Принцип действия и основные характеристики. Поми­мо геттерных насосов, отечественная промышенность выпускает серию геттерно-ионных насосов (ГИН). В от­личие от пароструйных геттерные и геттерно-ионные насосы не требуют форвакуума.

Среди геттерно-ионных насосов одним из распростра­ненных насосов является ГИН-5, который схематично изображен на рис. 4-9. Насос ГИН-5 состоит из охлаж­даемого водой корпуса /, в котором расположены прямоканальные титано-молибденовые испарители 2, цент­ральный непрогреваемый анод 3, катоды 4 и прогрева­емый анод 5. Все электроды и испарители смонтированы на фланце насоса. На цилиндрической части насоса расположен патрубок с фланцем 6 для присоединения вспомогательных средств откачки. Насос укомплектовы­вается блоком питания испарителей, анодов и катодов.

Насос предназначен для откачки газов в диапазоне давлений 10_6—10-2 Па (10-8—10-4 мм рт. ст.). Удале­ние газа из откачиваемого сосуда осуществляется хемо-сорбцией газа постоянно возобновляемой пленкой титана. Титан непрерывно испаряется из твердой фазы из накаленного прямым пропусканием тока испарителя.

Испарившийся титан конденсируется на охлаждаемом корпусе насоса, образуя пленку геттера. Молекулы газа, ударяющиеся о поверхность пленки титана, сорбируют­ся ею.

Для увеличения быстроты действия, в особенности по инертным газам, в геттерно-ионных наносах произво­дится ионизация газа. Ионизатор образуют катоды 4 и аноды 3 и 5. Электроны, эмиттируемые накаленным ка­тодом 4, совершают колебательные движения около внешнего анода 5. Образую­щиеся при соударении элек­тронов с молекулами газа положительные ионы в про­межутке между анодом 5 и корпусом приобретают зна­чительную скорость в на­правлении к корпусу насоса. Внедрение ускоренных ионов в пленку титана усиливает эффект сорбции газа плен­кой геттера.

Геттерно-ионные насосы пристыковочным фланцем присоединяются непосредст­венно к откачиваемому сосу­ду. Вспомогательные средст­

ва откачки присоединяются

к насосу. Предельное остаточное давление, создаваемое насосом ГИН-5, МО-7 Па (~1-10~9 мм рт. ст.). Быстрота действия насоса по воздуху в диапазоне давле­ний МО"6—ЬЮ-4 Па (— 1 • 10—8—1 -10—6 мм рт. ст.) не менее 4500 л/с, по аргону — 80 л/с. Наибольшее давле­ние запуска насоса 1,5-10-2 Па (~Ы0-4 мм рт. ст.). Средний ресурс блока испарителей 500—600 ч. Средний ресурс одного испарителя около 100 ч. При аккуратной (оптимальной по расходу титана) эксплуатации ресурс одного испарителя превышает 200 ч, соответственно ре­сурс блока испарителей превышает 1200 ч.

Эксплуатация и обслуживание. Геттерно-ионный на­сос поступает с завода-изготовителя откачанным до давления 1 —10 Па (~0,01—0,1 мм рт. ст.). После извлечения из транспортной тары чистой сухой бязью насос очищают от возможных внешних загрязнений. Снимают технологическую заглушку с пристыковочного фланца. Присоединяют насос к откачиваемому сосуду. Через вакуумный клапан с условным проходом 100 мм присоединяют вспомогательные средства откачки, прове­ряют их работоспособность. Снимают защитный кожух, закрывающий токовводы.

С помощью омметра и мега-омметра проверяют сохранность цепей катода, анода и испарителей, отсутствие коротких замыканий и надеж­ность изоляции. Подсоединяют кабели электропитания насоса. Ставится защитный кожух. Вся вакуумная си­стема проверяется на герметичность. Соединяются шлан­ги водяного охлаждения корпуса насоса. Для подачи воды должны использоваться медные трубки или дюри-товые шланги, причем шланги на штуцерных соединени­ях должны быть обжаты специальными хомутами во избежание срыва шлангов при случайном пуске воды в горячий насос. Производят пробную подачу воды в си­стему охлаждения с целью проверки отсутствия утечки воды.

Пуск насоса производится в следующей последова­тельности. Насос откачивают до давления 1•1O-3 Па (1•1O-5 мм рт. ст.). Сливают воду и продувают си­стему охлаждения сжатым воздухом. Включают внутрен­ний нагреватель, которым насос прогревается в течение 10 ч. По окончании общего прогрева насоса производят обезгаживание испарителя и катода. После охлаждения корпуса насоса до температуры ниже 1000C в систему охлаждения подается вода.

В момент пуска расход воды не должен превышать 50 л/ч. Последнее вызвано тем, что если насос недостаточно остыл, в системе охлажде­ния может сильно возрасти давление в результате обра­зования большого количества пара. Затем включают испаритель, с этого момента насос начинает откачку. Включают катод. Плавно, в течение 30 мин, напряже­ние на аноде увеличивают до 1200 В. В дальнейшем на­сос может производить откачку без вспомогательных средств откачки. Вакуумный клапан, соединяющий на­сос со вспомогательными средствами откачки, перекры­вают. Естественно, если в откачиваемом сосуде присут­ствует большое количество инертных газов, откачка его вспомогательными средствами откачки не прекращает­ся и клапан оставляют открытым. Выключение насоса производится в обратной последовательности.

В процессе работы насо­са для поддержания задан­ного вакуума интенсивность испарения титана регулиру­ется в зависимости от газо­выделения в откачиваемом сосуде. График быстроты действия насоса ГИН-5 при скорости испарения титана 0,2—1,0 мг/мин представлен на рис. 4-10. Для увеличения быстроты действия в области высоких впускных давлений (10-4—10-3 Па) необхо­димо увеличить скорость испарения титана. Однако при этом следует иметь в виду, что увеличение мощности, более чем в 1,5 раза превышающую номинальную, не всегда в нужных пределах увеличивает эффективную быстроту действия насоса, так как вызывает повышен­ное газовыделение в результате нагрева насоса, к тому же приводит к оерегоранию испарителя.

­

Сохранить номинальную быстроту действия геттер-но-ионного насоса с прямоканальными испарителями при впускных давлениях 10^-2 Па (10^-4 мм рт. ст.) и выше не удается из-за слож­ности поддержания необхо­димой скорости испарения титана. Присутствующие в откачиваемом сосуде азот и окись углерода, вступая в реакцию с титаном на поверх­ности испарителя, затруд­няют его испарение. Обра­зующиеся в этом случае в большом количестве соеди­нения азота и углерода с ти­таном имеют температуру плавления значительно выше температуры плавления дру­гих соединений и чистого ти­тана и блокируют испари­тель. Для нормальной рабо­ты и снижения энергопотребления испарителя пленка нитридов и гидридов по возможности должна быть уда­лена в начальный момент при включении испарителя. Для этого в процессе обезгаживания испарителя кратко­временно, на 5—10 мин, увеличивают на 10—20% по сравнению с номинальной мощность, подводимую к испарителю.

­

Однако в реальных услови­ях эксплуатации использование испарителя при количествах ти­тана в нем менее 30% первона­чального его содержания (на ри­сунке обозначено пунктирной ли­нией) нецелесообразно, так как это сопряжено с большим газовы­делением и соответственно с по­нижением быстроты действия. В процессе работы геттерно-ионного насоса вне зависимости от режима работы испарителя ре­жим работы ионизатора следует

поддерживать номинальным. На рис. 4-12 показано изменение быстроты действия насоса в зависимости от изменения анодного напряжения при прочих равных условиях. Качественно такая зависимость сохраняется при любой скорости испарения тита­на. Если давление в системе превышает 10-2 Па (10-4 мм рт. ст.), ионизатор должен быть выключен во избежание перегорания катода.

В процессе эксплуатации геттерно-ионных насосов, так же как и геттерных насосов, необходима периоди­ческая чистка корпуса насоса от пленок титана. Необ­ходимая периодичность чистки определяется режимом работы насоса, рабочим давлением, количеством напу­сков атмосферного воздуха, количеством прогревов установки и т д. Рекомендуется чистить насос после полного испарения трех-четырех блоков испарителей. Требования техники безопасности при чистке корпуса геттерных и геттерно-ионных насосов одинаковы.

Наиболее частым видом отказа геттерно-ионного на­соса является замыкание электродной системы по изо­ляторам в результате их запыления титаном. Частота отказов выше, если насос в основном работает при вы­соких впускных давлениях. При каждой чистке корпуса насоса необходимо прове­рять сопротивление утечки изоляторов. При каждой второй чистке корпуса насо­са целесообразно восстанав­ливать электрическую проч­

ность изоляторов. Механическая очистка изоляторов от запыления, как правило, не дает результата. Изоляторы лучше протравить в плавиковой кислоте. Работая с пла­виковой кислотой, необходимо соблюдать требования техники безопасности при работе с агрессивными жид­костями и кислотами.

Другим часто встречающимся видом отказа являет­ся обрыв катода или анодов ионизатора В процессе ра­боты при нагреве они становятся хрупкими и от сильно­го сотрясения могут оборваться. Если это произошло, катод заменяют новым, а анод соединяют втулкой.

Требования к системе охлаждения геттерно-ионных насосов такие же, как и требования к системе охлаж­дения паромасляных насосов.