13.2. Элементы вакуумных систем

К элементам вакуумных систем относятся разборные соединения, элементы соединений трубопроводов, электрические вводы, смотровые окна (иллюмина­торы), устройства для передачи движения, гибкие элементы и др.

Разборные вакуумные соединения относятся к числу наиболее ответственных узлов любой вакуумной системы. Это связано с тем, что потеря вакуумной плотности вакуумной системы чаще всего вызывается разгерметизацией раз­борного соединения.

При выборе конструкции разборного соединения для работы в конкретной вакуумной системе необходимо руководствоваться следующими характеристи­ками:

1. натеканием, т.е. количеством газа, проникающего в единицу времени в ва­куумный объем между поверхностями уплотнителя и элементом соединения, а также за счет проницаемости газа через материал "уплотнителя;

2. газовыделением с поверхностей уплотнителя и элементов соединения, со­прикасающихся с вакуумным объемом;

3. механической прочностью соединения;

4. термической стойкостью, т.е. способностью выдерживать многократные нагревы и охлаждения без нарушения герметичности;

5. химической стойкостью;

6. легкостью монтажа и демонтажа соединения и степенью сложности его из­готовления;

7. простотой проверки герметичности.

В зависимости от требований, предъявляемых к разрежению в вакуумной сис­теме, в разборных вакуумных соединениях могут быть использованы как неметаллические, так и металлические уплотнители.

13.3. Ловушки

Работа вакуумных насосов может сопровождаться рядом нежелательных явлений:

• проникновением паров рабочей жидкости из насоса в откачиваемый объ­ем;

• загрязнением насоса откачиваемыми веществами с высоким давлением насыщенных паров;

• потерей рабочей жидкости через выхлопной патрубок;

• утечкой откачиваемого газа.

Для ограничения этих явлений используют специальное сервисное оборудо­вание, которым в случае необходимости снабжаются насосы. К этому обору­дованию относят: ловушки, влагопоглотители, натекатели, конденсаторы, фильтры, уплотнители.

При высоких давлениях (более 10² Па) обратный поток паров рабочей жидкости задерживается встречным потоком откачиваемого газа, и в применении защитных устройств нет необходимости. При низких давлениях, когда длина свободного пути молекул газа становится во много раз меньше диаметра входного патрубка насоса, пары рабочей жидкости могут двигаться навстречу основному потоку и проникать в откачиваемую камеру.

Если температура насоса больше температуры откачиваемого объема, то обратный поток будет существовать до тех пор, пока вся рабочая жидкость не переместится в откачиваемый объем. Для защиты откачиваемого объема от паров рабочей жидкости применяют ловушки - устройства для парциальной откачки паров рабочей жидкости.

Требования к ловушкам:

• максимальные защитные действия на заданном сроке службы;

• минимальное сопротивление основному потоку откачиваемого газа;

• возможность регенерации;

• простота и удобство в эксплуатации.

В зависимости от принципа действия ловушки подразделяются на конден­сирующие, диссоциирующие (ионные) и сорбирующие.

Конденсирующие ловушки

Эти ловушки бывают с отражательным колпачком, кониче­ские дисковые, охлаждаемые стеклянные и охлаждаемые металлические.

На рис. 13.2, а представлена конденсирующая ловушка с отражательнымколпачком. Уменьшение обратного потока молекул (молекул рабочей жидко­сти) происходит за счет их отражения от отражательного колпачка. Ловушка применяется в составе масляного диффузионного насоса. Так, например, если обратный поток масляных паров составляет 1·10^-3 м³ /(см² · с) относительно поверхности зазора между соплом 1 и корпусом насоса, то при установке ловуш­ки на пути обратного потока величина обратного потока уменьшится до 1·10^-6 м³ /(см² · с).

Принцип работы конических дисковых ловушек такой же (рис. 13.2, б), что и у ловушек с отражательным колпачком, только вместо колпачка используются диски. Конические дисковые ловушки понижают обратный по­ток до 1·10^-6 м³ /(см² · с).

В охлаждаемых стеклянных и металлических ловушках (рис. 13.2, в, г) отражение и конденсация паров рабочей жидкости происходит на поверхностях, охлаждаемых до низких температур. Минимальная величина обратного потока составляет 6,9·10^-6 м³ /(см² · с).

Для охлаждения ловушек на температурном интервале от - 40 до - 70°С в системах защиты механических вакуумных насосов от попадания воды могут использоваться следующие хладагенты: лед + СаС1₂ (- 48°С), твердая углеки­слота со спиртом (- 78°С), хладоны (- 20°С), жидкий воздух (- 183°С), жидкий азот(-196°С).

Сорбирующие ловушки

К сорбирующим ловушкам относятся механические (рис.13.3, а) и адсорбционные (рис.13.3, б). Элемент 1 изготовлен из пористого материала (медный фильтр, тонкопористое и широкопористое стекло) (рис. 13.3, а). Регенерация невозможна, поэтому по истечении срока службы фильтр заменяется. Если фильтр изготовлен из не­ржавеющей стали, то его можно продуть атмосферным воздухом при температуре 300 ~500°С.

Элемент 1 изготовлен из адсорбирующих материалов (активированный уголь, цеолит, окись алюминия) (рис. 13.3, б). Регенерация от масла и воды про­изводится следующим способом: элемент 1 нагревают с помощью нагревателя 2 до 300…500⁰C. При этом во время этого процесса клапан 3 закрыт для защи­ты вакуумной системы.

Диссоциирующие ловушки

К этим ловушкам относят ионные ловушки (рис, 13.3, в). Принцип работы таких ловушек аналогичен работе ионных насосов. Создается разность потенциалов U = 3 кВ. Положительные ионы бомбардируют поверх­ность корпуса и разрушают поверхностную пленку масла. Это приводит к вы­делению водорода и полимеризации углеводородов в твердые вещества. Ох­лаждение корпуса и экрана производится водой.