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高温泵的原理与总结
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高温泵(cryopump)
利用高温名义冷凝气体的真空泵,又称冷凝泵。高温泵是失掉肮脏真空的极限压力最低、抽气速率最大的真空泵,宽泛利用于半超导体和集成通路的钻研和生产,以及分子束钻研、真空镀膜设施、真空名义综合仪器、离子注入机和空间模仿安装等上面。MechNet更多常识,请登陆中国机械专家网,http://www.mechnet.com.cn/
抽气原理 在高温泵内设有由液氦或制冷机结冰到极高温度的冷板。它使气体凝聚,并维持凝聚物的蒸汽压力低于泵的极限压力,从而达成抽气作用。高温抽气的重要作用是高温冷凝、高温吸附和高温捕集。①高温冷凝:气体分子冷凝在冷板名义上或冷凝在已冷凝的气体层上,其失调压力根本下等于冷凝物的蒸气压。抽大气时,冷板热度务必低于25K;抽氢时,冷板热度更低。高温冷凝抽气冷凝层薄厚可达10毫米左右。②高温吸附:气体分子以一个单分子层厚(10-8厘米单位级)被吸附到涂在冷板上的吸附剂名义上。吸附的失调压力比相反热度下的蒸气压力低得多。如在20K时氢的蒸气压力等于大气压力,用20K的骨炭吸氢时吸附失调压力则低于10-8帕。那样就可能在较低温度下经过高温吸附来继续抽气。③高温捕集:在抽气热度下使不得冷凝的气体分子,被一直丰富的可冷凝气体层掩埋和吸附。MechNet更多常识,请登陆中国机械专家网,http://www.mechnet.com.cn/
正常说来,泵的极限压力就是冷板热度下的被冷凝气体的蒸气压力。热度为120K时,水的蒸气压已低于10-8帕。热度为20K时,除氦、氖和氢外,其余气体的蒸气压也低于10-8帕。但因为被抽容器和高温冷板的热度相反,泵的极限压力高于冷凝物的蒸气压。关于室温下的容器,高温板为20K时,泵的极限压力约为冷凝物蒸气压力的4倍。
类型 高温泵分为注入式液氦高温泵和闭路轮回气氦制冷机高温泵两种。
①注入式液氦高温泵:重要由液氦容器、泵体和联接隔板的液氮腔体等全体组成。为了缩小液氦消费,液氦容器的外壁采纳双层保鲜壁并在其间抽成真空。当泵被预抽到10-6帕压力时灌入液氮和液氦,气体凝聚在4.2K的作业冷板上。经预抽使氦氢分压到10-12帕单位级,故泵可失掉10-11帕以次的极限压力。那末把液氦容器抽真空减压到6650帕,液氦热度可降到2.3K,则可失去更低的极限压力。
②闭路轮回气氦制冷机高温泵:它是70年岁涌现的新型高温泵(图)。这种泵不消费氦气、操作简便,易于培修,利用日渐宽泛。制冷机的制冷介质为气氦,一级冷板热度为50~100K,用来冷凝水蒸汽和预冷其余气体;二级冷板热度为10~20K,用来冷凝氮、氧和氩等气体。在二级冷板的内名义涂以骨炭。骨炭的比名义积为500~2500米2/克,在高温下对氦、氖和氢有很强的吸附威力。冷板由无氧铜制成,名义抛光达成镜面水平,以减小辐射系数。泵的极限压力为10-7~10-8帕,作业压力规模为10-1~10-7帕,务求预抽压力为1帕。制成的出品抽气速率已达60000升/秒(1升=10-3米3)。另外,尚可依据工艺的特点把抽气冷板调度在被抽容器内,其抽气速率可达成106升/秒之上。
热负载 低油泵的热负载重要是气体的凝聚热和四周壁面对作业冷板的辐射热。凝聚热与气体品种无关,关于80K、133.322帕•升的氮气冷凝在20K冷板上的凝聚热为0.3~0.6焦耳。作业冷板承受的辐射热与四周壁面板热度和作业冷板热度两者4次方之差成反比。因而,4.2K和20K作业冷板均用50~100K的冷板来屏蔽,以缩小作业冷板所承受的辐射热。【MechNet】
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