Теория и техника теплофизического эксперимента Часть 1

Теория и техника теплофизического эксперимента

Часть 1 Вакуумная техника

Области давления Λ – длина свободного пробега; d – характерный размер Kn=Λ/ d – число Кнудсена Соотношение Область давления Λиd Давление, Па Кn Низкий вакуум Λ << d 102 – 105 <<1 Средний вакуум Λ≤d 10 -1 – 102 ≤ 1 Высокий вакуум Λ>d 10 -5 – 10 -1 >1 Сверхвысокий вакуум Λ>>d <10 -5 >>1 3

Типичная схема системы создания и поддержания вакуума 1 – откачиваемый объем; 2 – затвор; 3 – ловушка; 4 – высоковакуумный насос; 5 – ловушка 6 – форвакуумный насос; 7 – мановакууметры; 8 – байпасная линия 4

Классификация вакуумных насосов 5

Области действия вакуумных насосов 6

Основные параметры и характеристики вакуумных насосов • • Наибольшее давление запуска Наибольшее выпускное давление, Наибольшее рабочее давление Предельное остаточное давление: • Полное остаточное давление • Давление остаточных газов • Быстрота действия насоса • Производительность насоса 7

Насосы объемного действия • • Поршневой Водокольцевой Пластинчато-роторный Пластинчато-статорный Золотниковый Многопластинчатый Двухроторный Плунжерный 8

Поршневой насос 9

Водокольцевой насос 10

Пластинчато-роторный насос 11

Пластинчато-статорный насос 12

Золотниковый масляный насос 13

Многопластинчатый вращательный насос со скользящими пластинами 14

Двухроторный насос 15

Получение высокого и сверхвысокого вакуума • Эжекторные насосы: – Водоструйный – Газоструйный (вихревой) – Пароэжекторный • Струйные насосы: – Диффузионный – Брустерный • Молекулярные и турбомолекулярные насосы • Сорбционные насосы • Конденсационные (криогенные) насосы 16

Вихревой насос 17

Двухступенчатый паромасляный насос 18

Схема действия диффузионного насоса 19

Трехступенчатый металлический паромасляный насос 20

Турбомолекулярный насосы 21

Адсорбционный насос (конструкция ФТИ АН СССР) 22

Конденсационный насос 23

Элементы вакуумных систем • Ловушки – – Механические Низкотемпературные охлаждаемые Сорбционные Электрические • Клапаны и затворы • Сильфонные компенсаторы • Вакуумные уплотнения 24

Механические ловушки 25

Стеклянные охлаждаемые ловушки 26

Сорбционные ловушки 27

Клапаны и затворы 28

Сильфонные уплотнения для передачи вращательного движения 29

Вакуумные вводы с резиновым уплотнением 30

Вакуумные электрические вводы 31

Измерение вакуума 32

Компрессионный манометр (манометр Мак-Леода) 33

Термопарный манометр 34

Радиометрический манометр (манометр Кнудсена) 35

Магнитный электроразрядный вакуумметр 1 – колба; 2 – кольцевой анод; 3 – балластный резистор 4 – электромагнит; 5 – измерительный прибор 36

Ионизационный вакуумметр 37

Статический масс-спектрометр И – источник ионов; А – анализатор; П – приемник ионов; 1 – коробка ионизатора; 2 – выходная щель; 3 – коллектор ионов; 4, 5 – электрические линзы; 6 – магнит; 7 – катушка магнита; 8 – входная цель; 9 – супрессорная сетка; 10 – коллектор; 11 - катод 38

Динамический масс-спектрометр К – катод; И – источник ионов; А – анализатор; П – приемник ионов; КЭ – коллектор электронов; Uм – вытягивающее напряжение; Uоткр – открывающее напряжение; 1 – коллектор ионов; 2 – антидинатронная сетка; 3 – супрессорная сетка; 4 – вытягивающая сетка; 5 – ускоряющая сетка 39

Течеискание • • • Метод опрессовки (испытания под давлением) Люменисцентный метод Метод временного уплотнения участков системы Метод внешнего вакуумного колпака Искровой течеискатель С помощью разрядной трубки Манометрический метод Галогенный течеискатель Масс-спектрометрические течеискатели 40

Поиск течей с помощью разрядной трубки 41

Галогенный (галоидный) течеискатель 1 – цилиндрический анод; 2 – платиновый подогреватель; 3 – цилиндрический коллектор ионов; 4 – измерительный прибор 42

Схема для получения высокого вакуума (10 -4… 10 -7 торр) на базе пароструйного и вращательного насосов 1 – откачиваемый объект 2, 3, 5, 6, 7, 9, 13 - манометры 4 – затвор 8 – пароструйный насос 10, 16 – ловушка 11, 12, 15 - клапаны 14 – вращательный насос 43

Безмасляная система откачки магниторазрядным и адсорбционным насосами 1 – откачиваемый объект; 2, 6, 9, 10, 12 – вакуумные клапаны; 3, 4, 8 — измерительная аппаратура; 5 – магниторазрядный насос; 7 – печь для прогрева сверхвысоковакуумной части системы; 11, 13 – адсорбционные насосы 44