Особенности эксплуатации различных сорбционных вакуумных насосов

Используемые в лаборатории цеолитовые агрегаты ЦВА-01-2 предназначены для получения предварительного разрежения в объемах не более 10 л безмасляным способом.

Как отмечалось в первой части (см. § 18), агрегат состоит из двух насосов, в каждом из которых находятся 100 г цеолита марки 5А, обладающего высокой Сорбционной емкостью по воздуху й одного водоструйного насоса ВВН-2-1. Предельное разрежение первой ступени (водоструйная часть) составляет 15 тор. Предельное разрежение всего агрегата 10^-4 тор. Насос ЦВА-01 представляет собой цилиндрический стакан с внутренним диаметром 32 и высотой 380 мм (рис. 101). Внутри стакана расположен сетчатый цилиндр диаметром 10 мм. Гранулы цеолита находятся между стенками этих двух цилиндров и охлаждаются извне жидким азотом.

При периодическом напуске в систему атмосферного воздуха необходимо учитывать возможность увеличения в объеме концентрации гелия и неона, равновесное давление которых над цеолитом определяет предельный вакуум. После насыщения цеолита необходимо провести его регенерацию, для чего на насос надевают электронагреватель. Цеолит прогревают до температуры 500—550° С в течение 3 ч. Воздух, находящийся в порах цеолита, удаляют из объема насоса через выпускной штуцер. При регенерации в течение 1—2 ч предельный вакуум, создаваемый агрегатом, хуже 10^-4 тор, что объясняется недостаточно полным удалением газа из пор цеолита. Во время регенерации одного насоса разрежение в системе поддерживается вторым насосом.

Для улучшения предельного вакуума, создаваемого цеолитовыми агрегатами,

промывают вакуумную систему газом, хорошо поглощаемым цеолитом, например сухим азотом. В этом случае парциальное давление неона и гелия уменьшается. Один из недостатков цеолитовых агрегатов — это низкая быстрота откачки по гелию. Это затрудняет поиск течей в вакуумной системе с помощью гелиевых тече-искателей, так как парциальное давление гелия при откачке системы цеолитовым насосом быстро возрастает. Положительное качество цеолитовых насосов — получение чистых условий в вакуумных установках, т. е. отсутствие загрязнения объема парами масла [151].

Особенности работы насоса СИН-5-4

Сорбционно-ионный насос СИН-5-4 состоит из следующих основных узлов (рис. 102): корпус, ионизатор и испаритель. В корпусе насоса вмонтировано окно, через которое можно наблюдать за распылением титана.

К внешней стороне корпуса приварен медный змеевик для охлаждения насоса водой. Испаритель представляет собой штабик, разогреваемый электронной бомбардировкой до температуры 2200° С. Электроны эмнттируются вольфрамовым катодом. Штабик, изготовленный из сплава Та — 95% и W — 5%, устойчивого к воздействию титана, находится под положительным потенциалом 600— 700 в относительно земли,

Распыление титана происходит при соприкосновении титановой проволоки с раскаленным штабиком. Титан подают на штабик специальным дозирующим механизмом. При скоростях испарения титана около 1 мг/мин средняя продолжительность работы насоса составляет 1000 ч. Общее количество распыленного титана за цикл работы насоса не должно превышать 60—80 г, иначе происходит отслаивание титановых пленок от стенок насоса, что повышает их температуру с выделением ранее сорбированных газов.

Обычно после включения испарителя происходит кратковременное повышение давления в насосе из-за газовыделения с нагреваемых деталей. Затем давление быстро уменьшается и достигает 10^-10 тор, если система хорошо обезгажена прогревом.

Быстрота откачки насоса СИН-5-4 неодинакова для различных газов: по водороду 5000 л)сек, по аргону только 35 л)сек. Величина быстроты откачки инертных газов зависит от плотности и равномерности напыления слоя титана, который «замуровывает» атомы инертных газов. Предельный вакуум, создаваемый насосом СИН-5-4, зависит от предварительной подготовки насоса к работе: температуры и времени прогрева всей установки, включая насос. Для получения сверхвысокого вакуума необходим прогрев всей установки до температуры не менее 400° С, поэтому применение резины и других органических уплотнителей в насосе исключено. При прогреве насоса необходимо следить за давлением в системе, которое не должно превышать 5-Ю^-5 тор. Включать ионизатор можно только при давлении ниже 5-Ю^-5 тор, в противном случае он выйдет из строя. Для нормального запуска в работу насоса СИН-5-4 необходимо иметь в нем предварительное разрежение порядка 10^-5 тор, которое создается высоковакуумным агрегатом ВА-05-1. Более предпочтительно применять ртутные агрегаты.

После окончания цикла работы насоса, т. е. после полного испарения запаса титана, следует перезарядить титановую проволоку в дозирующем механизме. При этом с внутренней поверхности стенок насоса следует удалить все отслаивающиеся пленки напыленного титана. Удаление плотных покрытий не обязательно. В работе [54] показано, что плотные пленки титана на стенках насоса после прогрева и обезгаживания в течение 10 ч при температуре 300° С восстанавливают сорбирующие свойства.

• Особенности работы магниторазрядных насосов

Насосы ЭСН-1 и НЭМ-300 обладают быстротой откачки при давлении 10 ~⁵ тор 10 и 300 л/сек. соответственно. Оба насоса требуют предварительного разрежения при запуске (1-4-2) • 1СЕ² тор. Однако длительная работа при таком давлении нежелательна, так как в этом режиме на электродах выделяются сравнительно большие мощности и насос сильно разогревается, что может привести к выходу его из строя. Для насоса ЭСН-1 необходимо магнитное поле напряженностью 700—800 э, а для НЭМ-300 —8000 э.

Для получения сверхвысокого вакуума необходимо эти насосы и откачиваемые объемы прогреть до температуры 400—450° С с одновременной откачкой насосом предварительного разрежения. Во время прогрева необходимо вести контроль за давлением, которое не должно превышать 5-Ю^-2 гор. После прекращения прогрева и достижения разрежения 10^-2—10~³ тор подается напряжение на электроды насоса. В первый момент происходит увеличение давления за счет десорбции газа с деталей насоса под действием разряда, и через электроды протекает большой разрядный ток. Если после включения магниторазрядного насоса высокая степень разрежения (10^-8—10^-10 тор) не достигается, необходимо проверить систему на герметичность и устранить возможное натекание в местах соединений. Вторая причина плохой работы насосов — недостаточное обезгаживание насоса и вакуумной системы.

Магниторазрядные насосы очень чувствительны к загрязнению углеводородами. Например, в работе [152] показано, что после 30—40 ч работы с механическим насосом без последовательно включенной ловушки возникновение разряда затруднено. Окисление материала катода приводит к тому, что в области давлений 10^-7 тор разрядный ток заметно уменьшается.

Иногда при работе насосов наблюдают короткое замыкание между электродами насоса, сопровождающееся сильным шумом. Замыкание обычно вызывается отслаивающимися пленками титана, и его можно устранить, пропуская значительный (порядка нескольких ампер) электрический ток при низком напряжении, для чего используют дополнительный источник питания, например низковольтный трансформатор.

При работе с магниторазрядныМи насосами следует помнить, что напряжение на электродах насоса 3—7 кв. Такое напряжение опасно для жизни, и поэтому при эксплуатации насосов необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности.

• 1. Корпус насоса и источник питания должны быть надежно заземлены.

• 2. Высокое напряжение от блока питания на высоковольтные разъемы должно подаваться экранированным проводом с обязательным заземлением экрана.

• 3. Во время работы насоса не допускается снятие высоковольтных разъемов.