Розанов Л.Н. Вакуумная техника 1990 (1065500), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Для о,=0,1 см/с, г=1 см', Кт,=10' получим 5шат = 10 л/с. Так как предельное давление р,р=р! при 5,=0, из уравнения (5.21) запишем Кгг Р а=рг Ктг что для угля СКТ-2Б при Кг1=10', Ктг 10' дает величину р,р =10-' рг. Характерная зависимость 5 =/(ол) для насосов непрерывного действия представлена на рис. 5,10. В первом режиме при малых скоростях транспортирования ч 1 до тех пор, пока та--в0,4, что соответствует о„г ~( М,/(0,4гг'„), где 1а — длина камеры адсорбции; )та — радиус частицы адсорбента. Быстрота откачки 5 =5ш„в этом режиме пропорциональна ол.
Во втором режиме при средних скоростях транспортирования адсорбент не успевает насыщаться откачиваемым газом, ч(1 и быстрота действия насоса пропорциональна Уо, 3 4РКтг у/)/ /1 Кт1рг ~ йа КтгР1 / Третий режим работы насоса при больших скоростях транспортирования начинается со скорости, определяемой коэффициентом температуропроводности адсорбента а и безразмерным временем охлаждениЯ Го=0,8: она =а1оа/()ггсл 0,8), !27 128 Р ис. 5.11. Конструктивные схемы криогенных насосов где 1„— длина камеры охлаждения; / 14,„— характерный размер слоя.
При скоростях транспортирования, больших и д! оат, адсорбент не успевает охлаждаться и быстрота откачки насоса резко падает. Таким образом, о„является оптимальтг„ и„ ной скоростью транспортирования ад- сорбента в насосе, обеспечивающей порно. 530, зависимость бы- лучение максимальной быстроты откачки строги действия адсорбцн- насоса онного насоса непрерывного действия от скорости 8 5.7. Конструкции криогенных насосов гранспортнровання адсорбента Рассмотрим основные конструктив. ные варианты криогенных насосов.
Для работы в низком вакууме используются насосы погружного типа (рис, 5.11, а), а для работы в высоком вакууме — заливного типа (рис. 5.11, б), Адсорбент 1 для предотвращения загрязнения и улучшения условий охлаждения помещается внутри пористого металлического фильтра 2. Нагреватель 3 служит для регенерации адсорбента после его насыщения откачиваемым газом.
Разница в конструкции насосов погружного и заливного типов со- Таблица 5.3 Свойства сжнженных газов ие н. Параметры 77,3 27,2 20,4 Температура кипения пря атмосферном давлении, К Плотность в жндхом состоянии, г1сма Теплота парообразовання, кДж)л Скорость испарения прн тепловой нагрузке 1 Вт, л7я 4,2 1,18 0,07 ! 02 31,7 0,035 О,! 6 0,81 162 0,02 ! 0,13 2,7 1,4 Схемы криоадсорбционных насосов с неподвижным адсорбентом конструктивно просты, ио требуют дополнительной арматуры и дублирования откачных средств для обеспечения непрерывного процесса откачки, имеют высокие эксплуатационные расходы криоагента и электроэнергии иа изменение температуры не только самого адсорбента, но и корпуса насоса. Характеристики промышленных адсорбционных насосов приведены в табл.
П.8. Схема криоадсорбционного насоса с движущимся адсорбентом (рис. 5.11, в) обеспечивает постоянство быстроты откачки и предельного давления независимо от времени работы насоса. Адсорбент движется по замкнутому контуру с линейной скоростью О.„ проходя на своем пути камеру адсорбции 1,шлюз 2, нагреватель б, камеру десорбции 4, шлюз 3, холодильник б, и вновь попадает в камеру адсорбции. Криоконденсационные насосы заливного типа имеют конструктивную схему рис. 5.11, г. В полость 2 заливается низкотемпературный криоагент (жидкий гелий илн водород), а в полость 3 в высокотемпературный криоагент (жидкий азот). Экраны 1 защищают поверхность сосуда ннзкотемпературным криоагентом от излучения стенок насоса, не препятствуя проникновению откачиваемого газа к охлажденной поверхности. Очень часто в криоконденсационных насосах используется адсорбционный способ поглощения неконденсирующихся газов, для чего поверхность сосуда с низкотем"ературным криоагентом покрывается адсорбентом в виде пористой оксидной пленки (или в процессе работы насоса на ней осаждается пористый слой хорошо конденсируемых газов).
Криоконденсационные насосы испарительного типа (рис. 5.11, д) "меют криопанели в виде змеевиков, по которым циркулируют па- 5 — 1634 129 стоит в том, что сосуд Дьюара 4 для размещения криоагената б и насосах погружного типа выполняется съемным, а в насосах заливного типа в качестве теплоизоляции между стенками насоса и сосудом с криоагентом используется вакуум, создаваемый самим насосом, В качестве криоагентов используются сжиженные газы (табл. 5.3), ры криоагента, испаряющегося из сосуда Дьюара.
Циркуляция может осуществляться за счет создания избыточного давления в сосуде Дьюара или всасывающего действия механического вакуумного насоса. Испаряющийся в криопаиелн 1 криоагент используется для охлаждения внешнего экрана 2, защищающего криопанель от излучения стенок насоса. Криосорбционные насосы могут снабжаться автономными криогенераторами (рис. 5.11, е), в которых криопанель 1 охлаждается от автономной газовой машины 2, а экран 3 служит для уменьшения притока теплоты к криопанели.
Для откачки широко применяются адсорбенты с большой площадью внутренней поверхности активные угли, цеолиты, силнкагели. Активные угли — пористые углеродные адсорбенты, которые получают из торфа, каменного угля, опилок и других видов органического сырья путем термической обработки без доступа воздуха для удаления воды и смол с последующей активацией окислением прн температуре около 900'С в присутствии СОе. Так как поверхность углерода электронейтральна, то адсорбция на углях в основном определяется днсперсионными силами взаимодействия. Активные угли имеют поры различных размеров. Площадь поверхности активных углей при насыпной плотности 0,5 г/см' может достигать 2000 мэ/г. Цеолитва — это алюмоснлнкаты, содержащие в своем составе 510э и А!аО,, окислы щелочных н щелочноземельных металлов, а также молекулы кристаллической воды.
После удаления кристаллической воды термообработкой при 400...500'С в различных типах цеолитов появляется регулярная структура пор размером от 30 до 90 нм. Поверхность цеолитов полярна, н адсорбцня во многом зависит от ориентацноииого эффекта взаимодействия. Цеолиты бывают природные и синтетические, получаемые кристаллизацией исходных компонентов нз раствора при температуре 100'С. Активная поверхность цеолнтов может достигать 1000 и'/г при насыпной плотности О,? г/см'. Силикагель — аморфная форма гидратнрованного кремнезема (51ОтпНаО), получаемого при взаимодействии силикатов щелочных металлов и минеральных кислот. При высушиваннн гидрогеля кремниевой кислоты образуется структурная сетка из сферических частиц, поверхность пор в которой может достигать 500 м'/г прн насыпной плотности 0,7 г/см'.
Размеры пор изменяются от 100 до 700 нм в зависимости от режимов обработки. Технические характеристики крноадсорбционных насосов представлены в табл. П.9. 8 5.8. Ионно-сорбционная откачка э Р н с. 5.12. Установившееся распределение концентрации в неограннченной пластине, бомбарднруемой высокоэнергетнческнмн ионами где 1л — коэффициент внедрения ионов; /Ут=/+/с/ — удельная частота бомбардировки; 1+ — плотность ионного тока; д — элементарный электрический заряд; и — молекулярная концентрация газа.
Коэффициент внедрения учитывает частичное отражение и рассеивание, возникающие при ионной бомбардировке. Коэффициент внедрения сильно зависит от температуры тела н слабо — от плотности тока и ускоряющего напряжения. Значение 1л-э-! наблюдается для Т1, Хг при 300 ... 500 К. Максимальное значение концентрации растворенного газа при ионной откачке можно определить из условия равновесия газовых потоков: РАг.э = Ат, + Аг„ (5.23) А1 11~ ) А2 ~( ) (а) — коэффициент диффузии газа в твердом теле), Градиенты концентраций определяются следующими соотношениями: ) —, / \= ямал эо, / '1а ) а~пал ао бх/э З ' бх~а 2Й вЂ” Ь ~д~сь /э=СŠ— глубина внедрения ионов (Š— ускоряющее напря- И'е"ие)1 вша н зо — максимальнаЯ и начальнаЯ конЦентРаЦии поглоп1енного газа.
б' При конно-сорбционной откачке используют два способа поглощения газа: внедрение ионов в объем твердого тела под действием электриче- и, ского поля н химическое взанмодействне откачиваемых газов с тонкими пленками активных металлов. зо Высокоэнергетические ионы или нейтральные частицы, бомбарднруя к твердое тело, проникают в него на глубину, достаточную для их растворения. Этот способ удаления газа является разновидностью ионной отк а ч к н. На рис. 5.12 показано равновесное распределение концентрации при ионной откачке в объеме неограниченной пластины толщиной 2Я, расположенной внутри вакуумной камеры. Максимальную удельную геометрическую быстроту ионной откачки можно рассчитать по формуле 5а = 9Аг+/и =р/, /(пг/), (5.22) Так как величина Ь мала по сравнению с 2Я (константа С даже для легких газов не превышает 1,0 нм/кВ, то величиной 1т» в уравнении (5.23) можно пренебречь: 1ау 1) а~аах ао + СЕ Отсюда следует выражение для максимальной концентрации растворенного газа: 1а1у+ + СЕ а за+ т а Если величина эы.„рассчитанная по приведенной формуле, превышает максимально возможную в данных условиях растворимость газа в металле, то поглощенный газ начинает объединяться в газовые пузырьки, вызывая разрыв металла.
Это явление получило название бл истер-эффекта. В нержавеющей стали водородный блистер-эффект наблюдается при поглощении 3 10 ' м'Па1смх, что соответствует при быстроте откачки 1О-' м'1'(с см') и давлении 4 10-' Па приблизительно 300 ч непрерывной работы. По известному значению ана,„можно подсчитать общее количество газа, которое будет поглощено единицей поверхности: а= = (зита к зо) )с. Во время ионной бомбардировки наблюдается распыление материала, сопровождающееся нанесением тонких пленок на электроды и корпус насоса. Сорбпионная активность этих пленок используется для хемосорбцнонной откачки. Распыление активного материала может осуществляться независимо от процесса откачки, например с помощью регулирования температуры нагревателя.
Расход активного материала в таких насосах осуществляется независимо от потока откачиваемого газа. Более экономно расходуется активный металл в насосах с само- регулированием распыления. В этих насосах распыление производится ионами откачиваемого газа, бомбардирующими катод, изготовленный из активного материала. Распыляемый материал осаждается на корпус и анод, где осуществляется хемосорбционная откачка, 9 5.9. Конструкции ионно-сорбционных насосов Пример конструкции насоса с независимым распылением активного материала представлен на рис. 5.13, а. Насос состоит из корпуса б, холодильника 5, распылителя 4, управляющей сетки 3, ионизирующей анодной сетки 2, катода 1. Электроны, вылетающие из термокатода, направляются на распылитель и анодную сетку, к которым приложено положительное напряжение в несколько сотен вольт. Электронная бомбардировка распылителя разогревает 132 его до температуры испарения находящегося на нем активного металла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
