В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Cорбционные насосы
Cорбционные насосы - Молекулярные сита
Получение вакуума - Насосы для высокого вакуума
Оглавление
Cорбционные насосы
Адсорбция активированным углем.
Молекулярные сита
Все страницы

 

Кроме активированного угля или окиси алюминия за последние годы широко распространился метод сорбционной откачки с помощью цеолитов, имеющих исключительно высокую адсорбционную способность. Цеолиты встречаются в природе и получаются искусственным путем— это кристаллическое вещество типа Na2Al2O3-SiO2-H2O. Природные цеолиты представляют собой алюмосиликаты бария, натрия и кальция.

После прогрева цеолита кристаллическая вода удаляется без изменения структуры, благодаря чему во много раз увеличивается пористость материала. Цеолиты имеют постоянные и воспроизводимые сорбционные свойства. Каждый вид цеолита имеет поры одинакового диаметра, благодаря чему сорбция молекул имеет селективный характер; поэтому цеолиты получили название молекулярных сит. Размеры пор цеолитов 4-10 А (у активированного угля 50 А). Насос, представляющий собой сосуд с цеолитом, охлаждается жидким азотом.

С помощью цеолитов недостаточно хорошо откачиваются аргон и водород, а вода, например, активно поглощается. Из-за активного поглощения влаги регенерация сорбента должна производиться прогревом до 350° С. При температуре выше 350° С может произойти разложение сорбента. Такие насосы могут производить откачку непосредственно от атмосферного давления, поэтому их применяют в качестве насосов предварительного вакуума.

Например, насос EGS 500(ГДР), содержащий 500 г цеолита марки 5А, производит откачку объема 12,5 л от атмосферного давления до давления 1•1O-2 мм рт. ст. и объема 20 л до 2•1O-2 мм рт. ст. При откачке больших объемов применяют параллельное или последовательное соединение нескольких насосов. Насос EGS 500 (рис. 354, а) изготовлен из коррозионностойкой стали и снабжен нагревателем для регенерации и сосудом Дьюара для охлаждения насоса.

 Корпусом служит тонкостенная волнистая труба. Такая труба улучшает теплообмен, так как поверхность ее увеличена почти в 2 раза по сравнению с обычной гладкой поверхностью. Насос неразборный, при изготовлении отдельные узлы насоса свариваются в среде защитного газа. Для откачки воздуха применяют сорбент 5А (НСП Фарбенфабрик Воль-фен). Для специальных случаев применяют также вещества ЗА, 4А, 10Х, 13Х. Во время откачки насос погружен в сосуд Дьюара с жидким азотом. Нагреватель насоса показан на рис. 354, а (справа). Он изготовлен из листового железа и имеет электрический нагреватель (спираль).

Работа таких насосов совместно с сорбционно-ионными дает возможность получать предельное давление порядка 10-10 мм рт. ст. Их можно также применять в качестве форвакуумных для масляных диффузионных насосов.

Подобные насосы фирмы Эдварде (Англия) EZ500 и EZ1500 содержат соответственно 500 и 1500 г сорбента; их применяют в качестве предварительных насосов в сверхвысоковакуумных установках.

Предельное давление, создаваемое этими насосами, 10_3мм рт. ст. Во время работы они также охлаждаются жидким азотом и создают давление 10-2ммрт. ст. в течение нескольких минут. Обычно устанавливают два или более насосов последовательно. Насос фирмы Эдварде показан на рис. 354, б. В высоковакуумных установках, где недопустимо попадание органических веществ, они работают совместно с сорбционно-ионными распылительными насосами или с ртутными диффузионными насосами с ловушкой.  В табл. 69 приведены технические характеристики сорбционных цеолитовых насосов и агрегатов отечественного производства.

 

 

 

Они предназначены для откачки вакуумных систем объемом 10—100 л от атмосферного давления до 1O-2 — 10-4 мм рт. ст. и применяются для форвакуумной откачки совместно с сорбционно-ионными, паромасляными и парортутными насосами. При температуре жидкого азота активно поглощаются пары воды, воздух, азот, кислород, окись и двуокись углерода, криптон, ксенон; значительно хуже поглощаются гелий, неон и водород. В качестве сорбирующего материала применен промышленный синтетический цеолит марки 5А (CaA). Для полной регенерации этого сорбента необходимо периодически прогревать его при 550° С.

Агрегаты ЦВА (рис. 355) состоят из двух насосов ЦВН, вакуумной арматуры, металлического сосуда Дьюара и электронагревателя для регенерации цеолита в корпусе наcoca. Вся система монтируется на металлической стойке.

 

Рис. 355. Схема агрегата ЦВА-0,1-2:

1 — сосуд Дьюара; 2 — образцовый вакуумметр; 3 — соединительный трубопровод; 4 — вентиль Ду-20; 5 — водоструйный насос ЦВН-1-2; 6 — поддерживающая стойка; 7 — насос ЦВН-0.1-2; 8 — электронагреватель

 

 

В агрегатах ЦВА-0,1-2 и ЦВА-1-2 кроме цеолитовых насосов, работающих попеременно для обеспечения непрерывности действия, применен водоструйный насос для предварительного удаления из откачиваемого объема основного количества газа. Комбинация водоструйного и двух цеолитовых насосов позволяет откачивать большое количество газов и получать высокий вакуум, свободный от углеводородов.

Основным конструкционным материалом насосов и арматуры является коррозионностойкая сталь. Уплотняемый профиль разъемных соединений

1 — сорбционный охлаждаемый насос; 2 — сосуд Дьюара; 3 — испаритель титана в насосе; 4 — азотная ловушка; 5 — паромасляный нагсос; б — охлаждаемый экран насоса  с алюминиевыми уплотнителями.

Промышленностью выпускаются цеолитовые вакуумные насосы с емкостью капсул, заполняемых цеолитом, 0,1 кг (ЦВН-0,1-2) и 1 кг (ЦВН-1-2). Агрегаты на базе этих насосов: ЦВА-0,1-1 и ЦВА-1-1 без водоструйного насоса и ЦВА-0,1-2 и ЦВА-1-2 с дополнительным водоструйным насосом. Насосы и агрегаты комплектуются гранулированным цеолитом 5А в герметичной упаковке и алюминиевыми уплотнителями.

Насосы с пористыми сорбентами при соответствующем выборе поглотителя можно использовать и для получения высокого вакуума, а не только для создания предварительного разрежения. В некоторых конструкциях сорбционных насосов поглощающая поверхность создается напылением химически активного металла, обычно титана, образующего прочные соединения с большей частью встречающихся в вакуумных системах газов. Инертные газы, не взаимодействующие с титаном, могут откачиваться небольшим вспомогательным насосом.

Сверхвысоковакуумный титановый охлаждаемый агрегат отечественного производства АВТО-20М показан на рис. 356 и 357. Он предназначен для безмасляной откачки вакуумных систем в установках напыления, для имитации условий космоса и для других сверхвысоковакуумных установок. Предельное давление, создаваемое агрегатом, порядка 10-12 мм рт. ст. Характеристики агрегата приведены на рис. 358. Откачка газа производится слоем титана, напыляемого на охлаждаемую поверхность. В агрегате применен электроннолучевой испаритель титана с минимальным тепловым излучением.

Агрегат выполнен из коррозионностойкой стали и обезгаживается прогревом при 400—450° С. В состав агрегата входят: сверхвысоковакуумный титановый охлаждаемый насос; паромасляный насос Н-5С-М; азотная ловушка, цельнометаллический вентиль 80ТР-У, блок электропитания. Агрегат имеет пульт управления, снабжен комплектом запасных медных уплотнителей.

 

 

Фирма Эдварде (Англия) выпускает титановые сублимационные насосы, которые работают совместно с диффузионными или сорбционно-ионными распылительными насосами в установках для получения сверхвысокого вакуума. Газ откачивается благодаря сублимации титана с нити накала и конденсации его на поверхности, охлаждаемой водой или жидким азотом. Скорость откачки сухого азота составляет от 1,5 до 2,5 л/с на 1 см2 поверхности при охлаждении ее водой и примерно в 2 раза больше при охлаждении жидким азотом. Водяной пар и конденсирующиеся газы удаляются таким насосом с большой скоростью.

 



 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Сейчас на сайте

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