В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Криогенные насосы и агрегаты
Получение вакуума - Насосы для высокого вакуума

В некоторых насосах для охлаждения сорбирующих или конденсирующих поверхностей используются жидкие газы: азот (—195,78°С); водород (20°К); гелий (4°К). Температуру жидкого гелия можно уменьшить до 3°К и ниже, если откачивать пары гелия над его поверхностью.


В промышленности применяются следующие способы получения низких температур.

1. Дросселирование (использование эффекта Джоуля— Томсона). При расширении сжатого газа, проходящего через узкое отверстие в свободное пространство, происходит понижение температуры, обусловленное межмолекулярным взаимодействием. Степень охлаждения описывается дифференциальным коэффициентом Джоуля—Томсона dТ/dР и зависит от исходного состояния газа. При dТ/dР>0 происходит охлаждение, при dТ/dР<0 — нагревание. Например, для воздуха при Т= 140°К, Р=50 ат dТ/dР= +0,5 град/ат. Коэффициент dТ/dР для реальных газов определяется дифференцированием уравнения Клапейрона при условии постоянства энтальпии газа.

2. Детандирование, или адиабатическое расширение газа с отдачей работы внешнему телу, приводит к уменьшению внутренней энергии газа. Предварительно сжатый газ двигает поршень без теплообмена; понижение температуры вычисляется по формуле

  (96)

 

Например, для воздуха (*у=1,4) при исходном состоянии P1 = 80 ат, T1 = 20° С и при конечном давлении Р2=1 ат получим Т2 =—189° С, что достаточно для сжижения.

Цеолитовые вакуумные агрегаты ЦВА являются простыми средствами безмасляной откачки от атмосферного давления до 10-2—10-4 тор. Они применяются для предварительной откачки сорбционно-ионных насосов, для безмасляной откачки в технике физического эксперимента в условиях, требующих отсутствия загрязнений, вибраций, шумов и т. д. Каждый агрегат имеет два параллельных цеолитовых вакуумных насоса с вентилями. На один из насосов надвигают сосуд Дьюара с жидким азотом для охлаждения, и он производит откачку; на другой насос, отсоединенный вентилем, надвигают одновременно нагреватель для регенерации цеолита. Затем нагреватель и сосуд Дьюара меняют местами и т. д.

Агрегаты ЦВА-0,1-1 и ЦВА-0,1-2 содержат 100 г синтетического цеолита марки 5А и предназначены для откачки объемов до 10 л; агрегаты ЦВА-1-1 и ЦВА-1-2 содержат 1 кг цеолита и откачивают объемы до 100 л.

Агрегаты ЦВА-0,1-2 и ЦВА-1-2 имеют водоструйный насос для предварительной откачки до 15 тор, их предельный вакуум 10~4 тор, а у агрегатов ЦВА-0,1-1 и ЦВА-1-1 без водоструйных насосов предельный вакуум составляет 10-2 тор В спектре остаточных газов содержатся значительные количества неона (50—62%), гелия (14— 31%) и водорода. Лучше откачиваются агрегатами ЦВА азот и кислород, пары воды, окись углерода.

Недостаток описанных агрегатов связан с необходимостью периодически надвигать на цеолитовый насос внешний сосуд Дьюара с жидким азотом. В последние годы созданы цеолитовые агрегаты ЦВА-1,5-3 и ЦВА-03-2 с насосами заливного типа, которые содержат внутри цеолит и имеют карманы для жидкого азота.

Особенность работы цеолитовых насосов состоит в том, что они имеют ограниченную сорбционную емкость, т. е. по мере насыщения цеолита откачиваемым газом быстрота откачки насоса уменьшается. Непосредственно после регенерации быстрота откачки агрегата ЦВА-1-1 равна 3,3—8,4 л/сек. Поэтому в паспортах этих насосов обязательно указывается максимальный объем откачки, который зависит от количества цеолита, содержащегося в насосе. Например, агрегат ЦВА-1-1 содержит 1 кг цеолита, агрегат ЦВА-0,1-1 содержит 100 г цеолита; они предназначены для откачки воздуха из объемов 100 и 10 л соответственно. Из-за ограниченной сорбционной емкости предельный вакуум этих насосов зависит от начального давления. При откачке от атмосферного давления предельный вакуум порядка 10-2 тор, а в случае предварительной откачки тех же объемов вспомогательными водоструйными насосами предельный в.акуум адсорбционных цеолитовых агрегатов порядка 10-4 тор.

На базе сверхвысоковакуумного титанового охлаждаемого насоса СТОН разработан агрегат АВТО-20М, в котором применяется напыление титана на поверхность, охлаждаемую жидким азотом. Электроннолучевой испаритель титана характеризуется малыми тепловыми потерями. В состав агрегата входят паромасляный насос для откачки инертных газов, цельнометаллический вентиль, блок электропитания и пульт управления (рис. 29). Агрегат обезгаживается прогревом при 400° С и отличается низким остаточным давлением порядка 10-12тор.

При скорости испарения титана из жидкой фазы 5 мг/мин быстрота откачки по водороду 3-104, по азоту 103, по аргону 90 л/сек. Агрегат потребляет 1,7 квт электроэнергии и 4 л/ч жидкого азота.

 

Титановые насосы совместно с цеолитовыми используются для безмасляной откачки от атмосферного давления до сверхвысокого вакуума.

В конденсационных насосах происходит связывание газов с помощью их конденсации (перевода в жидкую фазу) на поверхностях, охлаждаемых извне жидким водородом и гелием (рис. 30). В конденсационном насосе имеется бачок, заполняемый жидким водородом от ожижителя; поверхность бачка имеет температуру 20° К. При такой температуре упругость паров кислорода составляет 10-13, азота 10-11 тор, аргона 10-17 тор. Однако при 20° К, естественно, не конденсируется водород, упругость пара которого при температуре ожижения равна 760 тор, а также гелии, имеющий более ш низкую температуру ожижения (4° К).

Быстрота откачки конденсационного насоса определяется размером конденсирующей поверхности.В насосе ВК-40 площадь  бачка около 5*103 см2,  однако реальная быстрота откачки воздуха около 4*104 л/сек из-за геометрических ограничений. В насосе применен автономный ожижитель водорода, в который подается водород под давлением 60 ат от компрессо

В двух теплообменниках водород высокого давления охлаждается последовательно азотом и испарившимся водородом, затем дросселируется и ожижается. Конденсационный касос расходует 20 л/ч жидкого азота, 2 л/ч жидкого водорода, энергии 17 квт.

Предельный вакуум водородного конденсационного насоса определяется упругостью паров при 20° К.

На рис. 31 можно видеть, что при такой температуре кроме водорода высокую упругость имеют еще гелий и неон. Для откачки этих трех газов водородный конденсационный насос должен быть снабжен вспомогательным пароструйным насосом, определяющим предельный вакуум по этим газам.

 
Рис. 31. Давление насыщенных  паров при низких температурах
 
 

При отсутствии Не, Н2 и N2 предельный вакуум определяется азотом, имеющим упругость пара 2,2*10-11 тор при 20,4° К.

 Создана серия насосов ССНА-0,5; ССНА-1,5; ССНА-4 и ССНА-8 с предельным вакуумом 10-9 тор и максимальной быстротой откачки 500, 1500, 4000 и 8000 л/сек

 

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Сейчас на сайте

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