Ловушки вакуумные
Ловушки вакуумные
При высоких давлениях (более 102 Па) обратный поток паров рабочей жидкости задерживается встречным потоком откачиваемого газа, и в применении защитных устройств не возникает необходимости.
При более низких давлениях, когда длина свободного пробега молекул газа становится больше диаметра входного патрубка насоса, пары жидкости могут двигаться навстречу основному потоку и проникать в откачиваемый объем.
Если температура насоса выше, чем температура откачиваемого объекта, то обратный поток будет существовать до тех пор, пока вся рабочая жидкость насоса не переместиться в откачиваемый объем.
Для защиты откачиваемого объема от паров рабочей жидкости используются специальные устройства, называемые ловушками [3]. Ловушки представляют собой устройства, предназначенные для улавливания паров или газов в целях предотвращения или уменьшения их проникновения из одной части вакуумной системы в другую.
Обычно эффективность и качество ловушки оценивают по ее защитной способности, т.е. по обратному потоку и удельной проводимости.
Обратным потоком называют поток паров рабочей жидкости, который поступает из насоса в откачиваемый сосуд.
Удельной проводимостью ловушек Uyd называется отношение проводимости ловушки к площади ее входного отверстия.
Ловушки должны:
-
1) хорошо защищать откачиваемый сосуд от проникновения паров рабочей жидкости;
-
2) препятствовать снижению быстроты действия насоса (не более чем на 30 %);
-
3) иметь конструкцию, обеспечивающую легкий доступ к защитным элементам для их периодической очистки;
-
4) охлаждаемые ловушки должны обеспечивать малый расход
хладагента.
Основные типы вакуумных ловушек представлены в таблице 1.
Таблица 1.1
Типы вакуумных ловушек [2]
Тип ловушек
Наименование
Принцип действия
Механические
Водоохлаждаемая механическая ловушка
Конденсация паров рабочей жидкости на защитных элементах, охлаждаемых водой
Низкотемпературные охлаж
даемые
С хладагентом
С автономным микроохладителем
Конденсация паров рабочей жидкости на защитных элементах, охлаждаемых жидким азотом
Адсорбционные
Адсорбционные высоковакуумные
Избирательная сорбция углеводородов и других высокомолекулярных соединений
Водоохлаждаемые механические ловушки
Во многих случаях при работе с паромасляными диффузионными насосами, использующими рабочие жидкости с достаточно низким давлением насыщенных паров, для уменьшения обратного потока довольствуются тем эффектом, который получается от конденсации паров рабочей жидкости на защитных элементах механических ловушек, охлаждаемых проточной водой.
Простейшей механической ловушкой, служащей для уменьшения проникновения паров рабочей жидкости из паромасляных насосов, является колпачковый маслоотражатель. Он представляет собой колпачок, устанавливаемый над верхним соплом паромасляного насоса и охлаждаемый водой.
Рассмотрим конструкцию водоохлаждаемой механической ловушки (рис. 20).
-
Ловушка проста в изготовлении и имеет сравнительно большую удельную проводимость. Защитные элементы этой ловушки выполнены в виде уголков-шевронов при вершине 900, размещенных параллельно друг другу.
Низкотемпературные охлаждаемые ловушки
Для наиболее полной защиты откачиваемой системы от паров рабочей жидкости пароструйных насосов служат низкотемпературные ловушки, которые понижают давление пара рабочей жидкости до значения, соответствующего температуре охлажденных элементов ловушки.
Ловушки, охлаждаемые до низких температур, не только более надежно предотвращают проникновение паров рабочей жидкости в откачиваемый сосуд, но и улавливают пары и газы, имеющиеся в откачиваемом сосуде, тем самым снижая давление в нем. Для охлаждения чаще всего применяют жидкий азот.
Рассмотрим самую распространенную конструкцию цельнометаллической жалюзийной ловушки, охлаждаемой жидким азотом (рис. 21).
Защитные элементы 3 жалюзийных ловушек малых габаритов охлаждаются с помощью медного хладопровода 2, погружаемого в сосуд Дьюара 4 с жидким азотом.
Адсорбционные ловушки
Несмотря на то, что охлаждаемые ловушки обеспечивают достаточно надежную защиту откачиваемого сосуда от попадания паров рабочей жидкости, их несомненным недостатком является необходимость в постоянной подаче охлаждающего вещества.
Принцип действия сорбционных ловушек основан на сорбции паров масла поверхностью активированного пористого сорбента (активированный уголь, цеолит, оксид алюминия, силикагель, пористые металлы).
Особенность сорбционных ловушек — необходимость активации сорбента перед работой прогревом до Т = 600-700 К, а также необходимость периодической регенерации сорбента прогревом после насыщения маслом в процессе работы ловушки.
На рисунке 22 изображена простейшая сорбционная ловушка.
Существует много конструкций сорбционных ловушек с различными вариантами размещения сорбента и расположения нагревателя. Основное требование к конструкции ловушки — исключение возможности перемещения молекул масла без взаимодействия с сорбентом.
Отдельно следует выделить ловушки, используемые в форвакуумной части вакуумной системы. Ловушка эффективно защищает вакуумную систему от обратного потока паров масла, который появляется при работе обычного механического насоса, использующего маслянную смазку в своей рабочей камере. Благодаря этому обеспечивается более низкое давление, более чистая вакуумная система, что позволяет избежать загрязнения высоковакуумного насоса. Принцип действия ловушек основан на сорбции паров масла поверхностью активного пористого сорбента (цеолит, активированный уголь). В конструкции ловушки исключена возможность перемещения молекул масла без взаимодействия с сорбентом.
