Обзор современных средств откачки и методов измерения

Стремление избавиться от вакуумных масел и других рабочих жидкостей как основная особенность развития средств вакуумной откачки на протяжении последних лет. Форвакуумные и высоковакуумные средства откачки, их сравнительная характеристика и применение.

Рубрика Производство и технологии
Вид отчет по практике
Язык русский
Дата добавления 11.03.2015
Размер файла 1,2 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Преддипломная практика

Обзор современных средств откачки и методов измерения

1. Форвакуумные средства откачки

Основной особенностью развития средств вакуумной откачки на протяжении последних лет является стремление избавиться от вакуумных масел и других рабочих жидкостей. Эта тенденция настолько сильна, что получает развитие даже в таких областях применения вакуумной техники, где этим вопросам до последнего времени не уделяли много внимания - прежде всего, в вакуумной металлургии.

В табл. 1 показаны основные типы безмасляных механических форвакуумных насосов для промышленного использования, их типичные характеристики и производители.

Табл. 1

Принцип действия

Основные производители

Предельный вакуум, мбар

Диапазон быстроты действия, м3

Когтевой (со ступенью Рутса)

Busch, Edwards, PG Pedro Gil

0,05

80-600

Винтовой

Busch, Ebara, Edwards, Hanbell, Kashiyama, Leybold (LOT Vacuum), Pfeiffer, Shinko Seiki, Sterling SIHI, Toyota, Ulvac, SVC ScrewStar

0,001

75-1300

Многоступенчатый Рутса

Adixen (Alcatel), Kashiyama, PG Pedro Gil

0,01

90-220

Спиральный безмысляный насос

Geowell (Вактрон)

0,01

7-60

Многие производители устанавливают на форвакуумный насос дополнительный насос Рутса, в результате чего примерно на порядок вырастает предельный вакуум, и до нескольких раз - производительность. Так, характерная производительность таких систем обычно 600-2500 м3/ч, а предельный вакуум - 0,005-0,0001 мбар. Кроме того, существуют специальные решения для откачки камер больших объемов или для работы с высокими газовыми нагрузками с производительностью в десятки тысяч м3/ч.

Лидирующими технологиями в данной области являются когтевые, винтовые и многоступенчатые насосы Рутса. Это полностью бесконтактные насосы, откачка в которых обеспечивается вращением роторов специальной формы, зазоры между которыми очень малы - до микрометров, поэтому уровень обратного потока газа также крайне мал. Форма роторов когтевого насоса показана на рис. 1, винтового - на рис. 2, а многоступенчатого Рутса - на рис. 3.

Рис. 1. Когтевой форвакуумный насос

Рис. 2. Роторы винтового насоса

Рис. 3. Многоступенчатый насос Рутса

Когтевой насос выполняется в виде многоступенчатой (обычно состоящей из 3 или 4 ступеней) машины, где одной из ступеней является двухроторная ступень Рутса, остальные - когтевые. Главным игроком и обладателем патента на данную конструкцию является компания Edwards.

Винтовые насосы имеют несколько вариантов конструкции - с переменным и постоянным шагом, с напуском газа в торце и в центре роторов, вертикальные и горизонтальные. Такое многообразие конструкций обусловлено тем, что данная технология развивалась наиболее бурно, так как развитие когтевой конструкции было ограничено патентом Edwards. В настоящий момент винтовые насосы обеспечивают, пожалуй, наилучшие технические и эксплуатационные характеристики среди всех безмасляных конструкций (табл. 1), поскольку Edwards начал выпуск и винтовых насосов. Наиболее заметными игроками в данной области являются японские Ebara и Ulvac, имеющие хорошие позиции в Японии и Азии, корейский LOT Vacuum, распространенный в Южной Корее и Европе (под брендом Leybold), а также тайваньский «азиатский тигр» Hanbell, стремительно занимающий лидирующие позиции в Тайване, где сконцентрировано сейчас основное производство полупроводников, кремниевых пластин и плоскопанельных дисплеев, Китае, где активно развиваются данные отрасли, а также выходит на рынки Европы и США. В вакуумной металлургии активные позиции имеют винтовые насосы SIHI.

Еще одной технологией безмасляных форвакуумных насосов для промышленного использования является конструкция, объединяющая несколько ступеней Рутса. Основными игроками здесь являются японская Kashiyama и французский Adixen (Alcatel). Данная технология не получила такого активного, как винтовая, развития в силу своей наибольшей среди других конструкций «чувствительности» к грязным и тяжелым, с эксплуатационной точки зрения, технологическим процессам. Данная конструкция предполагает достаточно сложную и длинную конструкцию вакуумных трактов между ступенями, где могут накапливаться нежелательный конденсат и чужеродные частицы, откачиваемые вместе с рабочим газом. Указанные типы насосов широко применяются в промышленных приложениях таких отраслей как металлургия, химическая промышленность, полупроводники, установки роста кристаллов, плоскопанельные дисплеи и др.

Для лабораторных и «чистых» приложений используются безмасляные форвакуумные спиральные насосы (рис. 4). Поскольку их развитие ограничивается в основном лабораторными системами, характерный диапазон быстроты действия составляет от 3 до 35 м3/ч. Предельный вакуум, обеспечиваемый такими насосами обычно составляет 0,01 мбар. Наиболее заметными игроками в данном сегменте являются компании Anest Iwata, родоначальник данной конструкции насосов, имеющая самую широкую линейку с производительностью до 60 м3/ч, Varian, Edwards, Busch, также занимающие заметную долю этого рынка. Надо сказать, что многие компании предлагают насосы Anest Iwata под собственными брендами - такие как, например, Leybold (Oerlikon) и Ulvac.

Рис. 4. Безмасляный форвакуумный спиральный насос

Табл. 2. Основные технические характеристики винтовых насосов Screwstar

Модель

SS150

SS300

SS400

SS800

SS1500

Быстрота откачки 50/60 Гц, м3/ч

110/130

250/300

330/400

660/800

1250/1500

Предельное остаточное давление, мм рт. ст.

7.5 X 10-3

Мощность привода 50/60 Гц, кВт

2.2/3.7

5.5/5.5

7.5/11

15/15

30/37

Уровень шума, дБ

79/85

Максимальная скорость вращения 50/60 Гц, об/мин

2900/3500

1450/1750

Диаметр условного прохода входного / выходного фланца, мм стандарт фланца JIS B2220

40/40

50/40

65/50

100/65

125/80

Объем масла, л

1

2

2

2,5

8

Тип трансмиссионного масла

Shell Turbo Oil T-46

Mobil SHC629 (для тяжелых условий эксплуатации)

Тип смазки консольных подшипников

Mobile 1 Grease (для промышленных применений)

Fomblin RT15 (для химических применений)

Расход газа для продувки уплотнения вала, нл/мин

5 ~ 15

15 ~ 25

Давление продувочного газа, атм

1,3-1,5

Тип соединения для подключения продувки уплотнения вала

Резьба G1/4

Расход охлаждающей воды, нл/мин

5 ~ 10

10 ~ 15

10 ~ 15

15 ~ 20

30 ~ 40

Температура охлаждающей воды мин/макс,?

5 ~ 35

Максимально допустимое давление воды, атм. изб.

10

Номинальные потери давления воды, атм.

2

Тип соединения для подключения охлаждающей воды

Резьба G1/2

Рекомендуемое время прогрева насоса, мин

40

Тип уплотнения вала

HV (на стороне к вакууму): Двойное манжетное уплотнение

LV (на стороне к выхлопу): Манжетное + Механическое уплотнение (с продувкой азотом). Под заказ может быть выполнено Двойное манжетное уплотнение (с продувкой азотом)

DE (по приводящему валу): Масляное уплотнение

Табл. 3. Технические характеристики спиральных безмасляных насосов

Модель

GWSP1000

GWSP600

GWSP300

GWSP150

Быстрота откачки

50 Гц

л/с

16.6

8.7

4.3

2.0

л/мин

996.0

522.0

258.0

120.0

м3

59.8

31.3

15.5

7.2

cfm

35.8

18.7

9.3

4.3

60 Гц

л/с

19.9

10.4

5.1

2.4

л/мин

1194.0

624.0

306.0

144.0

м3

71.6

37.4

18.3

8.6

cfm

42.8

22.3

10.9

5.1

Предельное остаточное давление

Па

?1.0

?1.0

?2.6

?8.0

мм рт. ст.

?7.5Ч10-3

?7.5Ч10-3

?1.9Ч10-2

?6.0Ч10-2

мбар

?1.0Ч10-2

?1.0Ч10-2

?2.6Ч10-2

?8.0Ч10-2

psi

?1.4Ч10-4

?1.4Ч10-4

?3.8Ч10-4

?1.2Ч10-3

Максимальное натекание

1Ч10-5 Па·м3

Максимальное давление

на впуске / выпуске

МПа

0.1 /0.13

Модель

GWSP1000

GWSP600

GWSP300

GWSP150

Диапазон температуры окружающей среды

?/?

5Ѓ`40/41Ѓ`104

Максимальная скорость откачки паров газа

гр/ч

60

50

Двигатель

Мощность

кВт / л.с.

1.50/2.00

0.75/1.00

0.55/0.74

0.25/0.30

Напряжение

VAC

380/220

380/220

220

380/220

220

220

Частота вращения

Об/мин

1410

Уровень шума

dB(A)

?63

?63

?63

?57

Тип входного и выходного фланцев

мм

KF40/16Ч2

KF40/16

KF25/16

KF25/16

Габаритные размеры

мм

580x360x400

520x316x360

490x290x340

430x250x280

Масса

кг

52

36

32

18

Тип охлаждения

Охлаждение воздухом

Другое

Наличие газобалласта

Серия насосов RVB отличается тем, что рассчитана на меньший диапазон производительности, и также обладает всеми конструктивными достоинствами, как и у «старшей» линейки насосов RNVB.

Табл. 5. Основные технические характеристики насосов Рутса RVB

Модель RVB

20-10

20-20

21-20

21-30

22-20

22-30

23-20

23-30

Быстрота откачки, м3

200

280

500

740

1000

1430

2000

2880

Рекомендованная мощность привода, кВт

0,75

1,1

2,2

3,0

4,0

4,0

5,5

750

Тип электродвигателя и параметры электросети

АС КЗР TEFT 220/380В 50Гц

АС КЗР TEFT 3ф. 380В 50Гц

Частота вращения номинальная, об/мин

3000

Обеспечиваемый перепад давления, мбар

130

80

80

80

80

66

50

40

Диаметр входного / выходного фланца, мм

50

80

100

100

100

150

150

150

Расход воды на охлаждение, нл/час

60

60

80

80

100

100

120

120

Диапазон рабочих давлений, мм рт. ст.

от 100 до 10-4

Продувка уплотнений вала

Для откачки агрессивных химических или запыленных сред рекомендуется продувка уплотнений валом АЗОТом

Расход на продувку составляет 5-15 нл/мин

Тип уплотнений вала

По умолчанию - с манжетными уплотнениями Simrit Viton

Под заказ возможно изготовление с торцевые механические уплотнения:

Масса без мотора, кг

62

76

115

135

208

245

320

360

Табл. 6. Основные характеристики двухступенчатых пластинчато-роторные вакуумных насосов

Характеристики насосов серии W2V.

Модель насоса

Быстрота откачки (50 Гц), м3/ч

Предельное остаточное давление, Па с закрытым газобалластом

Предельное остаточное давление, Па с открытым газобалластом

Масса кг

Входной фланец

Выходной фланец

Габаритные размеры, мм

Малогабаритные насосы

Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V05

2,4

6,7x10-1

6.7

14

NW16

NW16

120х374х200

Лабораторные насосы

Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V10

5

6,7x10-2

6,7

19

NW25 

(Ф26)

NW25 

(Ф26)

150х398х251

Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V20

10

6,7x10-2

6,7

21

NW25 

(Ф26)

NW25 

(Ф26)

150x434x251

Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V40

20

6,7x10-2

6,7

29

NW25 

(Ф26)

NW25 

(Ф26)

170x490x293

Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V60

30

6,7x10-2

6,7

51.5

NW40 

(Ф36)

NW40 

(Ф36)

206x609x313

Промышленные насосы

Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V80

40

6,7x10-2

6,7

67

NW40 

(Ф36)

NW40 

(Ф36)

226x624x346

Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V100

50

6,7x10-2

6,7

80

NW40 

(Ф36)

NW40 

(Ф36)

264x664x442

Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V150

75

6,7x10-2

6,7

110

NW40 

(Ф36)

NW40 

(Ф36)

256x777.5x420.7

Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V180

90

6,7x10-2

6,7

120

NW40 

(Ф36)

NW40 

(Ф36)

256x777.5x420.7

2. Высоковакуумные средства откачки

форвакуумный откачка масло

В данной области также прослеживается четкое стремление избавиться от масел и рабочих жидкостей. Например, несмотря на дешевизну диффузионных насосов, их использование пытаются максимально сократить во многих областях, до последнего времени считавшихся нечувствительными к остаточным парам рабочих жидкостей в вакуумной камере - электротермическое оборудование, вакуумные печи и т.п. Там, где полный отказ невозможен или слишком дорог используются различные ловушки, снижающие количество масляных паров в рабочей области.

Наиболее активно развивающимися высоковакуумными безмасляными откачными средствами являются турбомолекулярные и криовакуумные насосы. Магниторазрядные насосы в последние годы развивались не столь сильно, в силу специфичности приложений их использования и ограниченности их производительности в 1000-1200 л/с. Однако, нужно отметить, что данный тип насосов активно используется в приложениях, где необходимо получать высокий и сверхвысокий вакуум (до 10-10 торр) и удерживать его длительное время (например, несколько месяцев) - ускорительно-накопительные системы, физика элементарных частиц и т.п.

В области турбомолекулярных насосов можно отметить сразу несколько тенденций:

· активное распространение гибридных конструкций, объединяющих турбомолекулярную и молекулярную ступени. Это позволяет лучше откачивать легкие газы, такие как гелий и водород, и увеличивать максимально допустимое давление в форвакуумной линии. В настоящий момент доступны модели насосов, имеющие штатное постоянное давление в форвакуумной линии до 10-12 мбар;

· доминирование насосов на магнитном подвесе ротора (рис. 5). Данная технология позволяет существенно увеличить наработку на отказ подшипников ротора, поскольку он вращается, левитируя в вакууме в магнитном поле, и трение полностью отсутствует. Эти насосы полностью гарантируют технологический процесс от попадания даже единичных молекул смазки, поскольку она совершенно отсутствует, в отличие от насосов с жидкой или консистентной смазкой, которая хоть и находится внутри закрытых керамических подшипников и обладает крайне малым давлением насыщенных паров - обычно уровня 10-14 мбар, все же допускает теоретическое попадание одиночных молекул в откачиваемый объем. Хотя и данные турбомолекулярные насосы обычно называют безмасляными, поскольку при их работе крайне низка вероятность попадания даже одиночных молекул смазки в откачиваемый объем. Насосы с магнитным подвесом ротора более чувствительны к резкому росту давления в вакуумной камере («прорыву атмосферы»), поскольку их роторы испытывают в том числе и ударную нагрузку при посадке на полной скорости на резервные подшипники. Обычно производители оговаривают характерное количество таких аварийных посадок до необходимости технического обслуживания - оно может составлять от нескольких десятков до нескольких сотен.

В данном сегменте свою долю имеют все ведущие производители вакуумного оборудования - Alcatel, Busch, Edwards, Leybold, Pfeiffer, Osaka Vacuum, Shimadzu, Ulvac, Varian.

Рис. 5. Турбомолекулярный насос на магнитном подвесе

В сегменте криовакуумных насосов развитие сказывается, прежде всего на увеличении надежности работы криоголовки и компрессора, а также, к созданию «ударных» моделей и, соответственно, завоевание того или иного сектора рынка. Например, компания Suzuki Shokan разработала и производит крионасос с Ду 320 мм, производительность которого в 1,5 раза выше, чем у конкурентов. Это позволило в относительно короткий срок занять доминирующее положение на полупроводниковом рынке Японии и Юго-восточной Азии в области обработки 300 мм подложек, а наличие одних из лучших по производительности и надежности компрессоров и криоголовок и для насосов других размеров дает возможность компании на равных соперничать с таким признанным грандом японской вакуумной техники как Ulvac, которой подобный подход в свое время позволил завоевать лидирующие позиции в области 200 мм подложек. На рынках США и Европы лидером является компания CTI Cryogenics, заметные позиции также имеют Austin Scientific и SHI Cryogenics.

В области крионасосов большой производительности с Ду более 500 мм (рис. 6) свои решения предлагают такие компании, как HSR, Leybold, PHPK, Suzuki Shokan, Ulvac.

Рис. 6. Крионасос Ду 600 мм

Гибридные турбомолекулярные насосы с подшипниками качения (EBARA)

Серия EBT-F (TG-F). Гибридные турбомолекулярные насосы с интегрированными молекулярными ступенями и металлокерамическими подшипниками с консистентной смазкой

Модель

Быстрота действия по N2, л/с

Предельное остаточное давление, мм. рт. ст

Макс. потребляемая 

мощность, кВт

Макс. форвакуумное давление, мм. рт. ст

Мин. масса (зависит от типа фланца), кг

Мин. время старта, мин

EBT70F (TG70F)

70

3,8Е-9

-

9

3

2

EBT220F (TG220F)

220

7,5E-9

0,59

2,6

5,5

1

EBT240F (TG240F)

240

7,5E-9

-

5,3

7,3

7,5

EBT350F (TG350F)

350

7,5E-9

0,61

2,6

6

2

EBT450F (TG450F)

450

7,5E-9

0,61

2,6

7

2

EBT800F (TG800F)

820

7,5E-9

0,61

3,2

26

5,5

EBT1100F (TG1100F)

1100

7,5E-9

0,61

3,2

27

5,5

EBT1400F (TG1400F)

1400

7,5E-9

0,81

3,2

29

5,5

EBT2400F (TG2400F)

2400

7,5E-9

1,2

2

45

5

Турбомолекулярные насосы с интегрированным контроллером и на магнитном подвесе Edwards (Англия)

Модель насоса

Входной фланец

Быстрота откачки N2, л/с

Быстрота откачки H2, л/с

Быстрота откачки Ar, л/с

Степень сжатия N2

Степень сжатия H2

Max. газовый поток N2, sccm

Max. газовый поток Ar, sccm

Предельное остаточное давление, Па

STP-iX455

ISO100-K

300

300

-

>1*108

>1*104

-

-

6.5Ч10-6

DN100CF

1Ч10-8

ISO160-K

450

460

-

>1*108

>1*104

-

-

6.5Ч10-6

DN160CF

1Ч10-8

STP-iXR1606

ISO160-F

900

600

-

>1*108

1*103

4700

1800

1Ч10-7

VG150

ISO200-F/

ISO250-F

1600

1200

-

>1*108

1*103

4700

1800

1Ч10-7

VG200

STP-iXA2206C

ISO250-F

2200

-

1900

>1*108

1*104

3000

1400

1Ч10-7

DN250CF

STP-iXA3306C

ISO250-F

2650

-

2300

>1*108

2*103

4000

2100

1Ч10-7

DN250CF

ISO320-F

3200

-

2800

>1*108

2*103

4000

2100

1Ч10-7

DN320CF

STP-iXA4506C

ISO320-F

4000

2700

-

>1*108

1*103

4300

2600

1Ч10-7

Турбомолекулярные насосы на магнитном подвесе Shimadzu (Япония)

Модель

TMP-203

TMP-803

TMP-1003

TMP-2003

Охлаждение

водяное / возд.

водяное / возд.

водяное / возд.

водяное / возд.

Предельный вакуум, Па (Торр)

1,3*10-8 (10-10)

1,3*10-9 (10-11)

1,3*10-9 (10-11)

1,3*10-9 (10-11)

Максимальное давление на входе (вода / воздух), Па (Торр)

200/1,3 (1,5/0,01)

400/1,3 (3/0,01)

400/1,3 (3/0,01)

67/0,4 (0,5/ 0,003)

Максимальное давление на выходе (вода / воздух), Па (Торр)

400/40 (3/0,3)

667/40 (5/0,3)

667/40 (5/0,3)

267/40 (2/0,3)

Быстрота действия, л/с:

по азоту

190

800

1080

2000

по гелию

140

800

930

1800

по водороду

120

700

790

1600

Степень сжатия:

по азоту

1*109

1*109

>1*109

1*109

по гелию

6*104

8*104

8*104

7*105

по водороду

4*103

4*103

4*103

1,4*104

Время выхода на режим, мин

Не более 5

Не более 9

Рабочая ориентация

Любая

Любая

Любая

Любая

Температура прогрева на входном фланце, оС

<120

<120

<120

<120

Входной фланец стандартов ISO, ConFlat

Ду100

Ду160

Ду200

Ду250

Рекомендуемая быстрота действия форвакуумного насоса, л/мин (м3/ч)

>200 (>12)

>500 (>30)

>500 (>30)

>500 (>30)

Масса, кг

9

31

32

55

Турбомолекулярные насосы на магнитном подвесе Pfeiffer (Германия)

Модель

HiPace 300 M

HiPace 700 M

HiPace 800 M

Фланец

- всасывания, ISO-K, ISO-F, CF

- выхлопа, ISO-KF

- напуска атмосферы

DN100

DN16

G1/8»

DN160

DN25

G1/8»

DN200

DN25

G1/8»

Скорость откачки, л/с

- по Азоту (N2)

- по Гелию (Не)

- по Водороду (Н2)

- по Аргону (Ar)

255

215

170

250

685

600

480

660

790

625

500

775

Степень сжатия

- по Азоту (N2)

- по Гелию (Не)

- по Водороду (Н2)

- по Аргону (Ar)

>1*1011

>1*108

5*105

>1*1011

>1*1011

>1*107

2*105

>1*1011

>1*1011

>1*107

2*105

>1*1011

Предельное разряжение, Па

< 1*10-5

< 1*10-5

< 1*10-5

Максимальное рабочее давление на выхлопе, Па

2000

800

800

Скорость вращения ротора, об/мин

60 000

49 200

49 200

Тип охладения

водяное

водяное

водяное

Питание/потребляемая мощность

48В/300Вт

48В/300Вт

48В/300Вт

Масса, кг

13,1 - 17,2

15,7 - 20,8

17,1 - 21,5

Турбомолекулярные насосы с подшипниками KYKY (Китай)

Характеристики

FF-100/110E

FF-160/700E

FF-160/700FE

FF-200/1300E

FF-200/1300FE

FF-250/2000E

Быстрота действия, л/с

150

700

700

1300

1300

2000

Степень сжатия

N2

108

109

109

109

109

109

H2

5х102

6х106

6х106

6х103

6х103

6х103

Предельный вакуум, не хуже, Па

ISO

4.5х10-7

6х10-7

6х10-7

6х10-6

6х10-6

6х10-6

CF

4.5х10-8

6х10-8

6х10-8

6х10-7

6х10-7

-

Вх. фланец, Ду, мм.

ISO100

ISO160

ISO160

ISO200

ISO200

ISO250

Вых. фланец, Ду, мм.

KF25

KF40

KF40

KF40

KF40

KF50

Положение монтажа

любое

Охлаждение

вода-воздух

вода

вода-воздух

вода

вода-воздух

вода

Криосорбционные вакуумные насосы SICERACryopump

При мощности всего 0,9кВт, благодаря запатентованной инверторной технологии, насосы серии SICERA меняют определение «низкое потребление энергии», уменьшая Ваши затраты на электроэнергию на 20-30%. Качественно новая система позволяет одновременно использовать до шести насосов (200 мм) на одном компрессоре без уменьшения производительности. 

Насосы серии SICERA доступны с размерами фланцев 200 и 300 мм, обе модели имеют полностью автоматический цикл регенерации, что позволяет максимизировать время продуктивной работы. В результате, экономия электроэнергии и увеличенная производственная эффективность делают насосы данной серии идеальными для таких применений как массовое производство полупроводниковых пластин, плоскопанельных дисплеев и прочих схожих производств.

Технические характеристики

Модель

CP-8

CP-8LP

CP-250LP

CP-12

CP-16

CP-20

SICERA 8»

SICERA 12»

Скорость откачки (л/сек)

Воздух

1500

1800

3060

3600

4800

9700

1500

3300

Вода

4200

4200

6300

9560

17300

29100

4000

9500

Аргон

1250

1500

2500

3100

4100

8300

1200

2700

Водород

2300

3000

5000

7300

12000

14000

2200

6000

Пропускная способность

Аргон (тор-л/сек)

11.0

11.0

11.0

12.6

11.4

11.3

8.9

8.9

Аргон (см3/ мин)

870

870

870

1000

900

900

700

700

Емкость (стандартные литры)

Аргон при 1x10-6 торp

1200

1600

1600

3100

5500

6000

1000

2000

Водород при 5x10-6 торp

25

25

25

50

50

33

12

30

Параметр включения в работу (торр-литры)

-

220

220

220

650

500

400

150

150

Время захолаживания (мин)

-

75

110

110

90

135

190

120

150

Входной фланец

ANSI

-

10»

-

20»

-

-

ISO

200 мм

200 мм

250 мм

320 мм

400 мм

500 мм

-

-

Conflat

10»

10»

-

-

-

-

253

-

CVC

-

-

-

10»

10»

-

-

-

Криогенные вакуумные насосы CTI Cryogenics (США)

Крионасос/характеристики

CryoTorr 4F*

CryoTorr 8 и 8F*

CryoTorr 250F*

CryoTorr 10 и 10F*

CryoTorr 400

CryoTorr 20HP

Ду фланца, мм

100

200

250

320

400

500

Скорость откачки, л/сек

По азоту

370

1500

2200

3000

6000

10 000

По парам воды

1100

4000

6500

9000

16000

31500

По водороду

370

2500

3200

5000

5000

15000

По аргону

310

1200

1800

2500

5000

8400

Емкость по Аргону, ст. л.

210

1000

1000

2000

2500

5700

Емкость по Водороду, ст. л.

3

17

16

24

15

46

Время захолаживания, мин. (при 50 Гц)

90

110

120

120

180

150

Криогенные вакуумные насосы Oxford Instrument (Англия)

Модель крионасоса

Cryo-Plex 8LP

Cryo-Plex 8

Cryo-Plex 10

Cryo-Plex 16

Скорость откачки (л/с):

По парам воды

4000

4000

9000

16000

По воздуху

1500

1500

3000

5000

По водороду

2200

2500

5000

5000

По аргону

1200

1200

2500

4200

Производительность при 5x10-6 Torr (ст. л/мин):

По водороду

12

18

24

15

По аргону

1000

1000

2000

2500

Максимальная газовая нагрузка:

По аргону (ст. л/мин)

700

700

1,500

500

Время охлаждения

90 мин

90 мин

60 мин

150 мин

Габариты:

Высота (мм)

179

526

607

610

Масса (кг)

20

21

39

72

Входной фланец

ANSI/ISO/CF

DN200

ANSI/ISO/CF

DN200

ANSI/ISO/CF

DN320

ISO/CVC

DN400

Проницаемость

Проникновение газа сквозь стенки сосуда является следствием растворения и диффузии газа, описываемых уравнениями:

(Коэффициент диффузии газа экспоненциально зависит от температуры материала)

(где u = 1, 1/2, 1/3,… в зависимости от количества атомов в молекуле.)

Количество газа, протекающего через 1 см2 поверхности стенки единичной толщины в течение 1 с, т.е. удельный поток I1, зависит от коэффициента диффузии D, коэффициента растворимости r и от давлений по обе стороны стенки. Зависимость потока от давления более сложна, чем в случае течения свободного газа.

При растворении происходит диссоциация газа, зависящая от количества атомов в молекуле. В связи с этим поток газа сквозь стенку пропорционален разности давлений в степени u, т.е. рu2-pu1 - причем здесь верны те же критерии, что и при растворении.

Если внутри вакуумной системы давление низкое, а снаружи атмосферное, то диффузия со стороны атмосферы растворяющегося в стенках газа может привести к проникновению некоторых атмосферных газов внутрь вакуумной системы. Это натекание газа может быть количественно определено некоторым потоком натекания.

Установившееся течение. Предположим, что по одну сторону стенки площадью 1 см2 и толщиной L имеется давление р1 а по другую - давление p2. Согласно уравнению (3.54), объемные концентрации газа на обеих поверхностях будут соответственно

Показатель степени и может иметь значение 1, 1/2 и т.д. в зависимости от свойств газа и характеристик материала стенки. При p2> p1 диффузия происходит от поверхности 2 к поверхности 1. Поток, соответствующий этой диффузии, находится из закона Фика:

Уравнение (3 59) можно проинтегрировать в соответствующих пределах, принимая D = const, а также I1= const в установившемся потоке:

Подставляя выражения (3.58) для nr1 и nr2 получим

Таким образом, удельный поток I1 возрастает вместе с увеличением перепада давлений по обе стороны стенки и уменьшается при увеличении ее толщины; он пропорционален произведению коэффициентов диффузии и растворимости газа в материале стенки.

Произведение коэффициентов растворимости r и диффузии D называется коэффициентом проникания:

Кривые, представленные на фиг. 3.21, показывают зависимость коэффициента проникания от температуры для некоторых двухатомных газов в металлах (u= 1/2), а также для некоторых одно- и двухатомных газов в стеклах и керамиках (u = 1).

Как видно из кривых, в целом проникновение газов через металлы больше, чем через стекло

Проницаемость органических веществ (пластмасс, эластомеров и т.п.) относительно велика. Для большинства этих материалов коэффициенты проникания различных газов (особенно легко ожижаемых газов типа СО2, NН3) имеют большие значения.

В табл. 3.15 приведены значения коэффициента проникания некоторых газов в различных металлах при комнатной температуре.

Предположим, что масса материала стенки равномерно насыщена газом при давлении р0, а начальная объемная концентрация этого газа равна nr0. Когда давление над поверхностью стенки снизится до уровня р (р<<р0), начнется десорбция с поверхности и переход газа в объем сосуда; его место будет занимать газ, диффундирующий из глубины материала к поверхности. Очевидно, что тут же у поверхности (при х = 0) возникнет градиент концентрации. При этом интенсивность газовыделения с поверхности можно описать формулой:

По мере газовыделения с поверхности стенки изменяется пространственное и временное распределения его концентрации в глубине материала. Такое состояние описывается вторым законом Фика:

При условии D = const это уравнение может быть записано в виде

Решение уравнения (3.676) дает поток газовыделения с единицы поверхности очень толстой стенки в момент т (отсчитываемый с момента начала понижения давления):

Таким образом, I1т имеет максимальное значение в момент т = 0 и уменьшается со временем. Теоретически при х = 0 I1т = ?, что означает мгновенную десорбцию поверхностного слоя газа. Общее количество газа, истекающего с единицы поверхности за время т, определяется интегралом

Уравнения (3.68) и (3.69) справедливы также для случая, когда диффузия газа происходит из окружающей среды внутрь тела, в котором имеется газ с начальной концентрацией nr0, много меньшей концентрации окружающего воздуха. Тогда удельный поток I1 направлен внутрь твердого тела.

3. Газовыделение с поверхности

Предположим, что масса материала стенки равномерно насыщена газом при давлении р0, а начальная объемная концентрация этого газа равна nr0. Когда давление над поверхностью стенки снизится до уровня р (р<<р0), начнется десорбция с поверхности и переход газа в объем сосуда; его место будет занимать газ, диффундирующий из глубины материала к поверхности. Очевидно, что тут же у поверхности (при х = 0) возникнет градиент концентрации. При этом интенсивность газовыделения с поверхности можно описать формулой:

По мере газовыделения с поверхности стенки изменяется пространственное и временное распределения его концентрации в глубине материала. Такое состояние описывается вторым законом Фика:

При условии D = const это уравнение может быть записано в виде

Решение уравнения (3.676) дает поток газовыделения с единицы поверхности очень толстой стенки в момент т (отсчитываемый с момента начала понижения давления):

Таким образом, I1т имеет максимальное значение в момент т = 0 и уменьшается со временем. Теоретически при х = 0 I1т = ?, что означает мгновенную десорбцию поверхностного слоя газа. Общее количество газа, истекающего с единицы поверхности за время т, определяется интегралом

Уравнения (3.68) и (3.69) справедливы также для случая, когда диффузия газа происходит из окружающей среды внутрь тела, в котором имеется газ с начальной концентрацией nr0, много меньшей концентрации окружающего воздуха. Тогда удельный поток I1 направлен внутрь твердого тела.

Вывод

Причиной диффузии газа в материале стенки становится наличие градиента концентрации растворенного в стенке газа. Однако градиент концентрации газа может быть вызван и разностью давлений на стенках вакуумного сосуда.

Установившийся поток газа сквозь, стенку камеры при наличии перепада давления, согласно первому закону Фика, определяется соотношением

Интегрируя это выражение методом разделения переменных:

где d - толщина стенки камеры, a с1 и с2 - концентрации газа на поверхностях, граничащих с вакуумом и атмосферой соответственно. Выражая концентрации с помощью закона Генри (1.58), определим Q:

 (1.61)

где DS - так называемый коэффициент проникания. Поскольку и D, и S экспоненциально зависят от температуры, коэффициент проникания очень быстро возрастает с повышением температуры.

Для большинства сочетаний газ - стенка при комнатной температуре этот эффект незначителен, за исключением случая проникания, гелия сквозь различные стекла. Тем не менее следует учитывать, что нагрев вакуумной камеры, используемый для поверхностного и объемного обезгаживания стенок, может приводить к натеканию газа в вакуумную систему вследствие его проникновения сквозь стенки.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Выбор и описание схемы вакуумной системы. Выбор насосов и определение конструктивных параметров трубопроводов. Расчет времени предварительного разряжения и откачки пушки до рабочего вакуума. Графическая проверка совместимости работы вакуумных насосов.

    курсовая работа [161,7 K], добавлен 18.01.2015

  • Проектирование и расчет вакуумной системы для отжига деталей в условиях вакуума среднего давления. Расчет стационарного газового потока. Определение конструктивных размеров трубопроводов и выбор элементов вакуумной системы. Расчет времени откачки.

    контрольная работа [690,1 K], добавлен 24.08.2012

  • Описание и работа 52-позиционного автомата откачки люминесцентных ламп. Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание машины. Подача ртутной таблетки. Перечень регламентных работ на откачной машине на линиях Federal. Наладка узла отпая штенгеля.

    курсовая работа [50,1 K], добавлен 11.11.2011

  • Развитие вакуумной техники. Упрощенная схема вакуумной системы. Объемные вакуумные насосы (поршневые, кольцевые, ротационные). Давление запуска насоса, наименьшее и наибольшее рабочее давление. Насосы, основанные на принципе ионно-сорбционной откачки.

    реферат [953,3 K], добавлен 25.11.2010

  • Методика расчета высоковакуумной магистрали. Порядок расчета газовых колонок, выбор и обоснование откачных средств. Расчет проводимости соединительных трубопроводов и оценка совместимости откачных средств. Определение быстроты откачки в трубопроводах.

    курсовая работа [367,4 K], добавлен 28.12.2009

  • Классификация средств измерения. Виды поверки и поверочная схема. Сущность и сравнительная характеристика методов поверки: непосредственное сличение, прямые и косвенные измерения. Порядок разработки и требования к методикам поверки средств измерения.

    реферат [24,5 K], добавлен 20.12.2010

  • Обзор современного оборудования для получения тонких пленок. Материалы и конструкции магнетронов для ионного распыления тонких пленок. Назначение, конструктивные элементы рабочей камеры установки "Оратория-5". Основные неисправности, методы их устранения.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 24.03.2013

  • Общая характеристика шахты "Черкасская" Луганской области, ее геологическое описание и месторождения. Технология и схема подготовки шахтного поля. Водоотливные установки и методика откачки воды их шахты. Электроснабжение поверхности и подземной части.

    реферат [18,6 K], добавлен 19.04.2009

  • Основные параметры и классификация насосов. Основные причины, ограничивающие использование грунтовых вод. Схема проверки производительности скважины с учетом максимальной откачки (пиковой нагрузки). Защита при эксплуатации погружных электронасосов.

    курсовая работа [420,7 K], добавлен 07.12.2016

  • Технология понижения температуры методом откачки паров, процесса изготовления детали типа "прокладка", для установки агрегата АВЗ-180 на фундаментальную плиту. Исследование азотного датчика криогенного уровнемера с целью проверки его характеристики.

    дипломная работа [5,8 M], добавлен 13.02.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.