Крионасосы (криостаты)

Типичная схема насоса представлена на рис. 7.2, а, внешний вид — на рис. 7.2, б. Конструктивно криопанели выполнены в виде дисков, змеевиков, систем оребрения и т.д.

Наиболее часто используемыми типами криоповерхностей являются змеевики из гладких труб или панели. Змеевики обладают рядом преимуществ. Они недороги, имеют наименьшее сопротивление откачиваемому потоку и наименьшую степень затенения, лучшее соотношение поверхности и массы, что позволяет обеспечить их быстрое охлаждение и отогрев с минимальными затратами электроэнергии.

Экран и жалюзи служат для снижения тепловых нагрузок на криопанель и охлаждаются до промежуточных температур.

Поверхность криопанели позолочена либо покрыта слоем полированного серебра или алюминия — для улучшения теплопередачи; материал панели — обычно медь.

Достоинства: обладают высокой скоростью откачки паров воды; откачивают все газы; имеют широкий диапазон входных рабочих давлений и практически неограниченный ресурс. Так как газы при атмосферном давлении занимают объем почти в 1000 раз больше, чем в твердой фазе, то насос может накапливать большое количество газа. Наиболее просты в эксплуатации; нет шума при работе и движущихся частей; обеспечивают высокую скорость откачки и абсолютно чистую «безмасляную» откачку. В том случае, если произойдет сбой в электропитании, в крионасосе в течение примерно 10 мин будет поддерживаться рабочая температура. При этом крионасос будет не только поддерживать вакуум, но и продолжать интенсивно работать. После включения электропитания крионасос автоматически запустится. Таким образом, кратковременные сбои в питании вообще не смогут повлиять на работу откачной системы.

Недостатки: насосы с автономными ожижителями и криогенераторами сложны и дороги в эксплуатации; в криостатах большой расход хладагента; хладагенты (за исключением азота) либо взрывоопасны (водород), либо дороги (неон, гелий). Необходима периодическая регенерация.

Основные области применения: имитаторы космического пространства, стенды испытания ракетных двигателей КА (объемом до 10000 м³); в качестве безмасляного средства откачки в металлургии чистых металлов, в технике вакуумного напыления и получения специальных оптических покрытий; в производстве электровакуумных и полупроводниковых приборов.

Обозначение: ГСВ-250 — гелиевый сверхвысоковакуумный, цифра — быстрота действия по воздуху, л/с; ВК-40 — (насос) водородный конденсационный, цифра — быстрота действия по воздуху, м³/с.

Cryo-Torr 100 производства CTI Cryogenics (подразделение компании Brooks Automation Inc., США), цифра — номер серии.

Характеристики: быстрота действия от 1,5 до 20 м³/с при рабочем давлении, предельное остаточное давление до 10^-8 Па, масса блока криооткачки 25-85 кг; время пуска 1,5-2 ч, рабочая температура 4-20 К.

Конденсационные высоковакуумные насосы — ресурс насоса определяется толщиной слоя твердого конденсата.

Конденсационные низкоковакуумные насосы — имеют сборники жидкого конденсата (т.е. он может периодически удаляться).

Объем камеры, откачиваемой одним насосом в зависимости от размера последнего, 10^-3-10² м³, для группы насосов -до 10⁴ м³.

Основные производители в России и СНГ: ООО «Вакрис», «Арсенал», ОАО «Кислородмонтаж», АО «Криокор-Норд» (все — г. С.-Петербург), ООО НТК «Криогенная Техника» и ООО СКБ «Термомеханика» (г. Омск), ОАО «Криогенмаш» (г. Балашиха Московской обл.).

Основные производители за рубежом: CTI Cryogenics (часть холдинга HELIX Technology Corporation — подразделение компании Brooks Automation Inc., г. Бостон, США), а также RIBER во Франции.