Лабораторная работа №6 Получение высокого вакуума и анализ состава остаточных газов
жүктеу/скачать 2.28 Mb. Pdf көрінісі
|
| Таблица 1. Характеристики различных степеней вакуума
Вакуум Характеристики Первичный Промежуточ ный
Высокий Сверхвысокий Область давлени
й Па
10 2 10 5 10 -1 10 2 10 -5 10
-1
10 -5 мбар 1 10
3 10 -3 1 10 -7 10 -3
10 -7 Число молекул в 1 см 3
(порядок величины) 10 16
19 10 13 10 16 10 9 10
13
10 9 Средняя длина свободного пробега (порядок величины), см 10 -3 10 -6 1 10 -3 1 10 4
10 4 Режим течения Ламинарный (вязкостный) Промежуточ ный
Молекулярный
Понятие сверхвысокого вакуума связывается не с величиной отношения /d, а со временем, необходимым для образования мономолекулярного слоя газа на поверхности твёрдого тела, которое оценивается по формуле: 3
где - коэффициент захвата частицы поверхностью. Сверхвысоким вакуумом называют область давлений р< 10 -8 мм. рт. ст., когда больше нескольких минут. Коэффициент захвата частицы поверхностью может отличаться для разных компонент остаточного газа. Поэтому важно понятие парциального давления: давления отдельно взятого компонента газовой смеси. Парциальное давление это давление, которое имел бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал объём, равный объёму смеси при той же температуре Общее давление газовой смеси является суммой парциальных давлений ее компонентов. 1.2. Вакуумные насосы Вакуумные насосы подразделяют на 4 класса: низкого, среднего, высокого и
и двухступенчатые насосы, ротационные пластинчатые, двухроторные и винтовые насосы, насосы с частичным внутренним сжатием и водокольцевые. Давление, достигаемое в них, составляет P = 0,3-1 Ра. К средневакуумным относят пластинчато-роторные насосы и насосы с катящимся ротором, сорбционные насосы, создаваемое предельное (минимальное) давление в которых P = 1 -10 -1 Ра. К высоковакуумным насосам относят молекулярные и турбомолекулярные, давление в которых P=10 -4 -10
-6 Ра.
К сверхвысоковакуумным относят магниторазрядные, геттерно-ионные, конденсационные насосы, а также различные их модификации (P=10 -7 -10
-9 Ра).
Насосы низкого вакуума в сверхвысоковакуумных (СВВ) системах не применяются. Диапазоны давлений применения вакуумных насосов различных типов. 4
1.2.1. Насосы среднего вакуума Предварительное разряжение до 10 -3 мм рт. ст. обычно создается с помощью форвакуумных насосов (рис.1). Рабочая полость насоса представляет собой цилиндрическую камеру 1, в которой вращается ротор 2, расположенный эксцентрично по отношению к оси своего вращения. В роторе имеются полости для смещения центра тяжести к оси вращения. Пластина 3 скользит вдоль прорези в стенке камеры и при этом плотно прижимается к внешней поверхности ротора пружиной. Газ всасывается через впускное отверстие 4 и выталкивается через клапан 5, состоящий из шарика, прижатого пружиной, в масло 6, которым залита коробка насоса.
Рис.1. Принципиальная схема пластинчато-статорного механического насоса. Процесс откачки происходит следующим образом. Положение A - ротор находится в исходном состоянии. Положение B - ротор подвинулся вниз, и в камере создается разряжение со стороны впускного отверстия. Через это отверстие газ поступает из откачиваемой системы. Одновременно происходит сжатие газа в сторону выпускного клапана. Положение C - происходит дальнейшее всасывание газа из вакуумной системы и выход сжатого газа через выпускной клапан. У лучших одноступенчатых насосов полное остаточное давление зависит от состава и состояния масла и достигает (1-5) -2 мм рт.ст. Гораздо лучшие показатели имеют двухступенчатые насосы, у которых выход первой ступени соединен со входом для второй. Ротор вращается со скоростью несколько сотен оборотов в минуту. Места соприкосновения внутренней поверхности цилиндрической камеры с ротором и пластиной должны быть хорошо смазаны. Для этого вся рабочая часть насоса помещается в коробку, в которую наливается масло. 5
Устройство и работа механического насоса 2НВР-5ДМ В данной задаче для предварительной откачки до давления 10 -2 -10
-3 мм. рт.ст. используется механический насос 2НВР-5ДМ, относящийся к типу двухступеньчатых пластинчато-роторных. Рис. 1а. Схема механический насос 2НВР-5ДМ. Внутри цилиндрической расточки корпуса 1 эксцентрично расположен цилиндрический ротор 2. В пазу ротора размещены две пластины 8 и 9 с пружиной 7 между ними. При вращении ротора пластины центробежными силами и силой упругости пружины прижимаются к внутренней расточке корпуса и делят серпообразную полость между ротором и расточкой корпуса на две полости. При вращении вала объем одной полости периодически увеличивается и в нее всасывается газ; в это же время объем другой полости периодически уменьшается и в ней происходит сжатие газа. В двухступенчатых насосах для уменьшения потерь между первой и второй ступенями их соединяют каналом а. Клапан 6 на линии нагнетания второй ступени погружен в основной масляный резервуар 10. В двухступенчатых насосах геометрические размеры ступеней одинаковы, но пластины смещены одна относительно другой на 90°.
6
Сорбционные насосы Действие сорбционных насосов основано на поглощении откачиваемого газа поверхностью поглотителя (сорбента). Рис. 2. Схема сорбционного насоса с охлаждением жидким азотом. В качестве поглотителя используются пористые вещества с сильно развитой поверхностью (цеолит, активированный уголь и др.), охлажденные до низкой температуры. Насосы с пористыми сорбентами обычно применяются для создания предварительного разряжения, но могут использоваться при соответствующем выборе поглотителя и конструкции насоса, и в качестве высоковакуумных насосов. Сорбционный насос представляет собой цилиндрическую капсулу, заполненную сорбентом (рис.2).
откачки производится погружением насоса в сосуд Дьюара, заполненный жидким азотом. Насыщенные газами пористые сорбенты после прогрева практически полностью восстанавливают свои сорбционные свойства (происходит регенерация сорбента) и поэтому могут использоваться без замены в течение продолжительного времени. Основным конструкционным материалом сорбционных насосов является нержавеющая сталь. Уплотняемый профиль разъемных вакуумных соединений насосов и большинства узлов агрегата – канавочно-клиновой с алюминиевыми или медными уплотнителями. Отличительной особенностью сорбционных насосов является отсутствие рабочей жидкости, это позволяет применять их в тех случаях, когда 7
недопустимо проникновение в откачиваемый объем паров рабочей жидкости или продуктов ее разложения. По той же причине сорбционные насосы могут присоединяться к откачиваемому объему без промежуточных вентилей и ловушек, благодаря чему эффективно используется полная быстрота откачки насоса. Сорбционные насосы бесшумны в работе, не требуют непрерывной работы системы предварительной откачки и, как правило, имеют малое время запуска и остановки. С другой стороны, сорбционные насосы малоэффективны при откачке с большим содержанием органики (резины, масел и т. п.), инертных газов. 1.2.2. Высоковакуумные насосы Высоковакуумные пароструйные (диффузионные) насосы (рис. 3) являются наиболее простыми и надежными средствами откачки, позволяющими создавать низкие давления от 10 -2 до 10
-9 Ра.
Рис.3. Схема пароструйного насоса. Простейший диффузионный насос (рисунок 3) состоит из кипятильника 1, диффузионного сопла 2, закрепленного на паропроводе 6, холодильника 4, впускного и выпускного патрубков 3 и 5. Пары рабочей жидкости из кипятильника проходят по паропроводу через зонтичное сопло и конденсируются на стенках насоса, охлаждаемых холодильником. За время движения пара от конца сопла до стенок насоса в струю пара диффундирует откачиваемый газ. После конденсации образовавшейся парогазовой смеси выделившийся газ откачивается через выпускной патрубок насосом предварительного разрежения, а сконденсированный пар стекает по стенкам насоса в кипятильник через зазор между паропроводом и корпусом насоса.
8 Обычно диффузионные насосы делают трехступеньчатыми (Рис.4.).
Рис.4. Схема трехступенчатого диффузионного насоса. К рабочим жидкостям пароструйных насосов предъявляются следующие требования: 1. минимальная упругость паров при комнатной температуре и максимальная при рабочей температуре в кипятильнике; 2. стойкость к разложению при нагревании; 3. минимальная способность растворять газы; 4. химическая стойкость по отношению к откачиваемым газам и по отношению к материалам насоса; 5. малая теплота парообразования. Минимальная упругость паров при комнатной температуре требуется для получения наименьшего предельного давления насоса. Максимальное давление паров при рабочей температуре кипятильника увеличивает выпускное давление насоса и уменьшает требуемую мощность подогревателя. Стойкость к разложению рабочей жидкости при нагревании влияет на срок службы рабочей жидкости и максимальное выпускное давление. Растворимость газов в рабочей жидкости приводит к увеличению обратного потока газов через сопло вместе с паровой струей. Химическая стойкость 9
определяет срок службы рабочей жидкости и накладывает ограничения на выбор конструкционных материалов насосов. При малой теплоте парообразования требуется меньшая мощность подогревателя насоса. 1.2.3.
Сверхвысоковакуумные насосы Магниторазрядный насос
жүктеу/скачать 2.28 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|