В.В. Веденеев, Л. К. Куцый, Е.В. Жировов., В. А. Кобзев

                          АО «Криогенмонтаж»

                          г. Москва, Староваганьковский переулок, д.23, стр.1.

Насос криоадсорбционный с сферическим модулем предназначен для создания и поддержания без масляной остаточной среды в вакуумных полостях различных установок при натеканиях не более 1,33∙10^-2 Па∙м³/с и для использования в качестве блок-приставок к масс-спектрометрическим течеискателям с целью уменьшения порога чувствительности течеискателя. Криоадсорбчионные насосы устанавливаются на магистрали между испытуемым изделием и входным патрубком течеискателя. Криоадсорбционный насос обеспечивает откачку всех компонентов потока газа, поступающего от изделия в течеискатель, кроме гелия, водорода и неона. При этом остаточное давление в масс-спектрометрическом анализаторе течеискателя существенно снижается, что обеспечивает уменьшение фонового сигнала. В установках для проведения испытания на герметичности можно использовать один или два насоса (соединяя их параллельно или последовательно). Испытания проводятся в динамическом режиме накопления. При проведении испытаний на герметичность с применением селективных средств откачки способом «щупа», пороговая чувствительность течеискателя составила менее 1,33∙10^-9 Па∙м³/с.

В данной работе представлены описания криоадсорбционного насоса с сферическим модулем и его экспериментально определенные технические параметры.

Насос состоит из сферического модуля 7, который на тонкостенной трубке подвешен в центре сферического корпуса 1. Трубка выполняет функцию теплового сопротивления, препятствуя благодаря малому сечению и малой теплопроводности переносу тепла со стороны неохлажденного корпуса на хладагент. Корпус сварен из медных полусфер, полученных путем выдавливания из листовой меди М1. Модуль снабжен пробкой 4, через которую можно производить замену адсорбента. Для эффективной теплоизоляции рабочего слоя адсорбента сосуд для хладагента окружен охлаждаемым пористым экраном. Пористый экран выполнен из высокотеплопроводного материала, спекается из медных гранул и имеет сферическую форму. Эффективность пористого экрана обусловлена сочетанием следующих факторов высокой теплопроводностью, компактностью оптической плотностью, возможностью создания теплового контакта между экраном и адсорбентом. Адсорбент 2 в таком кармане находится как бы в изотермической полости, защищенной от теплового излучения извне, поскольку экран имеет высокую теплопроводность и его температура при охлаждении от хладопровода имеет значение близкое к температуре используемого хладагента. Единственный источник тепла, которое может повысить температуру адсорбента – это теплота адсорбента. Экран с помощью экваториального ребра крепится к сосуду для хладагента. Ребро 3 выполняет функцию теплового моста для передачи тепла от экрана к хладагенту. Ребро изготовлено из меди и имеет толщину 3∙10^-3м. Толщина сферического слоя адсорбента составляет 2,5∙10^-2м. Корпус насоса имеет два диаметрально расположенных патрубка для включения его в систему течеискания, которая укомплектовывается двумя насосами, работающими попеременно, обеспечивая непрерывность работы системы в целом. Давление в объеме насоса измеряется манометрическим преобразователем, установленным в грибковое уплотнение 5.

Собственная быстрота действия, которую может обеспечить сферический модуль 7 в диапазоне давления 10^-3≤Р≤1Па, составляет 0,053м³/с при откачке азота, 0,043 м³/с при откачке кислорода и 0,04 м³/с при откачке аргона. Быстроты действия откачки по азоту, кислороду и аргону соотносятся, так же как и проводимость по этим газам в молекулярном режиме течения. Этот факт дает основание предположить, что быстрота действия ограничена проводимостью пористого экрана. То есть быстрота действия по азоту, кислороду и аргону на много выше, чем проводимость экрана, который и нивелирует разницу в быстроте действия по этим газам.

Прикидочный расчет показывает, что эффективный коэффициент диффузии, определяющие быстроту действия адсорбционного насоса, у кислорода в 6 раз меньше, чем у азота, а у аргона в три раза меньше, чем у кислорода. Быстрота действия криадсорбционных насосов падает по мере насыщения адсорбента газом. На рис.2 показана зависимость быстроты действия криадсорбционного модуля от насыщения при постоянном давлении в объеме Р=2,6∙10^-2 Па.

Рис. Зависимость быстроты действия от насыщения при адсорбене азота.

Как следует из графика рис.2 по мере насыщения наблюдается небольшое падение быстроты действия модуля. Так, например, при насыщении 3% быстрота действия падает с 0,047 м³/с до 0,04м³/с. Отличительной особенностью конструкции этого насоса является простота, поскольку он фактически состоит из двух элементов: модуля и корпуса. В нем отсутствует теплозащитный экран, предохранительные устройства и ряд других узлов, необходимых для насосов другого целевого назначения.

Экспериментально определяемые технические параметры криоадсорбционного насоса с сферическим модулем представлен в таблице

Технические параметры	Ед. изм.	Криоадсорбционный насос
Диапазон работы давления	Па	100-10-3
Предельный вакуум	Па	6,65∙10-4
Быстрота действия при остаточном давлении Р ≤ 0,13	м3/с	0,05
Адсорбент, активный уголь		СКТ-4
Хладагент		Жидкий азот
Расход жидкости азота при остаточном давлении Р ≤ 0,13Па	кг/с	012
Масса жидкого азота на предварительное охлаждение	кг	3
Габаритные размеры	м	0,31х0,22х0,32
Масса насоса	кг	8,9

 

Выводы.

1. Представлены конструктивная схема и общее описание криоадсорбционного насоса с сферическим модулем. Отмечены его отличительные конструктивные и технологические особенности.
2. Экспериментально определены технические параметры насоса.
3. Установлено, что быстрота действия сферического модуля составляет 0,053 м³/с, 0,043 м³/с, 0,04 м³/с по азоту, кислороду и аргону соответственно.
4. Экспериментально определено, что по мере насыщения адсорбента газом быстрота действия падает. При адсорбции азота 5% насыщение приводит к падению быстроты действия на 14%.