Принцип действия и основные характеристики. Основ­ным механизмом удаления газа в геттерных и геттерно-ионных насосах является хемосорбция газа возобновляе­мой пленкой геттера.

В серийных вакуумных насосах в качестве геттера используется титан — металл темно-серого цвета. Титан, вступая в реакцию (хемосорбируя), образует устойчивые соеди­нения почти со всеми газами и парами углеводородов, присут­ствующими в вакуумных систе­мах. В обычных условиях на по­верхности титана быстро обра­зуется прочная и непроницаемая для газа пленка окислов и дру­гих соединений. Благодаря за­щитной пленке в насосе сохра­няется запас геттера.

Среди серийно выпускаемых насосов к чисто геттерным отно­сится, например, сорбционный титановый охлаждаемый насос СТОН-20М. В корпусе / насоса (рис. 4-6) размещены испаритель 2 и охлаждаемый жидким азотом экран 3. Внешние поверхности экрана полированы. Поверхность экрана, обращенная к испарите­лю, является поверхностью кон­денсации испаряемого титана.

Для подачи и поддержания постоянного уровня азо­та в пустотелом экране над насосом устанавливает­ся сосуд Дьюара 4. На торцевой стороне поверхности корпуса, в котором расположен испаритель титана, под патрубком имеется другой патрубок с фланцем 5 для присоединения вспомогательных средств откачки. Флан­цем 6 насос присоединяется к откачиваемому сосуду. Кроме того, в комплект насоса входят съемный внешний нагреватель и блок питания испарителя (на рисунке не показаны).

Испаритель, показанный на рис. 4-7, представляет собой электродную систему, в которую входят охлаждае­мый водой анод 1 и элек­тронная пушка 2, храпо-вый механизм подачи про­волоки 3 с приводом 4 и барабан 5, смонтирован­ные на стойке б, закреп­ленной на пристыковоч-ном фланце 7 испарителя. На другой стороне флан­ца размещены токовводы 8 для питания электрод­ной системы и привод ме­ханизма подачи проволо­ки. Фланцевые соедине­ния выполнены с медным уплотнителем. На бара­бан наматывается титано­вая проволока, конец ко­торой пропускают в от­верстие в центре охлаж­даемого анода. Для пре­дотвращения запыления пристыковочного фланца насоса в процессе работы

испарителя над центром анода расположен защитный экран 9.

Испарение титана происходит из жидкой фазы. Нагрев конца проволоки осуществляется электронным лучом. Луч создается и фокусируется электронной пуш­кой с магнитным отклонением.

Насос предназначен для откачки газов, кроме инерт­ных и воздействующих на материалы конструкции, в диапазоне давлений 10-8—10-4 Па (10-10—10-6 мм рт. ст.). Своим пристыковочным фланцем насос крепится не­посредственно к откачиваемому сосуду. К насо­су,, а чаще к откачиваемому сосуду присоединяют вспо­могательные средства откачки, позволяющие создавать разрежение около 10~7 Па (10~9 мм рт. ст.) с быстротой откачки около 50 л/с в диапазоне давлений 10-6 — 10~2 Па (10~8— 10~4 мм рт. ст.).

Геттерный насос обычно работает параллельно со вспомогательными сред­ствами откачки, которы­ми осуществляется откач­ка инертных газов. По­следнее относится ко всем геттерным насосам, по­скольку их быстрота дей­ствия по инертным газам меньше 1 % быстроты дей­ствия по воздуху.

Предельное остаточ­ное давление, создавае­мое насосом, меньше 2,5-10-8 Па (2,0-10-10 мм рт. ст.). Быстрота действия насоса по воздуху 4800 л/с при давлении 10-4 Па (10-6 мм рт. ст.). График быстроты действия насоса при­веден на рис. 4-8. Увеличения быстроты действия в об­ласти высоких впускных давлений можно достичь увели­чением интенсивности испарения титана. Однако увели­чение интенсивности испарения при работе насоса при низких впускных давлениях не дает заметного увеличе­ния быстроты действия.

­

Эксплуатация и обслуживание. Сорбционный титано­вый охлаждаемый насос СТОН-20М поступает с завода-изготовителя герметично закрытым и заполненным су­хим азотом. После извлечения насоса из упаковочной тары чистой сухой бязью насос очищают от возможных внешних загрязнений. Снимают заглушку с пристыко-вочного фланца насоса. Внешним осмотром убеждают­ся в сохранности насоса. Несколькими включениями проверяют работоспособность механизма подачи прово­локи. Устанавливают титановую проволоку таким обра­зом, чтобы конец ее выступал над внешней поверхностью анода на 3—4 мм. Насос присоединяют к откачиваемому

сосуду. Подсоединяют вспомогательные средства откач­ки, проверяют их работоспособность и герметичность всей вакуумной системы. Подключают электропита­ние насоса. После достижения разрежения 10~3 Па (Ю-5 мм рт. ст.) производят пробные включения испа­рителя и механизма подачи проволоки.

Затем насос и всю вакуумную систему готовят к про­греву с целью обезгаживания. Для этого снимают разъемы с токовводов и электродвигатель механизма подачи проволоки. Отъединяют шланги подачи воды. На насос устанавливают нагреватель. Аналогично дол­жен быть подготовлен откачиваемый сосуд, т. е. с него должны быть сняты элементы, не допускающие нагрева; из систем охлаждения должны быть удалены хладо-агенты (вода и жидкий азот); обеспечены условия равно­мерного нагрева. Прогрев насоса следует производить одновременно с прогревом откачиваемого сосуда.

Включают вспомогательные средства откачки. После достижения давления ниже 10~3 Па (10~5 мм рт. ст.) плавно повышают температуру корпуса насоса до 400°С. Рекомендуемая длительность первого прогрева 10—20 ч. В дальнейшем длительность прогрева мо­жет быть снижена до 4—6 ч. При прогреве давление в системе рекомендуется поддерживать на уровне 10-3--10-2 Па (10-5-4-10-4 мм рт. ст.).

После окончания прогрева, не снимая нагревателя, насосу дают возможность остыть до комнатной темпера­туры. Интенсивное принудительное охлаждение насоса может привести к появлению течей в сварных швах в результате действия внутренних напряжений в металле, возникающих при большой разнице температур различ­ных участков корпуса. Наиболее часто, наблюдается по­явление течей в охлаждаемом экране, когда нагреватель снимается сразу после его выключения.

Вообще во избежание появления течей в сварных соединениях при прогреве сложных вакуумных систем с резко отличающимися по теплоемкости (металлоем­кости) и теплопроводности узлами системы следует до­биваться предельной равномерности и постепенного на­грева и охлаждения. Время повышения температуры до 4000C должно составлять 2—3 ч. Время остывания от 4000C до 60—800C должно составлять 3—4 ч. Неравно­мерность нагрева различных участков системы не долж­на превышать 20—250C

После охлаждения корпуса насоса до температуры ниже 1000C снимают нагреватель. После охлаждения на­соса до комнатной температуры устанавливают электро­двигатель, подсоединяют шланги подачи воды, соединя­ют кабель электропитания насоса, устанавливают сосуд Дьюара для охлаждения экрана. Производят откачку насоса высоковакуумными вспомогательными средствами откачки.

После достижения давления ниже 6,6-10~3 Па (5- Ю-5 мм рт. ст.) охлаждают экран до температуры жидкого азота и производят пуск насоса. Для этого подают воду на охлаждение испарителя. (Включение испарителя без охлаждения водой категорически запре­щается, так как в период установления необходимой интенсивности луча и скорости испарения электронный луч в какой-то момент времени может оказаться сфоку­сированным не на титановой проволоке, а на аноде испа­рителя и прожечь его.) Включают питание испарителя.

Последняя операция — установление необходимого для поддержания заданного давления интервала подачи проволоки. Длительность одного цикла испарения 15 с. Интервал между циклами испарения, соответственно интервал подачи проволоки может регулироваться от 15 до 120 с. Выключение насоса производится в обратной последовательности.

В процессе эксплуатации титановая пленка, осаждае­мая на экране, начинает отслаиваться. Время начала и интенсивность отслаивания пленки зависят от режима эксплуатации, количества испаренного титана, количе­ства вскрытий насоса на атмосферу и количества про­гревов установки. Отслаивание пленки может вызвать снижение быстроты действия насоса на 30—40%. По­этому желательно своевременно удалять отслаивающую­ся пленку.

Для удаления отслоившейся пленки насос отстыковы­вают от откачиваемого сосуда, снимают испаритель, производят чистку внутренних поверхностей насоса. После снятия отслоившейся пленки мелкозернистой наждачной бумагой очищают запыленные поверхности. Производя чистку насоса, не следует забывать о токсич­ности титана и в особенности его пыли. Работать надо в очках и с респиратором. На руки должны быть надеты рукавицы или перчатки из плотной ткани, так как мел­кие частицы титана сгорают при сильном механическом воздействии.

Периодичность обслуживания насоса устанавливает­ся опытным путем индивидуально для каждого конкрет­ного производства и технологического процесса, осу­ществляемого на установке.

Эксплуатация и обслуживание других типов геттерных насосов аналогичны.