Высоковакуумные адсорбционные насосы
Насосы предварительного разрежения способны снизить давление в откачиваемом объеме от атмосферного до 104—105 мм. рт. ст., но не пригодны для обеспечения низкого динамического давления в области высокого вакуума. Для получения высокой и устойчивой скорости откачки высоковакуумного насоса необходимо обеспечить беспрепятственный подвод откачиваемого газа к адсорбенту, который для этой цели располагают слоем толщиной в несколько зерен. Наименьшим сопротивлением подводу газа обладает насос с адсорбентом, расположенным на внешней поверхности сосуда с хладагентом. Это приводит к нарушению самого важного требования к адсорбционному насосу — полноты охлаждения адсорбента. Лучистое тепло от стенок установки, а в области давлений выше 105 мм рт. ст. и молекулярная теплопроводность газа приводят к сильному нагреву адсорбента и соответственно — к резкому снижению адсорбционной способности. Конструкция адсорбционного насоса должна обеспечить в первую очередь полное охлаждение адсорбента, так как стабильность скоростной характеристики насоса обеспечивается динамической адсорбируемостью газа.
Эффективного охлаждения адсорбента можно добиться обеспечением хорошего теплового контакта между адсорбентом и охлажденной поверхностью (что характерно для криопанелей) или размещением слоя адсорбента внутри охлаждаемой полости, причем входное отверстие можно закрывать жалюзной ловушкой. Последнее конструктивное решение наиболее характерно для высоковакуумных адсорбционных насосов, охлаждаемых жидким азотом.
Одна из первых конструкций насосов такого типа изображена на рис. 50. Отсутствие радиационной защиты (жалюзная ловушка) на входе приводит к заметному нагреву адсорбента и соответственно к уменьшению адсорбируемости.
Достаточно прост по конструкции вертикальный насос, входной фланец которого обращен вниз. Насос такого типа имеет большой запас жидкого азота, достаточный для работы в течение 1—2 суток. Нагреватель, встроенный в азотный бачок, упрощает и ускоряет температурную регенерацию адсорбента непосредственно в насосе. Тщательная полировка поверхностей и установка отражающих экранов вокруг азотного бачка позволили снизить эксплуатационный расход жидкого азота до 0,06 л/ч.
Рис. 1. Высоковакуумный горизонтальный адсорбционный насос: 1 — корпус; 2 — азотный бачок; 3 — слой адсорбента; 4 — нагреватель;5 — вентиль к насосу предварительного разрежения.
Рис. 2. Вертикальный насос: 1 — корпус; 2 — азотный бачок; 3 ~— слой адсорбента 4 — радиационные экраны; 5 —- нагреватель; 6 — входная ловушка с упорами
Более простая конструкция насоса разработана и опробована автором. Азотный бачок выполнен из двух тонкостенных (толщина 1 мм) труб с небольшой разностью диаметров (10—20 мм) и сварен непосредственно с тонкостенным корпусом насоса, который является одновременно температурной развязкой. Материалом тонкостенных труб служит сталь Х18Н10Т. Внешняя теплоизоляция из пенопласта позволяет избежать контакта азотного бачка и корпуса насоса с окружающим воздухом.
Испарившийся азот проходит через зазор между корпусом и теплоизоляцией и «отдает» часть своего «холода», в результате чего уменьшается эксплуатационный расход хладагента.
Заполнение насоса жидким азотом происходит через съемную крышку в верхней части теплоизоляции. ............
