，不受摩擦、润滑、振动等条件限制，因此可制成抽气能力很大的泵。工作可靠，使用寿命长。只要泵的结构材料选择适当，对于排除具有腐蚀性气体、含有机械杂质的气体以及水蒸气等场合极为有利。
②结构简单、重量轻，占地面积小。
③工作蒸汽压力为4×105～9×105Pa，在一般的冶金、化工、医药等企业中都具备这样的水蒸气源。
因水蒸气喷射泵具有上述特点，所以广泛用于冶金、化工、医药、石油以及食品等工业部门。
3.3.1.2 水蒸气喷射泵的工作原理
单级泵主要由拉瓦尔喷嘴、混合室、扩压器等组成，如图3-35所示。
图3-35 蒸汽喷射泵的结构
1—工作蒸汽进入室；2—吸入室；3—混合室；4—压缩室；5—拉瓦尔喷嘴；6—扩压器
A—被抽气体入口；B—工作蒸汽入口；C—混合气流出口；D—工作蒸汽冷凝液排放口
泵的抽气过程可分为三个阶段，气流的压力和速度的变化如图3-36所示。
图3-36 蒸汽喷射泵内压力与气流速度变化过程
A—被抽气体；B—工作蒸汽；C—拉瓦尔喷嘴；D—混合室；E—扩压器；F—混合气流
①工作蒸汽在拉瓦尔喷嘴中的流动 工作蒸汽经拉瓦尔喷嘴加速，在喷嘴喉部达到声速wk，在喷嘴扩张段气流继续加速，在出口处获得的超声速气流喷射到混合室中。
②工作蒸汽和被抽气体在混合室中的流动 工作蒸汽和被抽气体在混合室中进行动量和能量交换，使两者的速度逐渐趋于一致。
③混合气体在扩压器中的流动 混合气体在扩压器中减速增压，在其喉部处出现正激波，使气流的压力突升，速度骤降至亚声速。在其扩张段速度进一步降低，压力进一步升高，最终克服出口反压而排到泵外，实现动能向压力能的转换。
3.3.1.3 水蒸气喷射泵型式及基本参数
水蒸气喷射泵型式见表3-39，水蒸气喷射泵基本参数见表3-40。
表3-39 水蒸气喷射泵型式
注：
喷射器；○冷凝器；消声器。
表3-40 水蒸气喷射泵基本参数①
①△为有此规格；—为无此规格。
②6.3kPa为25℃冷却水温系列；8kPa为32℃冷却水温系列。
3.3.2 油扩散泵
3.3.2.1 概述
油扩散泵是射流泵的一种，是以扩散泵油为工作介质，由锅炉加热形成油蒸气，经喷嘴加速后形成高速射流，被抽气体扩散到油蒸气射流中，被携带到泵出口而排出。扩散泵工作在高真空区域，其工作压力范围为10-1～10-6Pa，极限压力可达10-8Pa。扩散泵具有结构简单，操作方便，使用寿命长，抽速大的特点，是获得高真空的主要设备之一，在真空冶金、石油化工等领域中得到广泛应用。但由于扩散泵效率低，并存在油蒸气反扩散（返油）对真空室会造成污染等问题，限制了油扩散泵在要求清洁真空环境中的应用，国外油扩散泵的使用量有明显减少的趋势。
3.3.2.2 油扩散泵工作原理
油扩散泵的结构如图3-37所示。油扩散泵的抽气过程如图3-38所示。锅炉内的扩散泵油经电加热而沸腾形成油蒸气，油蒸气经导流管进入伞形喷嘴，经过喷嘴形成超声速蒸气射流；由于存在密度梯度，油蒸气射流上方的被抽气体扩散到蒸气射流内部，与工作蒸气分子碰撞，获得向下的动量并被喷射到较高压力区，经几级压缩后，气体进入排气口，被前级泵抽走；从而被携带到泵壁处；油蒸气在水冷泵壁上冷凝成油滴，释放出其中的被抽气体；油滴沿泵壁流回锅炉后再被加热形成蒸气，而释放出来的被抽气体则被前级泵抽出。
图3-37 油扩散泵结构
图3-38 油扩散泵的抽气过程示意图
1—锅炉；2—导流管；3—喷嘴；4—加热器；5—冷凝器；6—工作介质；a，b—射流的抽气表面
3.3.2.3 油扩散泵的型号及参数
油扩散泵的型号及性能参数见表3-41、油扩散泵法兰连接尺寸见表3-42。
表3-41 油扩散泵的型号及性能参数
表3-42 油扩散泵法兰连接尺寸
3.3.3 油扩散喷射泵
3.3.3.1 概述
油扩散喷射泵是从油扩散泵发展而来的，兼有扩散泵和喷射泵的特点，工作压力范围在10～10-2Pa，在此压力区间内，油扩散喷射泵有较大的抽速和较高的最大出口压力，其抽气量是扩散泵的4～20倍。加热功率是扩散泵的2～5倍。由于油扩散喷射泵的工作压力范围正处于油扩散泵和油封机械泵抽气能力下降区域，因此，该泵除可以做主泵外，还常常用于大型油扩散泵和前级机械泵之间，保证真空系统的有效工作，与罗茨泵系列的作用相似，所以油扩散喷射泵也被称为油增压泵。
油扩散喷射泵已广泛应用于真空感应熔炼、真空电弧熔炼、真空干燥、真空压力浸渍、真空蒸馏等设备上。
3.3.3.2 油扩散喷射泵工作原理
油扩散喷射泵工作压力范围内的被抽气体流动状态处于黏滞流和分子流之间。油蒸气喷嘴由扩散喷嘴及喷射嘴组成，在压力较高时，工作机制是喷射喷嘴，油蒸气射流对被抽气体的抽出以黏性携带为主，这有如喷射泵的抽气原理。这时要求蒸气射流具有足够的密度。在压力较低时工作机制气扩散喷嘴，油蒸气射流对被抽气体的抽出以扩散携带为主，这如同扩散泵的作用原理。这时要求蒸气射流有一定的稀薄程度。综合上述两种情况，必须选择合理的蒸气射流状态，保证泵的抽气性能。
3.3.3.3 油扩散喷射泵的型号及参数
油扩散喷射泵性能参数见表3-43。
表3-43 油扩散喷射泵性能参数
①在进气口压力为1.3Pa时，对空气所测得的平均值。
②冷却水温为20℃±5℃。
注：表中带括弧的规格不鼓励优先选用。