Вакуумная техника
Криогенные насосы создают вакуум, удерживая газы на охлаждённых поверхностях. Разбираем устройство криопанелей, различие скорости откачки и ёмкости, а также задачи, для которых используют такую схему.
Криогенный насос входит в состав системы вакуумирования. В отличие от насосов, которые переносят газ из камеры к выпуску, он связывает молекулы на холодных поверхностях внутри своего корпуса.
В этой схеме сочетаются два механизма. Криоконденсация удерживает газ в виде конденсата на охлаждённых панелях. Криосорбция связывает молекулы на поверхности адсорбента — например, активированного угля. Так откачивают газы, которые не конденсируются на криопанелях при рабочей температуре.
Давление в вакуумной технике может выражаться в торр. Единица названа в честь Эванджелисты Торричелли; в практических расчётах 1 торр соответствует 1 мм рт. ст.
Основные элементы — вакуумный корпус с присоединительным фланцем, криопанели и криоголовка. Фланец соединяет насос с рабочей камерой, а тепловые связи с криоголовкой обеспечивают охлаждение панелей.
В двухступенчатой конструкции входная решётка задерживает водяной пар и часть газовых примесей. Остальные газы проходят к более холодным поверхностям второй ступени. Для гелия, водорода и неона предусмотрен адсорбент.
| Элемент | Температура в описываемой схеме | Назначение |
|---|---|---|
| Входная решётка | 80 К | Конденсация водяного пара; проход остальных газов к следующей ступени. |
| Криопанели второй ступени | 15 К | Удержание газов на более холодных поверхностях. |
| Активированный уголь | В холодной зоне второй ступени | Криосорбция гелия, водорода и неона. |
Температуры относятся к описанной двухступенчатой схеме. Для конкретного насоса рабочие температуры и допустимую тепловую нагрузку сверяют с его документацией.
Холодильная система использует гелий в замкнутом контуре. Компрессор подаёт сжатый газ к криоголовке, где холодильный цикл обеспечивает охлаждение ступеней. От них холод передаётся криопанелям через тепловые связи.
Скорость откачки характеризует объём газа, откачиваемый за единицу времени, и обычно указывается в литрах в секунду. У крионасоса она зависит от вида газа: значения для водяного пара, азота и водорода различаются.
Поэтому при сравнении насосов важно сопоставлять данные для одного и того же газа. Высокую скорость по водяному пару нельзя автоматически переносить на кислород, азот или водород. Размер присоединительного фланца также не заменяет газоспецифическую характеристику насоса.
Ёмкость описывает количество газа, которое насос способен удержать до заданного снижения скорости откачки. Её выражают произведением давления на объём — например, в бар·л — и указывают для определённого газа.
Скорость отвечает на вопрос «насколько быстро идёт откачка», а ёмкость — «сколько газа можно удержать до регенерации». Эти параметры нужно рассматривать вместе.
По мере накопления газа характеристики меняются. Для восстановления работоспособности проводят регенерацию: удержанный газ удаляют, после чего насос вновь охлаждают. Интервал между регенерациями определяют по газовой нагрузке, ёмкости и требованиям процесса, а не по единому сроку для всех установок.
Насос можно присоединить непосредственно к рабочей камере. При подборе учитывают доступ газа к криопанелям, геометрию соединения и фактические условия откачки.
Крионасосы используют в процессах, где требуется глубокий вакуум и важно исключить поступление масла от откачивающего механизма в рабочую камеру.
Начните с состава газа и рабочего цикла установки. Затем сопоставьте скорость откачки, ёмкость и условия подключения конкретной модели.
Криогенная откачка сочетает удержание газа на холодных панелях и сорбенте. Подходящий насос выбирают по газам и режиму работы всей системы; одного значения производительности для этого недостаточно.
Характеристики моделей KDCP-10L, KDCP-12L и KDCP-16 доступны на страницах оборудования. Нажмите на изображение, чтобы открыть соответствующую модель.
Разделы насосов, криорефрижераторов, гелиевых компрессоров и ожижителей гелия PRIDE Cryogenics.
Укажите состав газа, требуемое давление, объём камеры, параметры фланца и длительность рабочего цикла. Эти данные помогут обсудить выбор насоса и его включение в вакуумную систему.
