Лекция №8
На рис. 8.1 представлен эжекторный насос. Камера смешения 5 теплоизолирована от корпуса. На выпускном патрубке имеется холодильник 6, охлаждаемый проточной холодной водой. Сконденсировавшийся на стенках холодильника пар, обеспечивающий непрерывную циркуляцию рабочей жидкости в насосе, стекает в кипятильник по тубопроводу 7.
На рис. 8.2 представлен диффузионный насос. Пары рабочей жидкости из кипятильника 1 проходят по паропроводу 6 через зонтичное сопло 2 и конденсируются на стенках насоса, охлаждаемым холодильником 4. За время движения пара от конца сопла до стенок насоса в струю пара диффундируют молекулы откачиваемого газа. После конденсации парогазовой смеси выделившийся газ откачивается через выпускной фланец 5 насосом предварительного разряжения, а сконденсировавшийся пар стекает по стенкам насоса в кипятильник через зазор между паропроводом и корпусом насоса.
Предельное давление обусловлено обратным потоком рабочей жидкости из насоса в откачиваемый объект (вакуумную камеру): его можно уменьшить, если поставить на его пути ловушки.
В качестве рабочей жидкости в пароструйных насосах применяют ртуть, минеральные масла, эфиры, кремнеорганические жидкости.
8.1. Ионные вакуумные насосы
Направленное движение предварительно заряженных молекул газа под действием электрического поля является основой работы ионных насосов. Газ, поступающий в насос, ионизируется в пространстве 1, затем с помощью электродов 2, к которым приложена разность потенциалов U, направляется к выходному патрубку. Здесь ионы нейтрализуются и откачиваются насосом предварительного разряжения.
Основной недостаток – трудность обеспечения эффективной ионизации газа при низких давлениях, что препятствует промышленному применению таких насосов.
8.2. Испарительные насосы
Поглощение газов происходит за счет физической адсорбции, хемосорбции и химической реакции поверхностью, образующейся при конденсации термически испаряемого металлического геттера (рис 8.4). В качестве геттера используют любой активный металл (например, Тi). Для образования пористой пленки с высокими сорбционными свойствами скорость конденсации испаряемого металла должна быть высока. Поэтому стенки крупных насосов охлаждаются водой. Чтобы улучшить процесс прилипания газа, напыляемую газовую пленку охлаждают до температуры жидкого азота.
На рис. 8.5 представлена конструктивная схема подогревательного испарителя. Он представляет собой оболочку в виде сферы из активного металла (титан), внутри которого вставлен проволочный нагреватель из молибдена. Температура оболочки составляет 11500С, при этом максимальная скорость испарения титана 1 мг/с. Титан образует прочные нелетучие соединения почти со всеми газами за исключением инертных и углеводородов. Поэтому применение испарительных насосов неэффективно при откачке органических соединений и инертных газов.
Предельное давление испарительных насосов составляет 10-7 Па, а при охлаждении активной пленки до 77 К оно составит 10-11 Па. При использовании испарительных насосов желательно обеспечить предварительную откачку до давления 10-1 Па с помощью адсорбционных или паромасляных насосов с эффективными ловушками.
Остаточное давление испарительного насоса определяется газовыделением из распыляемого геттера и элементов конструкции насоса.
Достоинства
этого типа насоса следующие:
1) отсутствие рабочей жидкости (вакуум получается свободным от углеводородных соединений);
2) не требует охлаждаемых ловушек на входе;
3) бесшумны, нет вибрации.
К недостаткам насоса следует отнести необходимость периодического удаления слоя напыленного титана с экрана.