Глубокий вакуум – Степени вакуума, высокий вакуум, сверхвысокий вакуум

Степени вакуума, высокий вакуум, сверхвысокий вакуум

Величина давления системы — это традиционная характеристика для классификации степеней вакуума. В настоящее время общий термин «вакуум» относится к любой области, имеющей давление в диапазоне от атмосферного до давления, на 19 порядков ниже атмосферного. Для удобства этот расширенный диапазон давлений подразделяется на несколько интервалов, обозначающих степень вакуума. Данное подразделение величин давления ниже атмосферного является несколько произвольным и представляет собой удобный способ обозначения различных физических явлений, возникающих в пределах величин давления, указанных для каждой степени. Многие промышленные виды применения вакуума могут быть также классифицированы в соответствии со степенью вакуума. В табл. 2 представлены виды промышленного применения вакуума и соответствующие им диапазоны давлений.

Таблица 2. Виды промышленного применения вакуума

Степень вакуума	Цель	Виды применения
Низкий вакуум	Достижение перепада давления	Установки получения низкого вакуума в медецине, удерживание и поднятие грузов, пневматические приводы транспортных машин, очистители, филь­ трация, формование
Средний вакуум	Удаление активных газов — компонентов атмосферы	Лампы (накаливания, люминесцентные, электро- разрядные), плавление, спекание, упаковка, инкап­ суляция, обнаружение течей
	Удаление газовых включений или газов, растворенных в твердых телах	Сушка, дегидратация, конденсация, сушка вымора­ живанием, дегазация, лиофильная сушка, импрегна­ ция
	Уменьшение передачи энергии	Тепловая изоляция, электрическая изоляция, ваку­ умный микробаланс, моделирование условий кос­ мического пространства
Высокий вакуум	Исключение столкновения молекул	Электронные и катодно-лучевые трубки, кинеско­ пы, фотоэлементы, фотоумножители, рентгеновс­ кие трубки, ускорители, накопители, масс-спектро­ метры, установки для разделения изотопов, элект­ ронные микроскопы, сварка электронным лучом, нанесение покрытий (испарением, металлизация напылением), молекулярная дистилляция
Сверхвысокий вакуум	Очистка поверхностей	Дробление, адгезия, эмиссионные исследования, испытания материалов для применения в космичес­ кой промышленности

Для рассмотрения физических явлений, связанных с различными степенями вакуума, указанными в табл. 1.2, будет полезно ввести другие понятия, характеризующие степень вакуума: молекулярная концентрация, средняя длина свободного пути молекул газа и время формирования мономолекулярного слоя. Эти термины имеют следующие определения:

1. Молекулярная концентрация — среднее число молекул газа в единице объема;
2. Средняя длина свободного пути молекул газа — среднее расстояние, которое проходит молекула между двумя последовательными столкновениями с другими молекулами;
3. Время формирования мономолекулярного слоя — время, которое необходимо для того, чтобы чистая поверхность покрылась слоем газа толщиной в одну молекулу. Это время определяется отношением числа молекул, необходимым для формирования компактного мономолекулярного слоя (приблизительно 8 x 10 ¹⁴ молекул/см²), и частотой соударений молекул с поверхностью.

На рис. 1.1 показано соотношение между этими величинами в виде функции давления. С помощью приведенных выше определений можно описать физические процессы, характеризующие различные степени вакуума.

Рис 1. Функция Максвелла-Больцмана распределения молекул по скоростям

Низкий и средний вакуум

В диапазоне низкого и среднего вакуума число молекул газа в вакуумном сосуде велико по сравнению с числом молекул, покрывающих поверхность сосуда. Таким образом, снижение давления путем откачки служит для удаления молекул из газовой фазы. Данный диапазон вакуума находится в пределах величин давления от 1 атм до примерно 10

-2 Торр. Вакуум такой степени используется во многих промышленных технологиях, где требуется дегазация или сушка материалов и компонентов.

1. Функция Максвелла-Больцмана распределения молекул по скоростям

$$\int _{v}=\frac{1}{n}\frac{dn}{dn}=\frac{4}{\pi ^{\frac{1}{2}}}\left ( \frac{m}{2kT} \right ).$$

2. Наиболее вероятная скорость

$$v_{p}=\sqrt{\frac{2kT}{m}}.$$

3. Среднеарифметическая скорость

$$\bar{v}=\sqrt{\frac{8kT}{\pi m}}==1.13v_{p}.$$

4. Среднеквадратичная скорость

$$v_{max}=\sqrt{\frac{3kT}{m}}=1.225vv_{p}.$$

5. Средняя энергия

$$\bar{e}=\frac{3}{2}kT.$$

Высокий вакуум

Область высокого вакуума соответствует состоянию, при котором молекулы газа располагаются главным образом на поверхностях сосуда и средняя длина свободного пути молекул равна или превышает размеры вакуумного сосуда. Молекулы движутся в вакуумном сосуде, не сталкиваясь с другими молекулами. При такой степени вакуума цель откачки заключается в удалении отдельных молекул. Молекулы покидают поверхность и по отдельности достигают насоса. Высокий вакуум широко используется для нанесения вакуумных покрытий, обработки поверхностей и модификации. Диапазон давлений высокого вакуума составляет от 10^-3до 10^-7 Торр.

Сверхвысокий вакуум

В условиях сверхвысокого вакуума время формирования мономолекулярного слоя равно или превышает время формирования мономолекулярного слоя в обычных лабораторных условиях. Таким образом, можно производить подготовку и определение свойств чистых поверхностей перед формированием слоя адсорбированного газа. Диапазон давлений сверхвысокого вакуума составляет от 10^-7 до 10^-15 Торр.
В табл. 2 приведены различные виды применения вакуумной техники во многих ключевых промышленных технологических процессах в зависимости от степени используемого вакуума.

vacuumpro.ru

Глубокий вакуум

Для достижения глубокого вакуума, например порядка 10-6 мм рт. ст., используют так называемые диффузионные насосы. Различают два основных типа диффузионных насосов: ртутные и масляные. Они бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми, чаще всего двухступенчатыми. Принцип устройства обоих типов практически одинаков.

На рис. 315 показана схема стеклянного диффузионного ртутного насоса. Он состоит из резервуара 1 с ртутью, соединенного с холодильником 2. Ртуть доводят до кипения нагреванием газовой горелкой или электропечью. Пары ртути поднимаются по трубке 3, поступают в холодильник, в котором конденсируются и возвращаются в резервуар / по трубке 4. Принцип действия насоса основан на том, что вследствие частичной конденсации паров ртути внутри холодильника вблизи конца трубки 5 давление паров ртути (или иной жидкости) оказывается пониженным. Поэтому газ, находящийся в трубке 6, диффундирует в область с пониженным давлением и затем трубке 7 уносится к форвакуумной части установки

При сравнительно большом давлении в установке пары ртути, выходящие из трубки 5, сталкиваясь с молекулами газа, находящимися около конца этой трубки, отражаются по всем направлениям. Газ, находящийся в Трубке 6, при этом диффундирует во встречный поток паров ртути, еще не успевшей сконденсироваться. Применять диффузионный ртутный насос в таких случаях не следует.

Рис. 315. Стеклянный ртутный диффузионный насос

При работе диффузонного насоса необходимо очень внимательно следить за правильным охлаждением конденсационной части. Подавать воду в холодильник следует до начала нагревания печи под резервуаром со ртутью и отключать после прекращения кипения ртути. Однако включать обогрев насоса следует только после того, как форвакуум уже будет создан.

При любом нарушении работы установки следует немедленно выключить нагревание ртутного насоса и до его полного охлаждения ничего не предпринимать для исправления ошибки или аварии. Причинами аварии могут быть: перегрев холодильника в результате остановки или замедления поступления воды, поломка холодильника вследствие усиления тока воды через горячий прибор. Если давление в установке повысится, кипение ртути прекратится, а ее температура начнет подниматься. Авария может произойти и при внезапном вскипании перегретой ртути.

Для получения вакуума порядка 10-6 мм рт. ст. необходимо установить последовательно два одноступенчатых насоса или один двухступенчатый.

На рис. 316 показан двухступенчатый масляный высоковакуумный диффузионный насос с внутренним электрообогревом. Масла в него следует заливать не более 60—70 см3. Нужно следить за тем, чтобы нагревательная спираль была полностью покрыта диффузионным минеральным слоем толщиной до 2 мм. Избыток масла может препятствовать нормальному ходу работы, так как вызывает задержку кипения. Примерно после 15-минутного разогревания, диффузионный насос начинает работать. Если требуется; отключить насос, сперва отключают электронагрев, дают маслу остыть приблизительно до 400C и лишь тогда’ выключают охлаждение и проветривают насос.

Диффузионное масло нужно время от времени заменять свежим. О пригодности диффузионного масла можно судить по его окраске: сильно окрашенное масло для работы непригодно.

Рис. 316. Стеклянный высоковакуумный масляный двухступенчатый диффузионный насос.

 

После удаления масла из прибора внутреннюю часть насоса промывают четыреххлористым углеродом. Перед наполнением насоса маслом все остатки растворителя должны быть полностью удалены.

 

К оглавлению

 

 

см.также

1. Обычный вакуум
2. Средний вакуум
3. Глубокий вакуум

 

 

www.himikatus.ru

Как достичь высокого вакуума

Как получить высокий вакуум

Методы получения высокого вакуума

Лабораторная работа по курсу: Вакуумная электроника

Составители: А.С. Батурин, И.Н. Ескин, С.Г. Кузьменко, Н.Н. Чадаев, Е.П. Шешин Московский физико-технический институт

I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

В процессе выполнения работы студент должен

• изучить на практике работу форвакуумного и диффузионного насосов,
• изучить работу и научиться пользоваться термопарным и ионизационным вакуумметрами,
• освоить методы откачки стеклянных вакуумных систем до высокого вакуума,
• освоить методы обезгаживания вакуумных приборов,
• освоить методики расчета вакуумных систем.

 

II. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Вакуумная система

Принципиальная схема лабораторной вакуумной установки с масляными средствами откачки и стеклянными трубопроводами представлена на рис. 1. Предварительная откачка системы проводится механическим вращательным пластинчато-статорным насосом (1) типа ВН-461М. Принцип функционирования механических форвакуумных насосов описан в главе 2 пособия [1]. Вход форвакуумного насоса (1) через компенсатор вибраций, выполненный в виде шланга из вакуумной резины, и стеклянный трубопровод подключен к трехходовому крану (2).

Подробно устройство трехходового крана показано на рис. 2. Трехходовой кран состоит из притертых друг к другу корпуса и полой пробки с отверстием. Для герметичности трехходовой кран уплотнен вакуумной смазкой. Трехходовой кран имеет три положения: положение «1» предназначено для запуска форвакуумного насоса; положение «2» позволяет проводить откачку вакуумной системы; а положение «3»  предназначено для напуска воздуха в форвакуумный насос после его остановки.

Рис. 1. Принципиальная схема вакуумной установки:

1 — форвакуумный насос,
2 — трехходовой кран,
3 — форвакуумный баллон,
4 — диффузионный насос,
5 — азотная ловушка,
6 — термопарный вакуумметр,
7 — ионизационный вакуумметр,
8 — откачиваемый прибор (вакуумная камера)

Рис. 2. Функционирование трехходового крана:

положение «1» — запуск форвакуумного насоса,
положение «2» — откачка вакуумной системы,
положение «3» — напуск воздуха в форвакуумный насос

Форвакуумный насос (поз. 1 рис. 1) позволяет откачать вакуумную систему до давления 10‑2 торр. При давлении 10‑1 торр становится возможен запуск высоковакуумного насоса (поз. 4 рис. 1). В качестве высоковакуумного насоса использован пароструйный диффузионный насос ЦВЛ–100 с водяным охлаждением. Принцип функционирования такого насоса описан в главе 2 пособия [1]. Предельное остаточное давление высоковакуумного насоса составляет 10‑5…10‑6 торр. Пример такого насоса приведен на рис. 4. Для обеспечения функционирования диффузионного насоса во время отключения форвакуумного насоса используется форвакуумный баллон (поз. 3 рис. 1) объемом примерно 3 литра, расположенный на выходе диффузионного насоса, и позволяющий диффузионному насосу работать в течение 15 минут после перекрывания трехходового крана и отключения форвакуумного насоса.

Рис. 3. Форвакуумный механический пластинчато-статорный насос [2]: 1 — корпус, 2 — ротор, 3 — выпускной патрубок, 4 — пластина, 5 — пружина, 6 — входной патрубок	Рис. 4. Многоступенчатый пароструйный насос [2]: 1 — первая диффузионная ступень, 2 — вторая диффузионная ступень, 3 — эжекторная ступень

Снижение количества паров масла, поступающих в откачиваемый объем из диффузионного насоса, достигается использованием азотной ловушки шарового типа (поз. 5 рис. 1). Устройство ловушки показано на рис. 5.

Рис. 5. Азотная ловушка

Для измерения вакуума на выходе из откачиваемого прибора (поз. 8 рис. 1) в системе предусмотрены термопарный вакуумметр (поз. 6 рис. 1) и ионизационный вакуумметр (поз. 7 рис. 1). В термопарном вакуумметре используется датчик типа ПМТ‑2, который позволяет измерять давления в диапазоне от 5 до 1×10‑3 торр. В ионизационном вакуумметре используется датчик типа ПМИ‑2, который позволяет измерять давление в диапазоне от 1×10‑3 до 5×10‑8 торр.

Рис. 6. Устройство термопарного манометрического преобразователя ПМТ‑2 [3]: 1 — термопара, 2 — нить накала, 3 — стеклянный баллон	Рис. 7. Устройство ионизационного манометричекого преобразователя ПМИ-2 [3]: 1 — катод, 2 — анод, 3 — коллектор

Питание датчиков и измерение давления производится с помощью прибора ВИТ-1А. Передняя панель ВИТ-1А показана на рисунке 8. Принцип работы термопарного и ионизационного вакуумметров подробно рассмотрен в главе 3 пособия [1].

 

Рис. 8. Схема расположения органов управления вакуумметра ВИТ‑1А

 

Откачиваемый прибор

В качестве экспериментального прибора для откачки используется стандартная лампа ионизационного вакуумметра ПМИ-2 (рис. 9). Лампа состоит из стеклянного корпуса (3), изготовленного из молибденового стекла, коллектора (4), изготовленного из никеля, спирального анода (5) и V-образного катода (6), изготовленного из вольфрама.

Рис. 9. Устройство экспериментального прибора:
1 — выводы катода, 2 — выводы анода,
3 — стеклянный корпус, 4 — коллектор,
5 — спиральный анод, 6 — катод,
7 — вывод коллектора

 

Оборудование для обезгаживания

Для обезгаживания стекла используется печь общего прогрева, снабженная подъемным механизмом (рис. 10). Измерение температуры ведется термопарой (5) с измерительным прибором (7).
Для обезгаживания коллектора используется ВЧ-индуктор. В качестве ВЧ-индуктора применяются обычно однослойные бескаркасные катушки из медных трубок. Такой индуктор надевается сверху на прибор.
Обезгаживание катода и анода производится пропусканием электрического тока. Для этой цели используется схема, изображенная на рисунке 11.

Рис. 10. Схема печи для обезгаживания стекла:
1 — корпус, 2 — теплозащита, 3 — нагреватели,
4 — прогреваемый прибор, 5 — термопара, 6 — основание, 7 — измерительный прибор

Рис. 11. Схема для обезгаживания катода и анода (включение для обезгаживания катода)

 

III. ЗАДАНИЕ

В процессе выполнения работы студент должен самостоятельно провести откачку вакуумной системы до высокого вакуума и обезгаживание тестового прибора. В процессе откачки необходимо провести измерение зависимости давления p(t) в системе от времени откачки.
По результатам измерения p(t) необходимо определить зависимость скорости откачки насоса от давления. Для этого можно воспользоваться методом «постоянного объема». Суть метода состоит в следующем. Если температура T откачиваемого объема поддерживается постоянной, то из закона Менделеева–Клапейрона следует, что pV = const, где p — давление, а V — откачиваемый объем. Следовательно, Vdp = pdV. Так как по определению эффективная скорость откачки
,
то
.                     (1)
Таким образом, определив экспериментально зависимость p(t) и зная объем установки V (указан на каждой установке), путем дифференцирования можно восстановить зависимость S(p). Следует, однако, отметить, что формула (1) получена в предположении идеальной вакуумной системы, в которой нет натекания, газовыделения и обратных потоков из насоса. В реальной системе такие процессы присутствуют, поэтому
,                              (2)
где Sp — скорость откачки насоса, Sl — суммарная скорость натекания и газовыделения.
Для определения суммарной скорости натекания Sl необходимо отсечь откачиваемый объем от насоса и проследить за увеличением давления в объеме. Затем по формуле
                           (3)
определить зависимость скорости натекания от давления Sl(p). Скорость откачки насоса определяется согласно выражению (2) по найденным S(p) и Sl(p).

IV. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ПРОВЕДЕНИЕ ОТКАЧКИ

Начальное состояние органов управления.

• От откачиваемого прибора отключены все электрические проводники.
• Печь для обезгаживания стекла выключена и находится в поднятом положении.
• Ионизационный и термопарный вакуумметры выключены.
• Диффузионный насос выключен, охлаждающая вода не подается.
• Форвакуумный насос выключен.
• Трехходовой кран находится в положении “3” – «Напуск воздуха в форвакуумный насос».

1. Включение форвакуумного насоса.

• Перевести трехходовой кран в положение “1” – «Запуск форвакуумного насоса».
• Несколько (2–3) раза включить-выключить мотор форвакуумного насоса.
• Включить форвакуумный насос и подождать 1 минут.

2. Включение термопарного вакуумметра.

• Убедиться, что накал ионизационной лампы вакуумметра ВИТ-1А выключен, то есть ручка выключателя «НАКАЛ ЛМ-2» установлена в нижнее положение – против стрелки.
• Установить реостат «РЕГУЛИРОВКА ТОКА НАКАЛА» в крайнее левое положение. Включить тумблеры «СЕТЬ 220В» и «ТЕРМОВАКУУММЕТР». Должна загореться сигнальная лампа.
• Перевести тумблер «ТОК НАКАЛА – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ТОК НАКАЛА». Реостатом «РЕГУЛИРОВКА ТОКА НАКАЛА» установить рекомендуемый ток накала, указанный на баллоне лампы термопарного преобразователя ПМТ-2. Установка тока накала производится по нижней шкале левого микроамперметра на передней панели ВИТ-1А.
• Перевести тумблер «ТОК НАКАЛА – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ИЗМЕРЕНИЕ». Измерение давления производится по верхней (обзорная) или средней (более точная) шкале микроамперметра.

3. Форвакуумная откачка.

• Перевести трехходовой кран в положение “2” – «Откачка установки». Данный момент считать моментом начала откачки.
• Начать регистрировать давление, записывая текущее время и показания термопарного вакуумметра. В течение первых 10 минут проводить регистрацию давления через одно маленькое деление шкалы 0.1 мВ.

4. Измерение скорости натекания.

• Перевести трехходовой кран в положение “1” – «Запуск форвакуумного насоса». Форвакуумный насос оставить работающим. При этом откачка рабочего объема прекратится, и будет происходить увеличение давления за счет натекания и газовыделения.
• Проводить регистрацию давления через одно маленькое деление шкалы 0.1 мВ до тех пор, пока давление достигнет величины 5×10‑2 торр.
• Перевести трехходовой кран в положение “2” – «Откачка установки». Откачать до минимально достижимого давления для форвакуумного насоса.

5. Включение диффузионного насоса.

Запуск диффузионного насоса необходимо начинать при достижении минимального давления при откачке форвакуумным насосом, зафиксировав минимальное давление в лабораторном журнале. Включение подогревателя насоса при давлении более 10‑1 торр приводит к окислению масла и выходу насоса из строя.

• Включить подачу охлаждающей воды, открыв соответствующий кран. Убедиться в том, что в сливном шланге появилась вода.
• Включить подогреватель диффузионного насоса в сеть 120 В. Зафиксировать время включения в лабораторном журнале.

6. Включение и измерение давления ионизационным вакуумметром.

Включение накала лампы ионизационного вакуумметра ПМИ-2 при давлении выше, чем 10-3 торр может привести к выходу лампы из строя. Длительное функционирование лампы при вакууме 10-3 – 10-4 торр существенно сокращает срок ее службы. После включения ионизационного вакуумметра следует проводить измерение вакуума каждые 5 минут.

• Включить ионизационную часть вакуумметра ВИТ-1А и провести обезгаживание, для этого
  • установить переключатель «УСТАНОВКА НУЛЯ – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «УСТАНОВКА НУЛЯ». Установить переключатель «ЭМИССИЯ ЛМ-2 – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ЭМИССИЯ». Установить переключатель «МНОЖИТЕЛЬ ШКАЛЫ» в положение «103»;
  • Установить переключатель «ПРОГРЕВ – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ПРОГРЕВ». Включить «НАКАЛ ЛМ-2». Дать прибору прогреться в течение 5 минут, при этом происходит обезгаживание катода и анодной сетки. Перевести переключатель «ПРОГРЕВ – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ИЗМЕРЕНИЕ».

 

• Установка тока эмиссии.

Установить переключатель «ЭМИССИЯ ЛМ-2 – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ЭМИССИЯ». Потенциометром «РЕГУЛИРОВКА ЭМИССИИ» установить стрелку прибора на риску с индексом «А», что соответствует току эмиссии 5 мА. Установить переключатель «ЭМИССИЯ ЛМ-2 – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ИЗМЕРЕНИЕ».

• Установка нуля.

Установить переключатель «УСТАНОВКА НУЛЯ – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «УСТАНОВКА НУЛЯ». Потенциометром «РЕГУЛИРОВКА НУЛЯ» установить стрелку прибора на ноль шкалы.

• Калибровка чувствительности усилителя.

Установить переключатель «МНОЖИТЕЛЬ ШКАЛЫ» в положение «КАЛИБРОВКА». Потенциометром «КАЛИБРОВКА» установить стрелку прибора в конец шкалы.

• Проведение измерений.

Установить переключатель «МНОЖИТЕЛЬ ШКАЛЫ» в положение, при котором стрелка прибора находится в пределах от 10 до 100% шкалы. Произвести измерение, умножив показания прибора на соответствующий множитель шкалы.

Пример: Так как шкала прибора отградуирована от 10‑7 до 10‑6 торр, то если стрелка прибора находится на отметке «6», а переключатель «МНОЖИТЕЛЬ ШКАЛЫ» в положении «102», это означает, что давление в системе 6×10‑5 торр.

7. Использование азотной ловушки.

При наличии азота по достижении вакуума 10‑4 торр заполнить ловушку жидким азотом и зафиксировать изменение давления в системе.

ОБЕЗГАЖИВАНИЕ ПРИБОРА

Обезгаживание следует начинать при достижении давления 10‑4 торр. При обезгаживании возможно ухудшение вакуума в системе, поэтому следует соответствующим образом быстро переключать «МНОЖИТЕЛЬ ШКАЛЫ» ионизационного вакуумметра. Не следует допускать ухудшения давления ниже 10-4 торр.

1. Обезгаживание стекла.

• Опустить печь общего прогрева и включить ее. Термопара должна находиться внутри печи, однако не следует допускать касания термопарой стенок откачиваемого прибора и печи.
• Нагреть печь до температуры 300 °С. В процессе нагревания и остывания печи следует проводить регистрацию в лабораторном журнале текущего времени, давления в системе и температуры печи через каждые 10 °С.
• При достижении температуры 300 °С отключить печь и не поднимая дать остыть до температуры 150 °С. Преждевременный подъем печи может привести к растрескиванию откачиваемого прибора и попаданию атмосферного воздуха в высоковакуумную часть установки. Это может привести к выходу из строя ионизационного вакуумметра и диффузионного насоса.
• При достижении температуры 150 °С поднять печь и дать остыть прибору в течение 10–15 минут.

 

2. Обезгаживание коллектора.

Обезгаживание коллектора, выполненного из никеля (температура начала интенсивного испарения 1000 °С), производится токами высокой частоты с помощью индуктора при температуре 800–900 °С (ярко-красный цвет каления).

• Индуктор надевают сверху на откачиваемый прибор и удерживают на уровне коллектора, при этом следует не допускать касания индуктором стеклянной колбы и металлических проводников. Включение ВЧ генератора производится учебным мастером.
• Обезгаживание проводят в течение 2–3 минут с перерывами, чтобы выделяющиеся газы успевали откачиваться.
• В лабораторном журнале следует зафиксировать время начала обезгаживания, длительность обезгаживания, давление до обезгаживания, наибольшее давление в процессе обезгаживания и давление после обезгаживания.

 

3. Обезгаживание катода и анода.

Катод и анод откачиваемого прибора прогревают непосредственным пропусканием электрического тока. Для этого используется схема, изображенная на рис. 11. Прогрев производится при температуре 1800 °С (светло-красно-желтое каление).

• Установить лабораторный автотрансформатор в положение 0 В. Подключить клеммы-«крокодилы» к выводам катода или анода, затем включить вилку в сеть 220 В. Плавно увеличивая напряжение, добиться требуемого цвета свечения.
• Обезгаживание проводят до завершения газовыделения.
• В лабораторном журнале следует зафиксировать такие же величины, что и при обезгаживании коллектора.

ВЫКЛЮЧЕНИЕ ВАКУУМНОЙ УСТАНОВКИ

В процессе натекания следует производить регистрацию давления в системе каждые 5 минут.

• Удалить азот из ловушки (путем аккуратного выдувания струей сжатого воздуха).
• Выключить подогреватель диффузионного насоса, а через 30 минут выключить подачу охлаждающей воды.
• По мере ухудшения вакуума необходимо переключать «МНОЖИТЕЛЬ ШКАЛЫ» ионизационного вакуумметра и при достижении вакуума 10-4 торр выключить «НАКАЛ ЛМ-2». Дальнейшее измерение давления производить по термопарному вакуумметру.
• Дождаться, пока давление в системе перестанет изменяться. Зафиксировать время и давление.
• Перевести трехходовой кран в положение «1» – «Запуск форвакуумного насоса». Выключить термопарный вакуумметр.
• Выключить форвакуумный насос.
• Перевести трехходовой кран в положение «3» – «Напуск воздуха в форвакуумный насос».

 

Окончательное состояние установки должно соответствовать описанию начального состояния органов управления в разделе «ПРОВЕДЕНИЕ ОТКАЧКИ».

V. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

После выполнения работы каждый студент должен представить индивидуальный отчет о выполнении работы.

Титульная страница отчета должна содержать:

• Название лабораторной работы.
• Фамилию, имя и отчество студента.
• Номер группы.
• Дату выполнения работы.

Основной отчет должен содержать:

• Схему вакуумной установки и ее узлов (по необходимости), технологические параметры установки.
• Общий график зависимости давления в системе от времени откачки с указанием моментов включения и выключения отдельных элементов установки. По оси X следует откладывать время, а по оси Y десятичный логарифм давления.
• Подробный график изменения давления на начальном этапе откачки до включения диффузионного насоса и результаты вычисления зависимости скорости откачки форвакуумного насоса от давления.
• Подробный график изменения давления и температуры в процессе обезгаживания прибора печью.
• Выводы об эффективности использования вакуумных насосов в установке и эффективности обезгаживания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.            Шешин Е.П. Основы вакуумной техники — М.: МФТИ, 2001.
2.            Розанов Л.Н. Вакуумная техника. ‑ М.: Высшая школа, 1982.
3.            Кузнецов В.И., Немилов Н.Ф., Шемякин В.Е. Эксплуатация
вакуумного оборудования. ‑ М.:  Энергия, 1978.
4.            Розбери Ф. Справочник по вакуумной технике / Пер. с англ. —М.: Энергия, 1972.
Fred Rosebury. Handbook of electron tube and vacuum techniques. — Massachusetts, 1964.
5.            Королев Б.И., Кузнецов В.И, Пинко А.И., Плисковский В.Н.
Основы вакуумной техники. — М.: Энергия, 1975.
6.            Грошковский Я. Техника высокого вакуума. — М.: Мир, 1975.

vactron.ru

Понятие Вакуум

« Назад

Вакуумом (от лат. Vacuum — пустота) называют состояние газа или пара при давлении ниже атмосферного. Количественной характеристикой  вакуума служит абсолютное давление. Вакууму обычно соответствует область давления ниже атмосферного.

Вакуумная техника — прикладная наука, изучающая проблемы получения и поддержания вакуума, проведения вакуумных измерений, а также вопросы разработки и применения вакуумных систем и их функциональных элементов. Разреженные газы по своим свойствам практически не отличаются от идеальных. В технике вакуум создают с помощью вакуумных насосов различных принципов действия.

Интенсивность протекания  физико-химических процессов в вакууме зависит от соотношения между числом столкновений молекул газа со стенками ограничивающего его сосуда и числом взаимных столкновений молекул, характеризующимся отношением средней длины   λ   свободного пути молекул к характерному  (определяющему) линейному размеру Lсосуда; это отношение, называемое числом Кнуднеса — Kn, положено в основу условного разделения областей вакуума на следующие диапазоны: низкий, средний, высокий и сверхвысокий.

Степень вакуума в откачиваемых сосудах определяется равновесным давлением, устанавливающимся под действием противоположных процессов: откачки газа насосом и поступления газа в рабочий объем вследствие натекания чрез неплотности, а также технологического газовыделения.

Низкий вакуум характеризуется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул газа значительно меньше определяющего линейного размера сосуда, существенного для рассматриваемого процесса 

(λ << L). Низкому вакууму обычно соответствует область давления 10⁵…100 Па.

Средний вакуум характеризуется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул соизмерима с характерным линейным размером (λ ≈ L). Среднему вакууму, как правило, отвечает область давления 100…0,1 Па.

Высокий вакуум определяется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул значительно превышает характерный линейный размер (λ >> L). Высокому вакууму обычно соответствует область давления 0,1…10^-5 Па.

Сверхвысокий вакуум характеризуется давлением газа, при котором не происходит заметного изменения свойств поверхности, первоначально свободной от адсорбированного газа, за время, существенное для рабочего процесса. Сверхвысокого вакуума, как правило, свойственна область давления <10^-5 Па.

« Назад

megatechnika.com

Физический вакуум — это… Что такое Физический вакуум?

Ва́куум (от лат. vacuum — пустота) — среда, содержащая газ при давлениях значительно ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного пробега молекул газа λ и характерным размером процесса d. Под d может приниматься расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода и т.д. В зависимости от величины соотношения λ/d различают низкий (λ/d<<1), средний (λ/d~1) и высокий (λ/d>>1) вакуум.

Следует различать понятия физического вакуума и технического вакуума.

Технический вакуум

На практике сильно разреженный газ называют техническим вакуумом. В макроскопических объёмах идеальный вакуум недостижим на практике, поскольку при конечной температуре все материалы обладают ненулевой плотностью насыщенных паров. Кроме того, многие материалы (в том числе толстые металлические, стеклянные и иные стенки сосудов) пропускают газы. В микроскопических объёмах, однако, достижение идеального вакуума в принципе возможно. Мерой степени разрежения вакуума служит длина свободного пробега молекул газа < λ > , связанной с их взаимными столкновениями в газе, и характерного линейного размера l сосуда, в котором находится газ. Строго говоря, техническим вакуумом называют газ в сосуде или трубопроводе с давлением ниже, чем в окружающей атмосфере. Согласно другому определению, когда молекулы или атомы газа перестают сталкиваться друг с другом, и газодинамические свойства сменяются вязкостными (при давлении около 1 Торр) говорят о достижении низкого вакуума(λ < < l)(5000-10000 молекул на 1см3). Обычно низковакуумный насос стоит между атмосферным воздухом и высоковакуумным насосом, создавая предварительное разрежение, поэтому низкий вакуум часто называют форвакуум. При дальнейшем понижении давления в камере, увеличивается средняя длина свободного пробега λ молекул газа. При λ > > l молекулы газа уже не сталкиваются друг с другом, а свободно перемещаются от стенки до стенки, в этом случае говорят о высоком вакууме(10^-5 Торр)(1000 молекул на 1 см3). Сверхвысокий вакуум соответствует давлению 10^-9 Торр и ниже. К сожалению в земных условиях пока не получен. Для сравнения, давление в космосе на несколько порядков ниже, в дальнем же космосе и вовсе может достигать 10^-30 Торр и ниже(1 молекула на 1 см3).Встречается полное отсутствие молекул.

Высокий вакуум в микроскопических порах некоторых кристаллов достигается при атмосферном давлении, что связано именно с длиной свободного пробега газа.

Аппараты, используемые для достижения и поддержания вакуума, называются вакуумными насосами. Для поглощения газов и создания необходимой степени вакуума используются геттеры. Более широкий термин вакуумная техника включает также приборы для измерения и контроля вакуума, манипулирования предметами и проведения технологических операций в вакуумной камере, и т. д.

Стоит отметить, что даже в идеальном вакууме при конечной температуре всегда имеется некоторое тепловое излучение (газ фотонов). Таким образом, тело, помещённое в идеальный вакуум, рано или поздно придёт в тепловое равновесие со стенками вакуумной камеры за счёт обмена тепловыми фотонами.

Физический вакуум

Под физическим вакуумом в современной физике понимают полностью лишённое вещества пространство. Даже если бы удалось получить это состояние на практике, оно не было бы абсолютной пустотой. Квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. В некоторых конкретных теориях поля вакуум может обладать нетривиальными топологическими свойствами, но не только, а также в теории могут существовать несколько различных вакуумов, различающихся плотностью энергии, и т. д.

Некоторые из этих предсказаний теории поля уже были успешно подтверждены экспериментом. Так, эффект Казимира^[1] и лэмбовский сдвиг атомных уровней объясняется нулевыми колебаниями электромагнитного поля в физическом вакууме. На некоторых других представлениях о вакууме базируются современные физические теории. Например, существование нескольких вакуумных состояний (так называемых ложных вакуумов) является одним из главных основ инфляционной теории Большого взрыва.

Но, пожалуй, самым наглядным из явлений, которые нельзя объяснить, не используя идею о нулевых колебаниях вакуума, это спонтанное излучение. Самые обыкновенные излучающие спонтанно лампы накаливания не светились бы, если бы вакуум был абсолютной пустотой. Дело в том, что любой объект (а, значит, и возбужденный атом), помещенный в абсолютно пустое пространство, представляет собой замкнутую систему. А поскольку такая система стабильна во времени, то никакого излучения не происходило бы. Уже из этого простого рассуждения понятно, что объяснение спонтанного излучения требует привлечения более сложной модели вакуума, чем классическая абсолютная пустота.

См. также

Применения:

Примечания

1. ↑ Физическая энциклопедия, т.5. Стробоскопические приборы — Яркость/ Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред.кол.:А. М. Балдин,А. М. Бонч-Бруевич и др. — М.:Большая Российская Энциклопедия,1994, 1998.-760 с.:ил. ISBN 5-85270-101-7 , стр.644

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Глубокий вакуум — Энциклопедия по машиностроению XXL

Для создания электронного луча требуется довольно глубокий вакуум, такой, чтобы средняя длина свободного пробега электронов была больше расстояния от катода, где они образуются, до свариваемого изделия.  [c.157]

Манипуляторы с магнитным приводом. Манипуляторы этого типа находят применение в основном в тех случаях, когда необходимо обеспечить абсолютную герметизацию объема камер (работы в зонах больших давлений, глубокого вакуума и т. п.). В качестве приводов в них используются муфты на постоянных магнитах, позволяющие передавать движения через глухую стенку, без проемов под передаточные механизмы. Манипуляторы с магнитными муфтами бывают двух видов с торцовыми магнитными муфтами и с цилиндрическими магнитными муфтами (рис. 30.13).  [c.619]

Стык свариваемых деталей , 4 нагревают индуктором 3 И сжимают плунжером I в камере с глубоким вакуумом (10 —мм рГ. ст.) или в атмосфере нейтральных газов (аргон, гелий). Для надежного соединения достаточен нагрев до 750-800 С.  [c.165]

Существенно расширились условия проведения сварочных работ. Наряду с обычными условиями сварку выполняют в условиях высоких температур, радиации, под водой, в глубоком вакууме, в условиях невесомости. Быстрыми темпами внедряются новые виды сварки — лазерная, электронно-лучевая, ионная, световая, диффузионная, ультразвуковая, электромагнитная, взрывная и др., существенно расширились возможности дуговой и контактной сварки.  [c.3]

Для обеспечения свободного движения электронов от катода к аноду и далее к изделию, для тепловой и химической изоляции катода, а также для предотвращения возникновения дугового разряда между электродами в установке для сварки создается глубокий вакуум порядка 133-10 Па, обеспечиваемый вакуумной насосной системой установки.  [c.16]

Сцепление адсорбированных газовых молекул с металлом достаточно велико, и только в глубоком вакууме при давлении ниже Па поверхность металла может оставаться юве-  [c.136]

Значительная его часть работает в жестких условиях при температуре от -160°С до +1200°С и давлении от глубокого вакуума до 3000 кгс/см и более с различными продуктами, вызывающими большую скорость коррозии и эрозии металлов.  [c.162]

Более глубокий вакуум (2-10 мм рт.ст.) используют в исследовательских работах и в различных областях техники. Например, физические свойства (ползучесть) сплавов из тугоплавких металлов (сплав ниобия и циркония FS-85) для космической техники  [c.250]

Поддержание глубокого вакуума является одним из важнейших требований эксплуатации паросиловых установок, обеспечивающих их экономичность однако, так же как и в отношении начального давления, необходимо иметь в виду, что истинной причиной повышения термического к. п. д. является понижение конечной температуры пара 1.р, понижение давления р является лишь внешне более заметным фактором.  [c.580]

В паровом пространстве конденсаторов паросиловых установок достигается вакуум 95—98%. Образующийся в этих условиях конденсат имеет температуру 22—33 °С. Хотя температура конденсата невысока, он вследствие глубокого вакуума находится в состоянии, близком к кипению (степень переохлаждения конденсата находится обычно в пределах 0,5—1,5°С). Поэтому конденсатный насос дол-254  [c.254]

Понижение конечного давления пара Р2 при неизменных р1 и /1 также позволяет повысить термический КПД цикла паросиловой установки. Однако получение глубокого вакуума в конденсаторе ограничивается температурой охлаждающей воды, которая зависит от времени года и района расположения установки. Обычно в конденсаторе поддерживается давление рг около 0,003—0,005 МПа, что соответствует температуре насыщения 24—33°С. Естественно, что температура охлаждающей воды должна быть ниже, чтобы обеспечить конденсацию пара и отвод теплоты.  [c.210]

Предварительно вакуумированные пьезометры / и 2 заполняют исследуемым газом через клапан В1. Далее закрывают клапан В2 на линии, соединяющей пьезометры, и в пьезометре 2 с помощью вакуумного насоса 4 создается глубокий вакуум.  [c.142]

Следовательно, работа паросиловой установки связана с поддержанием в конденсаторе паровой турбины относительно глубокого вакуума (97…96 %). С ухудшением вакуума (повышением р ), как следует из рис. 7.8, термический к. п. д. цикла падает.  [c.121]

Современная техника —это прежде всего техника больших скоростей, высоких и сверхвысоких давлений или, наоборот, предельно, глубокого вакуума, техника высоких и сверхвысоких температур.  [c.5]

Электронно-лучевые печи применяются для получения особо чистых сталей, тугоплавких металлов и сплавов. В электронно-лучевых печах (рис. 3.31) происходит превращение кинетической энергии разогнанных до больших скоростей электронов в теплоту при их ударе о поверхность нагреваемого металла. Электроны генерируются электронной пушкой при глубоком вакууме (около 0,1 Па). КПД электронно-лучевой печи составляет 8 —10 %.  [c.175]

Широкое применение паровых турбин объясняется рядом преимуществ их по сравнению с другими тепловыми двигателями. Основными из них являются возможность осуществления агрегатов с большой единичной мощностью, высокая экономичность и надежность работы, относительно небольшие габариты, возможность непосредственного соединения с электрическим генератором, воздухо- и газодувками, а также применения пара высоких начальных параметров и глубокого вакуума.  [c.326]

Кроме того, конструкции некоторых гироприборов должны обеспечивать надежную работу в условиях повыщенной радиации и глубокого вакуума, а также при больших линейных и вибрационных ускорениях платформы, на которой установлен гироприбор.  [c.363]

Еще лучшими свойствами обладают вакуумно-многослойные и вакуумно-по-рошковые теплоизоляционные материалы. Перенос теплоты теплопроводностью через поры в таких теплоизоляторах уменьшается путем создания глубокого вакуума, а для уменьшения переноса теплоты излучением служит либо порошок, либо ряд слоев фольги с малой степенью черноты, выполняющих роль экранов. Вакуумно-многослойная теплоизоляция сосудов для хранения сжиженных газов имеет эффективный коэффициент теплопроводности Хэф  [c.102]

Непрерывный научно-технический прогресс невозможен без создания новых материалов, отвечающих современным требованиям, которые предъявляются к их эксплуатационным свойствам и параметрам. Так, производство машин немыслимо без использования особо чистых металлов, высокопрочных сплавов, металлокерамики, пластмасс и других неметаллических материалов. При этом большое значение приобретает прочность и надежность металлов и других материалов, испТзльзуемых в условиях сверхвысоких давлений, температур, скоростей, глубокого вакуума.  [c.3]

В условиях, когда применение жидких масел невозможно (работа при высоких или нтких температурах, при радиации, в химически агрессивных средах, глубоком вакууме) или неэффективно (при колебательных движениях малой амплитуды, при ударных и высокочастотных нагрузках), применяют сухопленочиые смазки на основе сульфидов, селе-нидов и теллуридов Мо. W, V и др. со связками металлических Ре, N1, Ag, Аи. Коэффициент трения сочленений с сухоплеиочными смазками / 0,1 0,25.  [c.31]

При электрическом способе распыления (разд. 3.8) диэлектрических жидкостей в интенсивном электрическом поле образуются коллоидные частицы. Шульц и Брансон [690] показали, что диэлектрическую жидкость с очень низким давлением насыщенного пара, такую, как диоктилфталат (масло), можно распылять электростатическим способом в глубоком вакууме как заряженную ко.ллоидную струю. Для этого масло подают к острию иглы или кромке ножа при потенциале до -Ь20 кв. В обозрении Шульца и Виха [691] указывалось, что электростатическое давление Рд, под действием которого жидкость распыляется или разбрызгивается, определяется по уравнению (2.716)  [c.444]

Рассмотрим, например, расчет пластины, работающей в глубоком вакууме (74]. На рис. 5-1 показана математическая модель пластины с покрытием. При анализе теплопередачи будем считать температурное поле в сечении равномерным и одномерным, что при малом отношении толн ины к длине дает достаточно точные результаты. В случае одномерности предполагается, что температурный градиент покрытия в направлении х является очень малым по сравнению с температурным градиентом покрытия, нормальным к поверхности. Следовательно, в покрытии рассматривается только составляющая теплового потока от пластины к окружающей среде и все тепло в направлении х проходит по металлу подложки. Введем следующие предположения передача тепла окружающей среде происходит только излучением среда имеет температуру, равную 0 К радиационная поверх-  [c.111]

Задача № 62. В инерционном аккумуляторе Уфимцева (1918 г.) для ветроэлектрических станций стальной диск вращается в глубоком вакууме, делая 20 ООО об/мин. Предоставленный самому себе, он продолжает вращаться в течение двух недель. Определить е диска, считая вращение равнозамедленным.  [c.170]

При экспериментировании в отсутствие в поровом пространстве связанной воды, после достижения глубокого вакуума при включенном вакуум-насосе, избыточным давлением в колонку-кернодержатель и с крайне малыми скоростями насыщала поровое пространство исследуемого образца пористой среды (см. рис. 1). Вакуум-насос отключался в момент появления в колбе Тищенко- .5 опытной жилкости. После атого последнюю в течение нескольких часов при низких давлениях фильтровали через пористую среду для наиболее полного насыщения ее.  [c.28]

В отличие от дуговой плавки с расходуемым электродом элскт-ронно-лучсвой нагрев позволяет расплавлять кусковой материал, в том числе и отходы применяемых сплавов, производить легирование сплава введением легирующих компонентов в твердую шихту или в расплавленный металл в ходе плавки. При этом представляется возможн[)1м выдерживать расплав в течение любого времени и перегревать его до необходимой температуры. Кроме того, электронный нагрев позволяет создавать глубокий вакуум непосредственно над зеркалом ванны жидкого металла для максимальной очистки его от вредных примесей.  [c.313]

Одним из надежно установленных астрофизикой фактов является однородность и изотрогщость видимой части Вселенной — Метагалактики. Это означает, что в каждый даиный момент времени ее свойства одинаковы во всех ее точках и не зависят от выбора направления наблюдений. Казалось бы, это противоречит нашим непосредственным наблюдениям, ибо мы хорошо знаем, что в глубоком вакууме космического пространства движутся массивные образования типа планет, звезд. Однако в масштабах Метагалактики принцип однородности и изотропности выполняется достаточно хорошо, так как ее размеры невообразимо велики — порядка 10 км, а размеры наиболее крупных обнаруженных неоднородностей (сверхскоплений Галактик)  [c.58]

Твердые смазки (коллоидальный графит и др.) применяют в распыленном состоянии для подшипников, работающих в особо тя-жлых условиях — глубокий вакуум, очень низкие или очень высокие температуры.  [c.535]

Пример 10.6. В инерщюнном аккумуляторе Уфимцева маховик вращается в глубоком вакууме с частотой 20 000 мин . Предоставленный самому себе, он продолжает вращаться до полной остановки в течение двух недель. Определить угловое ускорение маховика, считая его постоянным.  [c.107]

На ТЭС применяются насосы для откачки конденсата греющего пара из подопревателей низкого давления в линию основного конденсата. Для этой цели используются конденсатные насосы. Указанные насосы обеспечивают перекачку дренажа с температурой до целей конденсатных насосов 125°С. Применение для этих целей конденсатных насосов объясняется тем, что по условиям работы подогревателей давление в них изменяется от глубокого вакуума до незначительного избыточного в зависимости от нагрузки основной турбины.  [c.260]

Высокий уровень развития измерительной техники является необходимым условием научно-технического прогресса. Разработка и изготовление различных изделий, в том числе и аппаратуры связи, требуют проведения большого числа измерений, выполняемых, как правило, с высокой точностью. Для современной науки и техники характерны процессы, протекающие при очень высоких или очень низких температурах, в условиях вибраций и других видов механических нагрузок и перегрузок, высоких давлениях или глубоком вакууме, в самых разнообразных частотных диапазонах, при наличии электромагнитных и радиационных полей. Все это предъявляет к измерительной технике требования no tOHHHOro совершенствования, создания новых методов измерений, повышения точности измерений, их автоматизации. Развитие средств и методов измерений неразрывно связано с их стандартизацией.  [c.79]

Для защиты металла от окисления разливку стали ведут в инертной атмосфере, например, аргона, под слоем синтетического шлака. Для получения сталей особо высокого качества применяют электрошлаковый переплав (ЭШП), плазменнодуговой переплав, электроннолучевой переплав, электродуговой вак уумный переплав. Металл хорошо очищается (рафинируется) от газов и неметаллических включений обработкой шлаком и направленной кристаллизацией жидкого расплава, созданием глубокого вакуума.  [c.82]

Общими характеристиками метода РСМА являются следую1цие. Так как рентгеновское излучение генерируется из более глубоких слоев, чем вторичные электроны (для ЭОС 5-20 А, а для РСМА 0,5-5 мкм), то этот метод более информативен относительно объемного состава или более глубоких слоев. Анализы можно выполнять в менее глубоком вакууме, чем в ЭОС (для РСМА 6( 1О -1О ), для ЭОС (10 -10 Па), что связано с высокой проникающей способностью рентгеновских лучен. Это могут быть как качественные, так и количественные измерения с регистрацнен примесей с чувствительностью  [c.156]

Твердые смазочные материалы (графит, тальк, слюда и др.). Применяют при высоких и низких температурах, в агрессивных средах, при глубоком вакууме, когда по условиям работы подпгапников нельзя применить жидкие и пластичные материалы (текстильная, пищевая и другие области промышленности). Твердые смазочные материалы эффективны также и в обычных условиях в качестве добавки к жидким маслам для увеличения нротвозадирной стойкости, которая достигается образованием прочной пленки на металлических поверхностях, защищающей их от схватывания.  [c.306]

Несмотря на то, что в настоящее время осуществляется массовое освоение высоких и сверхвысоких параметров пара (р1 = 23… 30 МПа = 570…600 °С) и глубокого вакуума в конденсаторе (97 %, или р2 = 0,003 МПа), термический к. п. д. цикла Ренкина не превышает 50 %. В реальных установках доля полезно используемой теплоты еще меньше из-за потерь, связанных с внутренней необратимостью термодинамических процессов. В связи с этим были предложены различные способы повышения тепловой эффективнс.с-тп паросиловых установок, в частности предварительный подогрев питательной воды за счет отработавшего в турбине пара (регенеративный цикл), вторичный перегрев пара (цикл со вторичным перегревом), комбинированное использование теп.яоты (теплофик цн-онный цикл).  [c.122]

Лучистая энергия, излучаемая нагретым телом в пространство, падает на другие тела и в общем случае частично поглощается ими, частично отражается и частью проходит сквозь тело. Отраженная телом и прошедшая сквозь него часть лучистой энергии рассеивается в окружающем пространстве. Таким образом, лучистый теплообмен, или передача тепла лучеиспусканием от одних тел к другим, связан с двойным преобразованием энергии теплоты — в лучистую энергию и обратно — лучистой энергии в теплоту. Лучеиспускают не только горячие твердые тела, но и трехатомные и многоатомные газы (углекислота, водяной пар и др.). В теплотехнике широко используются продукты сгорания или дымовые газы, образующиеся при сжигании топлива. Тепло от этих газов передается поверхности нагрева не только конвекцией, но и лучеиспусканием. В теплоэнергетических установках протекает сложный теплообмен всеми видами распространения тепла. В жидкостях конвекция сопровождает теплопроводность и совместный теплообмен называют конвективно-кондуктивным, в газах совместно протекает конвективнорадиационный теплообмен. Теплообмен излучением без конвекции в технических установках может протекать при глубоком вакууме ([c.136]

Для получения глубокого вакуума паровые эжекторные установки выполняют двухступенчатыми, а для турбин мощностью 50 Мет и больше — трехступенчатыми. Схематически трехступенчатый паровой эжектор представлен на рис. 31-21. Давление паро-воздушной смеси повышается от атмосферного последовательно в трех установленных одна за другой ступенях эжектора.  [c.363]

---

mash-xxl.info

Выбор насосов для получения сверхвысокого вакуума

Все высоковакуумные насосы могут успешно использоваться для систем создания сверхвысокого вакуума. Однако следует отметить, что многие модели насосов не могут подвергаться термической обработке до тех температур, которые требуются для быстрой дегазации. Поэтому важно минимизировать ту часть системы, которая не может быть эффективно дегазирована, а также обеспечить адекватную быстроту откачки для более высокого газовыделения из этой части. Эти насосы все больше используются для получения сверхвысокого вакуума, в особенности в системах, которые редко вентилируются до атмосферного давления. В таких видах применения первоначальная откачка системы может затягиваться, поскольку поверхности насоса и смежных элементов остаются при слишком низкой температуре для быстрого газовыделения, но как только будет достигнуто удовлетворительное предельное остаточное давление, система остается непрерывно в диапазоне сверхвысокого вакуума до тех пор, пока не произойдет отказ или не потребуется профилактическое техническое обслуживание. Например, в производственных системах осаждения тонкой пленки и системах анализа поверхности образцы вводятся и удаляются из вакуумной камеры посредством использования системы загрузочного шлюза, который постоянно сводит к минимуму приток газа.

Ниже кратко рассмотрено использование уже описанных насосов для получения сверхвысокого вакуума, а также их соответствие конкретным условиям эксплуатации.

Диффузионные насосы

Значения давления в нижнем диапазоне 10^-10 или в высоком диапазоне 10^-11 мм рт. ст. могут быть получены с помощью трех- или четырехступенчатого насоса совместно с эффективной ловушкой, охлаждаемой жидким азотом. Для того чтобы предотвратить обратный поток масла,такая ловушка должна обеспечивать условия, при которыхлюбая молекула масла совершала бы два или более столкновений на поверхности, непрерывно охлаждаемой до температуры жидкого азота. Значения давления в диапазоне 10^-9 мм рт. ст. можно получить с помощью только водоохлаждаемой перегородки и рабочей жидкости с низким давлением пара либо типа полифенил эфира или силикона, в вакуумных камерах силикона. Диффузионные насосы эффективны в равной степени для всех газов, производители предлагают такие насосы с очень большой быстротой действия, поэтому они представляют собой подходящие насосы общего назначения для систем всех размеров. Однако удовлетворительная эксплуатация требует непрерывного технического обслуживания системы электрического нагревания, водяного или воздушного охлаждения, поддержания форвакуумного давления ниже какого-то критического уровня (часто ~0,5 мм рт. ст.) и охлаждения ловушки жидким азотом. Невыполнение любого из этих пунктов в результате приводит к загрязнению системы маслом. Очевидно, что профилактическое обслуживание является критическим фактором.

Загрязнение маслом системы с диффузионными насосами наиболее часто представляет собой результат предварительного разрежения системы до слишком низкого давления посредством механического насоса с масляным уплотнением без ловушки. Это легко можно предотвратить путем переключения на диффузионный насос, когда давление форвакуумной линии все еще находится в области вязкостного потока, или же путем использования соответствующим образом обслуживаемой эффективной ловушки форвакуумной линии.

Ограничения термической обработки, описанные выше, являются особенно жесткими для комплекса диффузионного насоса/ловушки, охлаждаемой жидким азотом, поэтому достижение предельного давления может представлять собой неприемлемо продолжительный процесс.

Рекомендация. Из-за многочисленности факторов, которые могут влиять на работу данного насоса, в связи с трудностями, возникающими при дегазации насоса и ловушки, а также учитывая большую вероятность загрязнения маслом, диффузионные насосы не рекомендуются для создания сверхвысокого вакуума. Исключением может быть потребность в низких капитальных затратах (имея в виду, что эксплуатационные затраты будут высокими) или в очень большой быстроте откачки.

Крионасосы

Крионасос обеспечивает неселективный и характерный чистый метод откачки до сверхвысокого вакуума. Легко достигается очень большая быстрота действия, а простота устройства позволяет добиться надежной эксплуатации. Возможности откачки гелия, водорода и неона очень ограничены по сравнению с такими возможностями для всех других газов, но это редко представляет собой проблему в системе сверхвысокого вакуума. Главный недостаток таких насосов заключается в том, что откачиваемые газы выпускаются очень быстро, в течение 10 минут после прерывания электроснабжения, так что быстродействующий, герметичный, поддающийся термической обработке клапан является существенным для изоляции системы во время такой аварийной ситуации и для использования во время плановой регенерации насоса.

Ранее описанные ограничения термической обработки также относятся к крионасосу, хотя проблема является гораздо менее сложной, чем для диффузионного насоса. Дело в том, что большая часть крионасоса в сборе работает при низких температурах и автоматически обеспечивает, уменьшение скорости дегазации, как только запускается насос.

При процедурах предварительного разрежения как крионасоса, так и вакуумной системы нельзя допускать загрязнения, так что те же самые соображения, относятся и к данному случаю.

Рекомендация. Данный насос представляет ценность в тех случаях, когда существенной является очень большая быстрота действия. Главные проблемы этого насоса связаны с ограничениями температуры термической обработки и быстрым выпуском ранее откачанного газа в случае отключения электроэнергии. Крионасос может откачивать только небольшие количества гелия, прежде чем ему потребуется регенерация, и ни в коем случае не должен использоваться, если отсутствует значительный приток этого газа.

Турбомолекулярные насосы

Турбомолекулярный насос обеспечивает неселективный, чистый метод откачки до сверхвысокого вакуума, сочетая простоту эксплуатации и высокую надежность. Современные насосы ограничены максимальной быстротой действия 10 000 л/с, но для большинства случаев применения сверхвысокого вакуума это не является проблемой. Термообработка вакуумной системы является гораздо меньшим ограничением, чем для двух предыдущих насосов. Например, для одного коммерческого насоса температура на установочном фланце 160 °С является допустимой.

Хотя насосы эффективны дли всех газов, следует отметить ограничение при откачке водорода, одного из главных остаточных газов в системе сверхвысокого вакуума. Степень сжатия данного газа всегда меньше, чем для всех других газов, зачастую она опускается до 600 в стандартном турбомолекулярном насосе, в результате создавая предел минимального остаточного достижимого давления водорода. Например, если необходимо поддерживать парциальное давление водорода равное 1 * 10^-10 мм рт. ст. в вакуумной камере, парциальное давление водорода форвакуумной линии должно поддерживаться на уровне ~6* 10^-8 мм рт. ст. или ниже. Некоторые механические насосы с масляным уплотнением не могут выполнить данное требование и фактически генерируют водород посредством распада масла. В критических случаях проблема решается добавлением сублимационного титанового насоса (см. подраздел 2.7.4.1) к вакуумной камере. Альтернативным и предпочтительным вариантом является использование турбомолекулярного насоса широкого диапазона, в котором турбоступень поддерживается молекулярной вакуумной ступенью, обеспечивая степень сжатия водорода, доходящую до 107. Дополнительное преимущество заключается в том, что в насосных системах может использоваться безмасляный диафрагменный форвакуумный насос, тем самым исключающий любую возможность загрязнения маслом изданного источника.

Рекомендация. Для общих видов применения сверхвысокого вакуума турбомолекулярный насос, вероятно, представляет собой наилучший выбор среди насосов. Возрастающая надежность систем подшипников, наличие насосов с магнитными подшипниками и комбинированных высоковакуумных турбомолекулярных насосов являются важными факторами для рекомендации данного насоса. Возможность подвергать насос даже ограниченной термообработке позволяет обеспечивать оптимальную дегазацию всей системы, в особенности потому, что данная термообработка может выполняться при работающем насосе. Основная трудность, которую следует учитывать, заключается в том, что отключение электроэнергии приводит к потере быстроты действия в течение 1-2 мин. по мере замедления вращения ротора насоса, и на такой крайний случай для изоляции камеры сверхвысокого вакуума от линии откачки должен присутствовать быстродействующий, герметичный, поддающийся термообработке клапан.

Магнитные электроразрядные вакуумные (гетгерно-ионные) насосы

Магнитные электроразрядные насосы, особенно подходят для получения сверхвысокого вакуума при условии, что производительность по газу является относительно низкой. В силу простоты конструкции и отсутствия движущихся деталей они высоконадежны, легко дегазируются и обеспечивают практически бесперебойную эксплуатацию.

Их недостатки включают в себя высокую селективность откачки различных газов, значительное уменьшение быстроты действия при самых низких значениях давления, а также высокие первоначальные затраты. Они не имеют большой быстроты действия и не подходят, если необходимо откачивать очень большие количества газа главным образом потому, что такие виды применения приводят к сокращению срока службы.

Рекомендация. Магнитный электроразрядный насос, вероятно, представляет собой наилучший вариант для общих случаев применения сверхвысокого вакуума, если необходимо, чтобы низкое давление сохранялось постоянно. Он обеспечивает условия практически бесперебойной работы и имеет самый продолжительный срок службы при низких значениях давления. Однако если система должна часто совершать цикл переключения на атмосферное давление или если насос должен выдерживать значительную газовую нагрузку, например аргона в системе металлизации напылением, срок службы будет сокращаться, и более подходящим вариантом мог бы быть турбомолекулярный насос.

Сублимационные насосы

Сублимационные насосы обеспечивают откачку химически активных газов с большой быстротой при относительно низких капитальных и эксплуатационных затратах. Они не откачивают редкие газы или метан и аналогичные высокостабильные органические молекулы, поэтому должны использоваться совместно со вторым насосом, наиболее часто с сорбционно-ионным насосом, который эффективно откачивает такие газы.

Рекомендация. Сублимационный насос является незаменимым в обеспечении очень большой быстроты откачки химически реактивных газов. Насос не содержит никаких движущихся деталей, что обеспечивает высокую надежность. Обычно он представляет собой неотъемлемую часть вакуумной камеры для дегазации и поэтому эффективно дегазируется во время термической обработки. Наиболее часто используемый совместно с сорбционно-ионным насосом, он также полезен в сочетании со стандартным турбомолекулярным насосом, когда требуется очень низкое остаточное парциальное давление водорода.

Геттерные насосы без распыления геттера

Эти насосы находят применение как в очень больших системах, так и для откачки малых герметизированных устройств. Если натекающий газ представлен главным образом водородом, дейтерием или тритием, высокоскоростную откачку можно производить при температуре окружающей среды. Насосы получают широкое применение в качестве распределительных насосов в очень больших вакуумных системах, применяемых для изучения процессов в физике высоких энергий. Эти насосы используются для откачки любых химически реактивных газов.

Рекомендация. Геттерные насосы отлично откачивают водород и его изотопы, а также все химически реактивные газы, в частности в тех случаях, когда требуется простое, надежное устройство, работающее при относительно низкой температуре или, в некоторых случаях, при температуре окружающей среды. Комбинация геттерного насоса с сорбционно-ионным насосом может обеспечивать откачку водорода до очень низких значений давления. Общее количество газа, которое может откачиваться до того, как будет насыщен геттер, является весьма низким по сравнению с большинством ранее рассмотренных насосов. Данные насосы не подходят для тех случаев, когда требуется высокая производительность.

vacuumpro.ru