В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Высоковакуумные конденсаторы (ловушки)
Измерение и контроль вакуума - Контрольно-измерительная аппаратура
Оглавление
Высоковакуумные конденсаторы (ловушки)
Конденсационно-сорбционные ловушки
Ионизационные ловушки
Все страницы


Высоковакуумные конденсаторы применяют для улавливания паров рабочих жидкостей насосов и других жидкостей высоковакуумных систем. Конденсация в ловушках происходит в жидкое или в твердое состояние в зависимости от свойств конденсируемого вещества.

К высоковакуумным ловушкам относят, кроме охлаждаемых ловушек, также механические (маслоотражатели), нагреваемые, электрические, химические и т. д.

Попадание паров рабочей жидкости насоса в откачиваемый объем иногда совершенно недопустимо. Это особенно относится к системам, которые находятся под непрерывной откачкой (электронные микроскопы, масс-спектрометры и т. п.). Простейшей ловушкой является механический маслоотражатель, который при работе паромасляного диффузионного насоса обычно устанавливают таким образом, чтобы закрыть угол прямой видимости откачиваемого объема из верхнего сопла насоса при наименьшем снижении пропускной способности системы. Механическая ловушка задерживает пары масла, стремящиеся проникнуть в откачиваемый объем. В то же время поверхность ее покрыта маслом, которое непрерывно испаряется; упругость паров масла над поверхностью ловушки соответствует ее температуре. Создаваемое насосом предельное давление и определяется в основном давлением паров масла после отражателя. Отсюда следует, что такую ловушку целесообразно снабдить системой охлаждения, чтобы на ее поверхности конденсировались пары масла.

Охлажденные ловушки служат не только для задерживания паров, но по существу являются насосами, способствующими созданию более высокого вакуума в системах с конденсируемыми компонентами (парами). Скорость откачки ловушек может во много раз превышать скорость откачки пароструйных и механических насосов. Можно сказать, что такие ловушки или, точнее, высоковакуумные конденсаторы служат вспомогательным средством для получения высокого вакуума.

На рис. 267, а—г показаны стеклянные ловушки для трубок с наружным диаметром d = 16-22 мм. Ловушки (см. рис. 267, а и б) погружены в сосуд Дьюара с охлаждающей смесью; ловушки (см. рис. 267, в и г) применяют без сосуда Дьюара, жидкий хладагент заливают непосредственно внутрь ловушки. Такие ловушки изготовляют обычно из молибденового стекла и после изготовления подвергают отжигу в печи при 510—520° С. Согласно Дэшману наибольшую пропускную способность ловушка такого типа имеет при условии, если внешний диаметр внутренней трубки составляет 1,62 от внутреннего диаметра внешней трубки.

Аналогичные конструкции могут быть выполнены и из металла. Преимущество металлических ловушек заключается в их прочности, однако расход хладагента в металлических ловушках гораздо больше, чем в стеклянных. Металлические ловушки могут быть сварные или разборные. Для уменьшения расхода хладагента между внутренним стаканом и кожухом вставляют промежуточную гильзу из сплава малой теплопроводности. На рис. 268 показаны металлические ловушки. Расход охладителя можно значительно снизить, если заливать охладитель через узкое материала с малой теплопроводностью и длинное горло, изготовленное из на токарном станке, путем штамповки и давления из него можно изготовить изделия самой разнообразной формы.


Ковар хорошо сваривается и паяется медью, серебрянными и оловянно-свинцовыми припоями, хорошо спаивается с тугоплавкими стеклами. Опишем некоторые конструкции охлаждаемых ловушек, применяемых в вакуумных насосах для различных давлений. Для предотвращения попадания рабочей жидкости из бустерного насоса в область предварительного разрежения применяют дисковый конденсатор, охлаждаемый водой (рис. 269). Проскок рабочей жидкости через такой конденсатор в рабочем диапазоне давлений насосов БН-2000 и БН-4500 не превышал 0,4'—0,6 см3/ч при работе на масле Г.

Низкотемпературные ловушки, устанавливаемые после диффузионных насосов, позволяют получать в хорошо обезгаженных системах предельное давление 10-10 мм рт. ст. для паромасляных насосов и 10-12 мм рт. ст. для парортутных. На рис. 270 приведена схема типовой ловушки для высоковакуумных агрегатов отечественного производства. Ее применяют, когда диаметр трубопровода, в котором должна быть установлена ловушка, превышает 80 мм.

 

 

Пар конденсируется на этих наклонных лопатках. При длине медной трубки 200—300 мм разность температур на ее концах составляет 30—40 0С. Этот принцип применен в высоковакуумных агрегатах благодаря тому, что описанная конструкция имеет сравнительно высокую пропускную способность, большую поверхность конденсации и без особых затруднений может подвергаться чистке (табл. 45). Для охлаждения ловушек ДУ-260, ДУ-380 и ДУ-500 используют сосуды Дьюара емкостью 15 л, снабженные съемным питающим устройством с предохранительным клапаном. Жидкий азот подается под избыточным давлением, возникающим в закрытом сосуде Дьюара в результате испарения жидкого азота.

Параметры, определяющие эксплуатационные свойства охлаждаемых ловушек: скорость откачки, пропускная способность и экономичность. Если ловушка находится в центре разрежаемого объема, так что откачиваемый газ и пар имеют свободный доступ ко всем ее частям, то эффективная поверхность равна полной геометрической поверхности охлаждаемой части ловушки. Если же ловушка находится около стенки, вследствие чего доступ к некоторым частям ее поверхности затруднен, то эффективная поверхность значительно меньше. Оптимальные конструкции ловушек находят обычно опытным путем.

Недостаток указанных в табл. 45 ловушек — возможность перемещения паров масла вдоль неохлаждаемой стенки корпуса. Это недостаток ловушек


 

 

Таблица 45

 

 

 

Расход жидкого азота

Время

на предва-рительное охлаж-

дение в ч

Время

действия

ловушки без доливки жидкого азота 1 в ч

Рабочее давление

в сосуде Дьюара емкостью 15 л в мм рт. ст.

Тип ловуш

-ки

Про-

пускная способ-

ность в л/с

Мини-

мальная темпера-

тура пластин в 0C

на предва-рительное охлаждение в л в устано-вившемся режиме в л/ч
ДУ-86 133 170 0,9 0,12 0,5 2,5  
ДУ-160 313 170 2,5 0,25 1,5 1
ДУ-260 1460 170 1,5—2 0,9—1 1,2 13 85—90
ДУ-380 2840 170 3,5 0,9—1 1,5 12 85—90
ДУ-600 6100 160 4,5—5 1,3—1,5 1,5—2 6—7 85—90

 

 Чтобы добиться меньшего предельного давления, предложены разные конструкции, например ловушка Ульмана (рис. 271). При наличии этой ловушки удалось достичь предельного давления (3-4)*10-10 мм рт. ст. Для охлаждения масляных ловушек применяют различные хладагенты, позволяющие получать температуры от нуля до —196° С. Кроме ожиженных газов и твердой углекислоты в смеси с ацетоном, эфиром, спиртом или трихлорэтиленом в промышленных установках применяют непрерывную циркуляцию через ловушку хладагента фреона-22, фреона-12 и других при работе холодильного агрегата с одной или несколькими ступенями. 

 

 

 

 

 

В табл. 46 приведен состав некоторых охлаждающих смесей, применяемых для получения низких температур в конденсаторе. Давления паров двуокиси углерода, воды и ртути при разной температуре охладителей приведены в табл. 47.

Ловушки для паромасляных агрегатов строят по принципу непрозрачности их к свету. При низких давлениях это оправдано, так как перед ловушкой имеется молекулярный поток газа, в котором прямолинейное движение молекул и малое число их столкновений друг с другом гарантирует максимальное оседание молекул пара на охлаждаемых поверхностях. Однако для парортутных насосов такой принцип неприменим, так как давление паров ртути перед ловушкой порядка 10~3 мм рт. ст., т. е. имеется молекулярно-вязкостный поток ртутного пара. При этом молекулы рассеиваются вследствие взаимных столкновений и неполностью удерживаются ловушкой. Из-за  этого в ртутных ловушках более узкие и длинные рабочие каналы по сравнению с масляными ловушками.

Специальная ловушка для ртути применена в агрегате РВА-1-2. Ловушка имеет два установленных последовательно вымораживающих устройства (рис. 272). В каждое устройство отдельно подается жидкий азот. Пластины-ловушки согнуты таким образом, что образуют прямоугольные каналы, в которых молекулы ртути многократно сталкиваются с холодной поверхностью. Даже при значительных температурных деформациях пластин исключена возможность пролета молекул ртути без столкновения с ловушкой. Пластины изготовлены из стали Х18Н9Т.


На рис. 273 дана схема ловушки, с помощью которой было получено предельное давление ниже 10-10 мм рт. ст. парортутным насосом со


скоростью откачки 500 л/с. Недостаток ловушки — низкая удельная проводимость, равная 0,15 л/(с*см2). Применение для парортутных насосов ловушек с температурой выше температуры кипения жидкого азота или жидкого воздуха не рекомендуется, так как при более высоких температурах резко уменьшается интенсивность конденсации паров ртути.

 

Полупроводниковые ловушки. Вместо ловушек, охлаждаемых ожиженными газами или другими хладагентами, предложены ловушки с охлаждением путем использования термоэлектрического эффекта. Такая ловушка представляет собой полупроводниковую батарею с последовательным соединением термоэлементов. Примером может служит высоковакуумная ловушка типа Л-500-2 для конденсации паров масла высоковакуумного насоса Н-5С. Ее полупроводниковая термобатарея размещена внутри металлического корпуса. Ловушка установлена на вакуумный насос и уплотнена прокладкой, из вакуумной резины. К ловушке подведен постоянный ток: отрицательный полюс источника тока присоединен к корпусу, положительный — к выводному концу.

...

 



 

 

 

Напряжение питания 0,9—I 1,1 В, сила тока 90 А, потребляемая мощность 90—100 Вт. Перед включением ловушки создается давление ~1*10-3 мм рт. ст. откачкой форвакуумным насосом, и в ловушку подается вода. Расход воды должен составлять 1~2 л/мин (не менее 1,5 л/мин). Только после этого можно включить ловушку в сеть постоянного тока. Приблизительно через 20—25 мин после включения ловушки достигается температура —20° С, после чего можно включить диффузионный насос. При давлении В 1•10-5 мм рт. ст. и температуре воды 15—18° С температура ловушки в средней части составляет —40° С или ниже. Габаритные размеры ловушки 314x116 мм, масса 11,5 кг.



 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 84 гостей на сайте
=
Рейтинг@Mail.ru