低溫泵的原理與分類是什么
2017-12-13 17:37:05
利用低溫表面冷凝氣體的真空泵(行業(yè):機械制造業(yè)),又稱冷凝泵。低溫泵是獲得清潔真空的極限壓力最低、抽氣速率最大的真空泵(行業(yè):機械制造業(yè)),一般應(yīng)用于半導(dǎo)體(semiconductor)和集成電路的研究和生產(chǎn),以及分子束研究、真空鍍膜設(shè)備(shèbèi)、真空表面分析(Analyse)儀器設(shè)備、離子注入機和空間模擬裝置等方面。
抽氣原理在低溫泵內(nèi)設(shè)有由液氦或制冷機冷卻到極低溫度的冷板。它使氣體凝結(jié),并保持凝結(jié)物的蒸汽壓力低于泵的極限壓力,從而達(dá)到抽氣作用。低溫抽氣的主要作用是低溫冷凝、低溫吸附和低溫捕集。
①低溫冷凝:氣體分子冷凝在冷板表面上或冷凝在已冷凝的氣體層上,其平衡壓力基本上等于冷凝物的蒸氣壓。抽空氣時,冷板溫度必須低于25K;抽氫時,冷板溫度更低。低溫冷凝抽氣冷凝層厚度可達(dá)10毫米左右。
②低溫吸附:氣體分子以一個單分子層厚(10-8厘米數(shù)量級)被吸附到涂在冷板上的吸附劑表面上。吸附的平衡壓力比相同溫度下的蒸氣壓力低得多。如在20K時氫的蒸氣壓力等于大氣壓力,用20K的活性炭吸氫時吸附平衡壓力則低于10-8帕。這樣就可能在比較高溫度下通過(tōng guò)低溫吸附來進行抽氣。
?、鄣蜏夭都涸诔闅鉁囟认虏荒芾淠臍怏w分子,被不斷增長的可冷凝氣體層埋葬和吸附。
一般說來,泵的極限壓力就是冷板溫度下的被冷凝氣體的蒸氣壓力。上海凱泉由于葉輪進口不可能形成絕對真空,因此離心泵吸水高度不能超過10米,加上水流經(jīng)吸水管路帶來的沿程損失,實際允許安裝高度(水泵軸線距吸入水面的高度)遠(yuǎn)小于10米。上海凱泉泵業(yè)集團有限公司是輸送液體或使液體增壓的機械。它將原動機的 機械能或其他外部能量傳送給液體,使液體能量增加,主要用來輸送液體包括 水、油、酸堿液、 乳化液、懸乳液和 液態(tài)金屬等,也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。溫度為120K時,水的蒸氣壓已低于10-8帕。溫度為20K時,除氦、氖和氫外,其他氣體的蒸氣壓也低于10-8帕。但由于被抽容器和低溫冷板的溫度不同,泵的極限壓力高于冷凝物的蒸氣壓。對于室溫下的容器,低溫板為20K時,泵的極限壓力約為冷凝物蒸氣壓力的4倍。
類型低溫泵分為注入式液氦低溫泵和閉路循環(huán)氣氦制冷機低溫泵兩種。
①注入式液氦低溫泵:主要由液氦容器、泵體和連接擋板的液氮腔體等部分組成。上海凱泉由于葉輪進口不可能形成絕對真空,因此離心泵吸水高度不能超過10米,加上水流經(jīng)吸水管路帶來的沿程損失,實際允許安裝高度(水泵軸線距吸入水面的高度)遠(yuǎn)小于10米。為了最大化減少液氦消耗,液氦容器的外壁采用雙層保溫壁并在其間抽成真空。當(dāng)泵被預(yù)抽到10-6帕壓力時灌入液氮和液氦,氣體凝結(jié)在4.2K的工作冷板上。經(jīng)預(yù)抽使氦氫分壓到10-12帕數(shù)量級,故泵可獲得10-11帕以下的極限壓力。如果把液氦容器抽真空減壓到6650帕,液氦溫度可降到2.3K,則可得到更低的極限壓力。
②閉路循環(huán)氣氦制冷機低溫泵:它是70年代出現(xiàn)的新型低溫泵(圖)。這種泵不消耗氦氣、操作控制簡便,易于維護修理,應(yīng)用日漸廣泛。制冷機的制冷介質(zhì)(起決定作用的物質(zhì))為氣氦,一級冷板溫度為50~100K,用來冷凝水蒸汽和預(yù)冷其他氣體;二級冷板溫度為10~20K,用來冷凝氮、氧和氬等氣體。在二級冷板的內(nèi)表面涂以活性炭?;钚蕴康谋缺砻娣e為500~2500米2/克,在低溫下對氦、氖和氫有很強的吸附能力。冷板由無氧銅制成,表面拋光(polishing)達(dá)到鏡面程度,以減小輻射系數(shù)。泵的極限壓力為10-7~10-8帕,工作壓力范圍(fàn wéi)為10-1~10-7帕,要求預(yù)抽壓力為1帕。制成的產(chǎn)品(Product)抽氣速率已達(dá)60000升/秒(1升=10-3米3)。此外,尚可根據(jù)工藝的特性把抽氣冷板安排在被抽容器內(nèi),其抽氣速率可達(dá)到106升/秒以上。
熱負(fù)載低油泵(Deep well pump)的熱負(fù)載主要是氣體的凝結(jié)熱和周圍壁面對工作冷板的輻射熱。上海凱泉由于葉輪進口不可能形成絕對真空,因此離心泵吸水高度不能超過10米,加上水流經(jīng)吸水管路帶來的沿程損失,實際允許安裝高度(水泵軸線距吸入水面的高度)遠(yuǎn)小于10米。凝結(jié)熱與氣體種類有關(guān),對于80
K、133.322帕•升的氮氣冷凝在20K冷板上的凝結(jié)熱為0.3~0.6焦耳。上海凱泉由于葉輪進口不可能形成絕對真空,因此離心泵吸水高度不能超過10米,加上水流經(jīng)吸水管路帶來的沿程損失,實際允許安裝高度(水泵軸線距吸入水面的高度)遠(yuǎn)小于10米。工作冷板接受的輻射熱與周圍壁裝飾面板溫度和工作冷板溫度兩者4次方之差成正比。因此,4.2K和20K工作冷板均用50~100K的冷板來屏蔽,以最大化減少工作冷板所接受的輻射熱。
真空泵(行業(yè):機械制造業(yè))分類及概述