Крионасосы

Криовакуумные насосы в последнее время стали широко использоватьоя в промышленных технологиях и технике эксперимента кэк эффективное и экономичное средство получения безмаслянного вакуума благодаря возможности использования криогенераторов - расширительных газовых холодильных машин (ГХМ).

При непрерывной работе вакуумного насоса удобство ГХМ состоит в том, что для их эксплуатации требуются только электроэнергия и техническая вода и нет необходимости в дополнительном потреблении рабо­его гаэа за счет использования замкнутого холодильного цикла.

Действие крионасосов основано на физических откачивающих эффектах, происходящих при криогенных температурах, а именно : а) конденсации газов на охлажденных металлических поверхностях (криокон-денсациокные вакуумные насосы);б) адсорбции газов на твердых адсорбентах (криоадсорбцнонные насосы);в) сорбции газов на слое предварительно сконденсировавшегося вспомогательного легкоконденсирующегося гаэа  (конденсационпо-адсорбционные насосы);г) совместной одновремен­ной конденсации откачиваемого газа и вспомогательного легкоконденси­рующегося газа (криозахватные насосы);д) поглощении газов пленками геттерного материала, напыляемого на криопанель вакуумного насоса (криогеттерные вакуумные насосы).

В настоящее время освоены и получили широкое распространение два первых метода.

Крионасосы оцениваются тремя основными параметрами, характери­зующими технические возможности вакуумного насоса: давлением запуска, остаточным давлением и быстротой действия. Однако криовакуумные насосы обладают рядом специфических свойств, поэтому их вакуумные характеристики имеют иную природу и зависят от многих факторов.

Давление запуска зависит от температуры криопанели, величины откачиваемого объема, вида откачиваемого газа, значения необходимого предельного остаточного давления насоса. Остаточное давление зависит от температуры криопанели , типа сорбента, начального давления, упру­гости паров откачиваемого газа. Быстрота действия определяется пло­щадью криопанели, молекулярной массой и температурой откачиваемого

гаэа

Криоконденсационные вакуумные насосы - их предельное давление зависит от давления пара конденсата при данной температуре криоповерхности  Время непрерывной работы криоконденсационных вакуумных насосов ограничивается допустимой толщиной слоя конденсата, которая влияет на повышение температуры криоповерхности слоя конденсата и, следовательно, прирост предельного давления.

Эти насосы применяются в небольших установках с предельным давлением 10^-3 Па, где во время технологических процессов исключено вы­деление больших количеств водорода, а также в системах с большим по­током газов, конденсирующихся при температурах 20 К. Они обладают большой емкостью, и, следовательно, могут использоваться в области высокого, среднего и даже низкого вакуума.

Криосорбционный насос получил наибольшее распространение. Ад­сорбент (активированный уголь, цеолиты, силикаты, окисные пленки металлов) наносится на криопанель. физическая поверхность адсорбента намного больше геометрической поверхности криопанели и достигает 10^ см²/г. Наиболее важно в данном случае - обеспечить хороший теп­ловой контакт сорбента с поверхностью (что влияет на время запуска) т хорошую тепловую защиту крионасоса. Лучший тепловой контакт обеспечивается при использовании пористых окисных слоев металлов (оксидированные пленки алюминия) толщиной до нескольких десятков мик­ометров.

Примерные характеристики, предельное остаточное давление . 10'^ Па, время запуска 1-1,5 ч.

Следует иметь в виду, чти в прямой видимости от криопанели не  должны находиться источники тепла, например, датчики с накаливаемым катодом.

Крионасосы по сравнению с другими безмасляными откачными сред­ствами имеют следующие достоинства, высокая, практически неограни­ченная быстрота действия; широкий диапазон рабочих давлений (10-10~^ Па); эксплуатационная гибкость, т е. возможность регулиро­вания производительности по отдельным компонентам откачиваемой смеси вариацией теплового режима криопанели; отсутствие реакции на хи­мически активные газы, на попадание твёрдых частиц атмосферного воздуха, отсутствие углеводородных загрязнений; простота процесса регенерации используется высокотемпературный прогрев); возможность

 

 

1J ­

помещать криопанель в откачиваемый объём, увеличивая производительность системы, малые затраты на форвакуумную систему откачки (ис­пользуется насосы с масляным уплотнением, так как нужно давление запуска 10 Па, при этом легко ликвидируется обратный поток), крионасосы с криогенератором позволяют легко автоматизировать процесс, так как они запускаются с помощью кнопки и имеют простую электрическую схему; совместимость с требованиями экологически чистых безлюдных промышленных технологий.

Относительная стоимость откачки S/NnQTp для крионасосов с криогенератором и геттерноионных насосов приблизительно равны

Недостатки крионасосов присущи всем поверхностным вакуумным насосам. К ним относится ограниченная емкость, следовательно, не­обходимость остановки по мере насыщения для регенерации  Однако простота регенерации делает этот недостаток маловажным, при выделении неконденсирующихся газов (при температуре криопанели более 20 К - это неон, водород и гелий) требуется активировать криопанели сорбентом или иметь вспомогательные средства откачки. Крионасосы нельзя подвергать высокотемпературному прогреву - это снижает их возможности в достижении предельного остаточного давления. Они име­ют быстро изнашивающиеся части в криогенераторе; значительное время запуска; зависимость парциального давления газов от температуры (например, при увеличении температуры криопанели от -270 до 269»С парциальное давление водорода увеличивается в 100 раз).

 

откачиваемую камеру, дли их функционирования могут использоваться собственные электромагнитный поля установок или циркулирующие в них пучки заряженных частиц   Такая компоновка позволяет полностью использовать быотроту действия, на два-три порядка снизить остаточное давление, при атом резко уменьшается стоимость и объем вакуумной системы

В настоящее время наибольшее распространение получили испари тельные геттерно-ионные и распылительные геттерноионные (магнитоторазрядные) насосы  )

Рассмотренным насосам свойственны недостатки в ряде случаев ограничивающие их практическое использование. От указанных недостатков свободны комбинированные насосы, обеспечивающие быстроту действия порядка сотен тысяч литров в секунду и более, возможность откачки систем в условиях переменных потоков газа различного спектрального со

-10

става, низкое предельное остаточное давление (1,3 10 Па), дости­гаемое за более короткое время, материалоемкость 0,12-0,03 кг/л/с, более низкую стоимость откачки.

Селективность действия этих насосов по отношению к некоторым гл-зам, затрудняющая их применение в ряде конкретных случаев, легко ус­траняется комбинированным применением их различных модификаций, а также параллельным использованием ТМН или крионасоса