Теоретические основы процесса откачки

Основные определения вакуумной техники(Схема2) Простейшая вакуумная система состоит из: Сосуда(1), манометрических преобразователей(2), вентиля или крана(3), трубопровода(4), насоса(5). До начала работы насоса, давление во всей вакуумной системе одинаково и газ неподвижен. С началом работы насоса начинается перемещение газа от вакуумной камеры по трубопроводу в насос, причем количество газа в вакуумной системе неприрывно уменьшается, а т.к. объем системы и температура газа остаются постоянными происходит понижение давления в вакуумной системе. Давление Рн (давление на входе в насос) становится ниже, чем давление Р (на входе откачиваемого сосуда). Т.о. создается перепад (разность давлений) Р-Рн, которая обусловлена наличием в системе трубопровода, крана и других элементов, оказывающих сопротивление прохождению потоков газа. Разность Р-Рн называют движущей разностью давлений. В связи с различием в быстроте снижения давления в откачиваемом сосуде и у входа в насос различают понятия быстроты откачки сосуда и быстроте откачиваемого действия насоса. Быстротой откачки (эффективной быстротой откачки) Soназывают объем газа, поступающий в единицу времени из сосуда в трубопровод. При данном давлении в откачиваемом сосуде. Тогда, мы можем это выразить:

(2.1) Быстротой откачивающего действия или быстротой действия вакуумного насоса Sн при данном впускном давлении называется объем газа поступающий работающий насос в единицу времени при этом давлении. (2.2) По аналогии Soи Sможно говорить что быстрота действия вакуумной системы в любом сечении трубопровода будет равна: Поскольку, в вакуумной системе отсутствуют течи и газовыделение, то количество газа, протекающего в единицу времени в любом сечении трубопровода может быть определено, как произведение давления на эффективную откачку в этом трубопроводе: (2.3) Это количество газа, протекающее во входящем сечении вакуумного насоса называют производительностью насоса.

Т.к. во всех сечениях трубопровода, соединяющий откачивающий сосуд, поток газа одинаков, то можно написать: (2.4) В целях получения более наглядного представления происходящего при откачке проводят аналогию между вакуумной системой и электрической цепью. При этом разность Р-Рн – это как разность потенциалов, поток газов Q–это сила тока, а частное отделение разности давления на поток называется сопротивлением трубопровода W. И при этом при расчетах чаще пользуются формулой:

(2.5) Q – проводимость вакуумной системы м³/с; л/с.

29)Испарительные геттерные насосы. Испарительные геттерные насосы относятся к сорбционным насосам, в которых, поглощение газов осуществляется за счет физической адсорбции, хемосорбции, химических реакций и растворения газов в пленке металлического геттера, создаваемой методом термического испарения. В качестве геттера в таких насосах может быть, вообще говоря, использован любой активный металл, применяемый для распыляемых геттеров в электровакуумных приборах; однако из условий эксплуатационного удобства в промышленных насосах применяется пока только титан. Виспарительных геттерных насосах в качестве поглотителей могут быть использованы многие химически активные металлы.

Принцип действияиспарительных геттерных насосов основан на физическом и химическом связывании газов на поверхности и в объеме активных веществ - геттеров. В качестве геттеров могут быть использованы пленки титана, бария, циркония и других химически активных металлов. Обновление пленок производят путем термического испарения соответствующего металла и последующего осаждения его на охлаждаемой поверхности стенок корпуса насоса или на специальные металлические листы, поме щенные в вакуумной камере.

Нижний предел рабочего давленияиспарительных геттерных насосов определяется в основном чистотой используемого геттерного материала, равновесным давлением газов над поверхностью сорбирующей пленки активного металла и эффективностью связывания или отвода из насоса трудносорбируемых инертных газов и углеводородов.

Отечественной промышленностью выпускается целая серияиспарительных геттерных насосов различных типов.

Сверхвысоковакуумный орбитронный насос СОН-А-1 также является разновидностьюиспарительных геттерных насосов. В нем, вследствие создания условий для более эффективной ионизации остаточных газов, наряду с низкотемпературным охлаждением жидким азотом повышена быстрота откачки инертных газов.

С этой же целью в ряде конструкций устанавливают в рабочей камередополнительные титановые испарительные геттерные насосы или криосорбционные асосы, охлаждаемые жидким гелием.

В [1, 24] концепция оптимизации впервые получила количественное обоснование в приложении киспарительным геттерным насосам; сформулированный на этой основе в работе [102] критерий оптимизации состоит в требовании подобия функций пространственного распределения потоков газа и геттера по всей площади сорбирующих поверхностей. Наконец, в работе [100], подробно излагаемой в следующем параграфе, сделана попытка сформулировать общие принципы оптимизации НПД, предложена обобщенная математическая модель таких насосов и построена системна соответствующих критериев.

Механизм откачки отдельных газов в магниторазрядных насосах во многом сходен с механизмом, определяющим работуиспарительных геттерных насосов. Однако интенсивная ионизация и диссоциация молекул откачиваемого газа в газовом разряде делают магниторазрядный насос более эффективным средством откачки инертных газов, углеводородов и других сложных молекул.

Однако для этого требуется, чтобы геттер, обычно титан, содержал минимальные количества углерода и растворенных газов, особенно водорода. Так как в насосах откачиваемый газ удерживается внутри насоса, то для них в принципе не требуется постоянно действующая вспомогательная система форвакуумной откачки. Необходимо лишь создать предварительное разрежение до давления запуска, при котором возможна работа испарителя. Другими достоинствамииспарительных геттерных насосов является их бесшумность в работе, отсутствие вибрации, возможность для большинства конструкций работать при любой ориентации.

Наиболее широко в адсорбционных насосах для охлаждения сорбента используется жидкий азот. Он является наиболее доступным, дешевым и удобным в обращении хладагентом. Однако охлаждение адсорбентов до температуры 77К явно недостаточно, чтобы эффективно поглощать такие газы, как водород, неон и гелий. С целью уменьшения парциального давления этих газов вакуумные системы перед включением в работу адсорбционных насосов либо промывают сухим азотом, практически свободным от указанных выше плохоадсорбируемых газов, вытесняя таким образом воздух, либо предварительно вакуумируют, например механическими насосами. В том случае, когда в процессе откачки системы адсорбционным насосом возможно большое газоотделение водорода, его поглощение может быть осуществленоиспарительным геттерным насосом.

30)Скорость абсорбции. АДСО́РБЦИЯ (от лат. ad — на, при и sorbeo — поглощаю), поглощение какого-либо вещества (адсорбата) из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твердого тела (адсорбентом). Различают два вида адсорбции: физическую и химическую (хемосорбцию). Менее прочная физическая адсорбция не сопровождается существенными изменениями молекул адсорбата. Она обусловлена силамимежмолекулярного взаимодействия, которые связывают молекулы в жидкостях и некоторых кристаллах и проявляются в поведении сильно сжатых газов. Существенное отличие физической адсорбции — ее обратимость. При хемосорбции молекулы адсорбата и адсорбента образуют химические соединения. Часто адсорбция обусловлена и физическими и химическими силами, поэтому не существует четкой границы между физической адсорбцией и хемосорбцией.

Явление адсорбции связано с тем, что силы межмолекулярного взаимодействия на границе раздела фаз нескомпенсированы, и, следовательно, пограничный слой обладает избытком энергии – свободной поверхностной энергией. В результате притяжения поверхностью раздела фаз находящихся вблизи нее молекул адсорбата свободная поверхностная энергия уменьшается, т.е. процессы адсорбции энергетически выгодны. Адсорбция всегда является экзотермическим процессом, т. е. протекает с выделением теплоты адсорбции Hs.

Значения энтальпии физической адсорбции достаточно велики (порядка 10 ккал/моль) из-за слабых атомных взаимодействий. Физическая адсорбция легко обратима, поэтому, например, в случае адсорбции газа, достаточно легко может осуществиться замена адсорбированного слоя газа другим газом. Это явление называется обменной адсорбцией.

Процесс адсорбции заканчивается установлением адсорбционного равновесия между адсорбентом и адсорбатом. Условием равновесия является равенство химических потенциалов обеих фаз. С ростом температуры или давления адсорбата в объеме увеличивается частота попаданий молекул адсорбата на поверхность адсорбента; пропорционально ей возрастает скорость адсорбции и увеличивается равновесное количество адсорбированных молекул. Кривые зависимости равновесной адсорбции от температуры или давления адсорбата называются, соответственно, изобарой и изотермой адсорбции.

Поиск по сайту: