Геттерные насосы: принцип работы, устройство и характеристики

Геттерные насосы: принцип работы, устройство и характеристики

2061
0

Простейший насос геттерного типа представляет собой устройство, имеющее специальный сосуд, на стенки которого постоянно наносится слой геттера. Удаление газа у такого типа насосов (геттерного типа и геттерно-ионного) осуществляется благодаря хемосорбции газа возобновляемой пленкой геттера. В качестве геттера применяется металл темно-серого цвета – титан, который вступая в реакцию с парами углеводородов и газами, имеющимися в вакуумных системах, образует устойчивое и прочное соединение. На титановой поверхности образуется непроницаемая плотная пленка соединений и окислов, через которую не проникает газ. Это помогает сохранить в насосе запас геттера. Самым распространенным типом геттерного насоса является модель СТОН-20М. Другие типы геттерных насосов эксплуатируются и обслуживаются аналогично описанному на этой странице.

Насос СТОН-20М

Этот насос является типичным сорбционным титановым охлаждаемым насосом геттерного типа. Состоит устройство из следующих основных частей:

  1. корпуса;
  2. испарителя;
  3. экрана;
  4. сосуда Дьюара;
  5. патрубка с фланцем;
  6. фланца присоединительного.

Кроме того, в комплект геттерного насоса входят обязательные устройства – блок питания испарителя и внешний нагреватель съемного типа.

Схема геттерного насоса СТОН-20-МЭкран насоса 3 имеет хорошо отполированные внешние поверхности и на той ее части, которая обращена к испарителю 2, происходит конденсация испаряемого титана. Над насосом в пустотелом экране установлен сосуд Дьюара 4, который служит для подачи и поддержания постоянного уровня азота.

Испаритель титана расположен на торцевой поверхности корпуса 1. Для присоединения дополнительных средств откачки в устройстве имеется патрубок с фланцем 5, а с помощью фланца 6 насос подсоединяется к откачиваемому сосуду.

Устройство испарителя

Испаритель состоит из следующих основных частей:

  1. анода;
  2. пушки электронной;
  3. механизма подачи проволоки;
  4. привода;
  5. барабана;
  6. стойки;
  7. фланца пристыковочного;
  8. токовводов;
  9. экрана.

Схема испарителя титанаАнод 1 в процессе работы постоянно охлаждается проточной водой. Токовые вводы 8 служат для осуществления питания электродной системы и для питания привода механизма подачи проволоки 3. Все фланцевые соединения снабжены медными уплотнителями. На барабане 5 намотана титановая проволока. Ее конец пропущен в центр охлаждаемого анода. Защитный экран 9, расположенный над центром анода, предотвращает запыление пристыковочного фланца 7 в процессе работы испарителя. Конец проволоки из титана нагревается электронным лучом, который создает электронная пушка 2. Она не только создает луч, но фокусирует его на конце проволоки, с помощью устройства магнитного отклонения. Происходит испарение титана, находящегося в жидкой фазе.

Для откачки газов, которые негативно воздействуют на металлические конструкции, а также инертных газов служит насос геттерного типа. Откачка газов происходит в диапазоне давлений 10-10-10-6 мм рт. ст. (10-8-10-4 Па). К откачиваемому сосуду геттерный насос крепится с помощью фланца пристыковочного 7. Или к насосу или к откачиваемому сосуду присоединяют дополнительные средства откачки (чаще к откачиваемому сосуду). Они создают разряжение в 10-9 мм.рт.ст. (10-7 Па). Это позволяет откачивать газы со скоростью 50 л/с в диапазоне давлений 10-8-10-4 мм рт. ст. (10-6-10-2 Па). В этом случае насос работает совместно с вспомогательными средствами откачки инертных газов. Это относится ко всем насосам геттерного типа, т.к. быстрота действия по инертным газам составляет 1% и меньше, чем быстрота действия по воздуху.

Давление, создаваемое геттерным насосом, имеет предельное значение меньше 2,0 ·10-10 мм.рт.ст. (2,5·10-8 Па), при этом быстрота действия по воздуху составляет 4800 л/с при давлении 10-6 мм рт.ст. или (10-4 Па).

Зависимость быстроты действия насоса СТОН-20М от впускного давления

На рис. 4-8 показан график быстроты действия геттерного насоса. Увеличить интенсивность испарения титана можно увеличением быстроты действия в области впускных давлений, увеличивая его.

Однако, при работе насоса при низких впускных давлениях, увеличение интенсивности испарения не дает желаемого результата – увеличение быстроты действия не происходит.

Обслуживание насоса СТОН-20М

Геттерный насос на предприятии-изготовителе заполняют сухим азотом и герметично закрывают. В таком виде его упаковывают и транспортируют. Поэтому, распаковав устройство, его необходимо, вынув из тары, протереть сухой бязью. Далее снимают заглушку, которая надета на фланец пристыковочный. Осматривают насос, убеждаются, что повреждений нет и только после этого он подлежит проверке на работоспособность. Для этого проверяют механизм подачи проволоки, делая несколько включений и выключений. После этого устанавливают кассету с титановой проволокой. Конец этой проволоки должен выступать почти на 4 мм над поверхностью анода. К откачиваемому сосуду подсоединяют геттерный насос и вспомогательные средства откачки. Обязательно проверяют на герметичность вакуумной системы и ее работоспособность. Следующий этап – подключение электропитания. Пробные включения механизма подачи проволоки и испарителя производят только после достижения разряжения в системе 10-5 мм рт.ст. (10-3 Па).

Теперь с целью обезгаживания геттерный насос и вакуумную систему прогревают. Для установки нагревателя необходимо снять электродвигатель механизма подачи проволоки, снять разъемы с токовводов и отсоединить шланги воды. Также подготавливается и откачиваемый сосуд. С него должны быть сняты все элементы, подлежащие нагреву, а с системы должны быть удалены жидкий азот и вода. Таким образом, обеспечится равномерный прогрев. Одновременно производится прогрев насоса и откачиваемого сосуда.

Далее включают вспомогательные средства откачки. После достижения давления ниже 10-5 мм рт.ст. (10-3 Па) медленно повышают температуру корпуса до 400 0С. На это уходит приблизительно 10-20 часов. В дальнейшем это время прогрева может быть снижено до 4-6 часов. При прогреве давление поддерживается на уровне 10-5-10-4 мм рт. ст. (10-3-10-2 Па).

После прогрева насос должен остыть до комнатной температуры, при этом нагреватель не снимается. Это необходимо для того, чтобы не появились течи в сварных швах, которые могут возникнуть в результате действия внутренних напряжений при принудительном охлаждении. Течи часто появляются в охлаждаемом экране в случае снятия нагревателя сразу после его выключения в результате резкого перепада температур.

Во избежание появления течей в сварных швах рекомендуется при прогреве сложных вакуумных систем добиваться постепенного и равномерного прогрева системы. Время нагрева до 400 °С должно составлять не менее 2-3 часов, а время остывания до 60-80 °С – не менее 3-4 часов. Неравномерность нагрева отдельных участков не должна превышать 20-25 °С.

Нагреватель снимают только при достижении температуры ниже 100 °С. После охлаждения системы до комнатной температуры устанавливают электродвигатель, сосуд Дьюара, подсоединяют шланги для подачи воды и подключают кабель электропитания. Следующий шаг – производят откачку насоса с помощью высоковакуумных вспомогательных средств откачки.

Пуск насоса производят после охлаждения экрана до температуры жидкого азота, а это возможно только после достижения давления в 5·10-5 мм рт.ст. (6,6·10-3 Па). Для охлаждения испарителя подают воду. Внимание – включатель испаритель без охлаждения водой запрещено! Это может привести к прожиганию анода, т.к. в период установления необходимой величины интенсивности электронного луча и скорости испарения, он может сфокусироваться на аноде, а не на титановой прокладке. Далее производят включение питания испарителя. Для поддержания заданного давления устанавливают необходимый интервал подачи титановой проволоки. Один цикл испарения длиться 15 с. Исходя из этого, интервал подачи проволоки лежит в пределах 15-120 с. Выключают насос в обратной последовательности.

В процессе эксплуатации титановая пленка может отслаиваться от экрана. Это зависит от режима эксплуатации, количества прогревов системы, вскрытий насоса и количества испаренного титана. Все это приводит к снижению быстродействия насоса на 30-40 %. Поэтому рекомендуется отслоившуюся пленку регулярно удалять. Для удаления пленки насос отсоединяют от откачиваемого сосуда. Затем снимают испаритель и производят чистку пленки мелкозернистой наждачной бумагой. После этого очищают запыленные поверхности. Так как титан и его пыль токсичны, необходимо соблюдать технику безопасности – пользоваться респиратором, одевать очки и рукавицы из плотной ткани. И не забывать, что мельчайшие частицы титана при сильном механическом воздействии имеют свойство сгорать.

Периодичность обслуживания геттерного насоса устанавливается опытным путем. Она зависит от технологического процесса и условий производства, в котором эксплуатируется изделие.

НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

ОТВЕТИТЬ