Адсорбційні насоси

Цеолітові вакуумні насоси відносяться до адсорбційних насосів. Їх принцип дії заснований на фізичній адсорбції газу кристалічними пористими алюмосилікатами, що отримали назву молекулярних сит або штучних цеолітів. Цеоліт є невеликими пористими гранулами приблизно однакового розміру. Діаметр пір постійний для цеоліту певного типу, але змінюється від типу до типу. Промисловістю випускаються цеоліти типів ЗА, 4А, 5А, 10Х і 13Х. З них цеоліт мазкі 5А володіє найбільшою сорбційною місткістю по відношенню до повітря. Діаметр його пір рівний 0,5 нм, а внутрішня поверхня приблизно в 40 000 разів перевищує зовнішню поверхню гранули.

Найбільш поширений насос ЦВН-1-2, схематично показаний на рис. 2.14. Насос є балоном, заповненим цеолітом і пристосований для охолоджування рідким азотом. У балон, утворений зовнішнім металевим циліндром 7, внутрішнім циліндром 2 і закритий нижнім кільцевим днищем 3 і двома верхніми сферичними днищами 4 і 5, до верхнього краю внутрішнього циліндра засипаний цеоліт, зазвичай мазкі 5А. У насос ЦВН-1-2 поміщається 1 кг цеоліту. Патрубком 6 балон з'єднується з фланцем 7, яким насос приєднується до вакуумної системи. З метою зниження теплопровідності нижня частина патрубка на довжині 30–40 мм стоншується до 0,3–0,5 мм. У середній частині патрубка розташовується патрубок 8, що закривається гумовою пробкою 9. Балон насоса поміщається в судину Дьюара 10. При заповненні судини Дьюара рідким азотом і охолоджуванні цеоліту він сорбував газ, що поступає з відкачуваної судини. Завдяки патрубку 11 запобігає утворення газової пробки у внутрішній порожнині, що сприяє ефективному охолоджуванню цеоліту.

Рис. 2.14. Цеолітовий вакуумний насос ЦВН-1-2:

1 — зовнішній циліндр; 2 — внутрішній циліндр; 3 — днище;

4,5 — верхнє днище; 6,8,11 — патрубоки; 7 — фланець; 8 — патрубок;

9 — пробка; 10 — судина Дьюара

Цеолітовий насос комплектується піччю (на рисунку не показана), яка встановлюється на місце судини Дьюара при регенерації цеоліту в насосі. Піч є двухстінковим стаканом, між стінками якого розташований дротяний нагрівач. Насос приєднується до вакуумної системи через вакуумний клапан.

Цикл роботи цеолітового насоса наступний. При закритому клапані, що сполучає його з вакуумною системою, проводять регенерацію, тобто відновлення сорбційної активності цеоліту. Регенерація цеоліту відбувається при прогріванні його при температурі 500 °С протягом 3-х годин. Після регенерації насос охолоджується до температури мінус 196 °С. Після охолоджування цеоліту насос здатний проводити відкачування. При насиченні цеоліту відкачуваним газом проводять його повторну регенерацію, для чого насос заздалегідь відділяється клапаном від відкачуваної судини.

Цеолітові вакуумні насоси серійного виробництва призначені для попереднього відкачування від атмосферного тиску систем з магніторозрядними або гетерно-іонними високовакуумними насосами, а також для самостійного низьковакуумного відкачування систем, в яких не допускається присутність пари робочої рідини насосів.

Часто відкачувана камера забезпечується двома цеолітовими насосами. Це забезпечує безперервність відкачування: тоді як один з насосів відкачує об'єм, в іншому проводиться регенерація цеоліту.

Для характеристики окремих цеолітових насосів неприйнятне поняття швидкості дії. Вони характеризуються сорбційною місткістю. Цеолітовому насосу, як і будь-якому адсорбційному насосу, властиве насичення, тобто можливість поглинання цілком певної кількості газу при заданому тиску. Тому для досягнення заданої величини тиску відкачуваний об'єм не може перевищувати цілком певної величини. Так, наприклад, за допомогою насоса ЦВН-1-2 у камері об'ємом 100 л після відкачування від атмосферного тиску створюється залишковий тиск не більше 6,6 Па. У складі залишкового газу переважають інертні гази і абсолютно відсутні вуглеводні. Час відкачування при 30-хвилинному попередньому охолоджуванні насоса не перевищує 1 години.

3.5.3 Кріогенні(конденсаційні насоси)

Робота кріогенних (конденсаційних) насосів основана на конденсації газів та парів на поверхні твердих тіл, охолоджених до дуже низьких температур.

Для відкачки азоту, кисню, аргону або СО₂ температуру стінок камери необхідно понизити до температури кипіння водню Т = 20,4 К. Для отримання більш низьких тисків у насос заливають рідкий гелій, температура кипіння якого при атмосферному тиску становить 4,2 К (-296 ^оС). При такій температурі всі гази знаходяться у рідкому і твердому станах.

Рисунок 3.41 – Кріонасос з малими витратами гелію

Граничний тиск гелієвого насосу складає Р_гр = 10^-13 Па. Найбільш високий вакуум, який можна отримати – отримують гелієвим насосом.

При довгій роботі конденсаційних насосів на охолодженій поверхні утворюються шари конденсату, які необхідно видаляти шляхом прогрівання до кімнатної температури з одночасною відкачкою допоміжним насосом.

Дата добавления: 2015-07-20