Типовые схемы вакуумных установок

Вакуумная система для получения низкого вакуума (Р ≥ 100Па)

Типовая вакуумная система для получения низкого вакуума (рис. 14.1) обеспе­чивает в вакуумной камере рабочее давление от 10⁵ до 10¹ Па. Тип насоса 1 выбирают по предельному давлению (табл. 14.1) и составу остаточных га­зов (рис. 14.2) современных низковакуумных насосов.

Таблица 14.1

Основные характеристики насосов для получения низкого вакуума

Для повышения надежности, а также в случае применения криоадсорбци-онного насоса, способного поглотить ограниченное количество откачиваемого газа, элементы схемы 1, 2, 5 дублируются. Дополнительные элементы показаны на рис. 14.1 пунктиром. Клапан 2 позволяет выровнять давления на входном и выходном патрубках насосов с рабочей жидкостью во время их остановки или выпустить в атмосферу газ, десорбируемый при отогреве криоадсорбционного насоса. Предохранительная камера 3 используется для механических насосов и представляет собой ловушку для паров рабочей жидкости насоса или балластный объем, предотвращающий аварийное про­никновение в вакуумную камеру рабочей жидкости насосов. Для насосов других типов не используется. Вакуумметр 4 позволяет в случае необходимо­сти определить работоспособность вакуумного насоса. Клапан 5 отключает вакуумную камеру от насоса после достижения в ней рабочего давления и позволяет также дросселировать процесс откачки, предотвращая перегрев механи­ческих насосов во время работы при высоких давлениях.

В случае необходимости регистрации парциальных давлений всех газов, при­сутствующих в вакуумной камере, через клапан 11 подключается газоанализа­тор 12. Вспомогательная вакуумная система 13 необходима для снижения дав­ления анализируемой смеси газов, так как современные вакуумные газоанализаторы могут работать при общем давлении не выше 10^-1 Па.

На рис. 14.2 показан примерный состав остаточных газов в низковакуумных системах с различными средствами откачки.

На рис. 14.3 приведены значения оптимальных коэффициентов использова­ния насоса в зависимости от требуемой эффективной быстроты откачки для различного числа элементов на участке вакуумной системы, между насосом и откачиваемым объектом.

Вакуумная система для получения низкого ( Р≥100Па ) и среднего вакуума ( Р = 100…0,1Па )

На рис. 14.4 представлена система, состоящая из двух вакуумных насосов. Насос 7 обеспечивает получение среднего вакуума, а насос 1 создает предварительное разрежение. В качестве насоса для получения среднего вакуума могут применяться двухроторные, пароэжекторные и адсорбционные насосы (табл. 14.2).

Основные характеристики насосов для получения среднего вакуума

Таблица 14.2

Вакуумметр 4 необходим для проверки работоспособности насоса 1. Отражатель 5 предотвращает проникновение паров рабочей жидкости насоса 1 в насос 7 и вакуумную камеру 11. Клапаны 6, 18, 19 позволяют работать в режимах «прямой» и «обходной» откачки, соответствующих прохождению откачиваемого газа через оба насоса или через один насос предварительного разрежения. В последнем случае в откачиваемом объекте обеспечивается получение низко­го вакуума. Вакуумметр 20 позволяет определить эффективность работы отра­жателя 5, а вакуумметр 8 при закрытом клапане 18 контролирует предельное давление насоса 7.

Вакуумная камера снабжена электрическими 9 и механическими, 10 вво­дами, вакуумметром 12, газоанализатором 13, клапаном 14 для подключения течеискателя и клапанов 15, 17 с гигроскопатором 16 для напуска воздуха в вакуумную камеру. Гигроскопатор 16 предотвращает попадание в вакуум­ную камеру паров воды, содержащихся в атмосферном воздухе, что сущест­венно сокращает время откачки вакуумной камеры до рабочего давления.

Вакуумная система для получения низкого ( Р ≥ 100Па ), среднего

( Р = 100..0,1Па ) и высокого ( Р = 0,1…10^-5Па ) вакуума

Эта система (рис.14.6) содержит все элементы предыдущей схемы и дополни­тельный высоковакуумный насос 7 (табл. 14.3). В качестве высоковакуум­ного насоса могут применяться пароструйные, турбомолекулярные и гетте-роионные.

Таблица 14.3

Основные характеристики высоковакуумных насосов

Состав остаточных газов пароструйного и турбомолекулярного насосов показан на рис. 14.7. Ловушка 8 (рис. 14.6) предотвращает проник­новение napoв рабочей жидкости пароструйных насосов в вакуумную каме­ру. Для турбомолекулярных и геттероионных насосов ловушка 8 не уста­навливается. Клапан 21 коммутирует насос с вакуумной камерой. Вакуум­метр 22 позволяет контролировать эффективность работы насоса 7 и ловушки 8 при закрытом клапане 21. Вакуумметры 12 и 13 измеряют давление в ва­куумной камере соответственно в области среднего и высокого вакуума. Для обеспечения в вакуумной камере высокого вакуума все насосы включаются последовательно. Если в камере необходимо получить средний вакуум, то на­сос 26 подключается через клапан 19 к откачиваемому объекту. При этом клапан 24 может быть закрыт. Аналогично, через клапаны 20 и 5 низковакуумный насос непосредственно подключается к откачиваемому объекту или к насосу 26. При работе систе­мы в режиме высоковакуумной откачки газовые потоки очень малы. Это по­зволяет отключить насос 1 на длительное время и работать на форвакуумный баллон 4. Схему можно упростить за счет сокращения коммутационной аппаратуры 5, 19, 20, 24, однако это значительно снизит производитель­ность работы системы в нестационарных режимах.

Если система предназначена для работы только в области высокого вакуума, то насос 26 с вакуумметром 23 и клапанами 19 и 24 из схемы можно исключить. В этом случае увеличится время откачки вакуумной камеры до рабочего давления. Рекомендации по выбору оптимальных коэффициентов использования высоковакуумных насосов приведены на рис. 14.8.

Вакуумная система для получения сверхвысокого вакуума ( Р < 10^-5)

Такая система(рис.15.1)содержит прогреваемый вакуумный блок 7. Прогрев до 400°С уменьшает газовыделение всех элементов вакуумной системы, непосредственно под­ключаемых к насосу 4. Состав остаточных, газов сверхвысоковакуумных систем показан на рис. 15.2. Основные характеристики сверхвысоковакуумных насосов приведены в табл. 15.1.

Таблица 15. 1

Основные характеристики сверхвысоковакуумных насосов

Камера снабжена несколькими вакуумметрами 9, 10, 11, обеспечивающими измерение давления от атмосферного до сверхвысокого вакуума. Вакуумметр 5 контролирует работоспособность насоса 4. Высоковакуумная часть системы собирается на двух насосах: 18 и 1. В качестве высоковакуумного насоса 18 можно использовать пароструйный насос с ловушкой 17, турбомолекулярный или криоадсорбционный насос без ловушки. Клапан 16 служит для под­ключения течеискателя к вакуумной системе, а вакуумметры 14 и 15 – для измерения давления в области среднего и высокого вакуума. В качестве низ­ковакуумного насоса 1 чаще всего используется вращательный насос. Схема высоковакуумной откачки максимально упрощена, так как используется только в нестационарном режиме при запуске установки.

В тех случаях, когда требуется повышенная надежность системы по предот­вращению попадания паров рабочей жидкости в вакуумную камеру, в качестве предварительной системы откачки используются агрегаты с криоадсорбционными насосами.

Оптимальные значения коэффициентов использования сверхвысоковакуумных насосов в зависимости от их быстроты действия в откачиваемом объекте и числа элементов в схеме между насосом и откачиваемым объек­том приведены на рис. 15.3.

Состав атмосферного воздуха приведен в таблице 15.2.

Таблица15.2

Состав атмосферного воздуха