Принципы работы криосорбционного (цеолитового) насосаПринцип действия адсорбционных насосов основан на способности предварительо обезгаженных твёрдых пористых тел поглощать газы и пары в основном за счёт адсорбции. Адсорбционные насосы нашли применение в системах безмасленной откачки как для создания предварительного разряжения, так и для получения и поддержания весьма низких давлений в высоковакуумных сосудах. В качестве адсорбента наибольшее распространение получили цеолиты, представляюие собой алюмосиликаты щёлочного или щёлочноземельного металла, природного или исскуственного происхождения Принцип действия основан на физической адсорбции газа кристаллическими пористыми алюмосиликатами, получившими название молекулярных сит или искусственных цеолитов. Цеолит представляет собой небольшие пористые гранулы примерно одинакового размера. Диаметр пор постоянен для цеолита определенного типа, но изменяется от типа к типу. Наиболее распространен насос ЦВН-1-2, схематично показанный на рисунке. Насос представляет собой баллон, заполненный цеолитом и приспособленный для охлаждения жидким азотом. В баллон, образованный внешним металлическим цилиндром 7, внутренним цилиндром 2 и закрытый нижним кольцевым днищем 3 и двумя верхними сферическими днищами 4 и 5, до верхнего края внутреннего цилиндра засыпан цеолит. В насос ЦВН-1-2 помещается 1 кг цеолита. Патрубком 6 баллон соединяется с фланцем 7, которым насос присоединяется к вакуумной системе. С целью снижения теплопроводности нижняя часть патрубка на длине 30–40 мм утончается до 0,3–0,5 мм. В средней части патрубка располагается патрубок 8, закрываемый резиновой пробкой 9. Баллон насоса помещается в сосуд Дьюара 10. При заполнении сосуда Дьюара жидким азотом и охлаждении цеолита он сорбирует газ, поступающий из откачиваемого сосуда. Благодаря патрубку 11 предотвращается образование газовой пробки во внутренней полости, что способствует эффективному охлаждению цеолита.
Цеолитовый насос комплектуется печью (на рисунке не показана), которая устанавливается на место сосуда Дьюара при регенерации цеолита в насосе. Печь представляет собой двухстенный стакан, между стенками которого расположен проволочный нагреватель. Насос присоединяется к вакуумной системе через вакуумный клапан. Цикл работы цеолитового насоса следующий. При закрытом клапане, соединяющем его с вакуумной системой, производят регенерацию, т. е. восстановление сорбционной активности, цеолита. Регенерация цеолита происходит при прогреве его при температуре 500 °С в течение 3-х часов. После регенерации печь заменяется сосудом Дьюара и насос охлаждается до температуры минус 196 °С. После охлаждения цеолита насос способен производить откачку. При насыщении цеолита откачиваемым газом производят его повторную регенерацию, для чего насос предварительно отделяется клапаном от откачиваемого сосуда. Цеолитовые вакуумные насосы серийного производства предназначены для предварительной откачки от атмосферного давления систем с магниторазрядными или геттерно-ионными высоковакуумными насосами, а также для самостоятельной низковакуумной откачки систем, в которых не допускается присутствие паров рабочей жидкости насосов. Следует обратить внимание на то, что предельное давление при откачке цеолитовым насосом атмосферного воздуха значительно выше, чем при откачке чистого азота или кислорода. Это связано с тем, что цеолит почти не откачивает неон, гелий и водород, которые следует удалять другим насосом. Адсорбционный цеолитовый насос позволяет создавать в объемах до нескольких сотен литров разряжение 10-1 – 10-2 мм.рт.ст. Для получения более низкого давления до 10-2 – 10-4 мм.рт.ст целесообразна последовательная работа двух и более насосов. При этом один из насосов охлаждается и откачивает газ как из объема реципиента, так и из объемов остальных еще не охлажденных насосов. После насыщения первый насос отключается, охлаждается следующий насос и т.д.
|
Рис. 2.14. Цеолитовый вакуумный насос ЦВН-1-2:
