Криогенные насосы – надежные инструменты для применений, которые требуют одновременно высоких темпов откачки и глубокого без масляного вакуума. В новейших криогенных поршневых насосах установлены двухступенчатые холодильные головки (их еще называют криорефрижераторами), функционирующие по циклу Гиффорда-МакМагона. В них применяется гелий в форме газа в роли хладагента. В это же время температура первой ступени равна примерно 70-80 K, а второй– 15-20 K. Цикл абсолютно замкнутый, по этой причине эксплуатационные расходы на теплоноситель минимальны, если сравнивать с заливными холодильными насосами. Кроме того, отсутствует риск возникновения сбоев в работе помпы, связанных с отсутствием жидкого азота.
Содержание:
- Криогенный насос - принцип работы
- Криогенный насос – устройство
- Меры предосторожности при использовании крионасосов
- Криогенный насос – производители
Криогенный насос - принцип работы
Вакуумный насос криогенный работает, замораживая водяной пар, масло и другие вещества из атмосферы внутри вакуумной камеры или системы пользователя. Вода и газы замораживаются на различных массивах, расположенных внутри крионасоса.
Криогенный насос - принцип работы
Устройство работает по принципу замкнутого цикла охлаждения. Этот процесс очень похож на работу стандартного бытового холодильника, но использует немного другое расположение.
Криосистема состоит из гелиевого компрессора, крионасоса и соединительных гелиевых линий. Внутри криогенного насоса высокого давления находится многоступенчатый поршневой узел с приводом от двигателя (так называемый вытеснитель). Сжатый гелий из компрессора поступает в узел поршня, и при его движении газ гелия расширяется и охлаждается.
Когда поршень возвращается, он выталкивает гелий из криогенного насоса обратно в компрессор. Гелий повторно сжимается, и цикл повторяется.
Во время каждого цикла немного больше тепла удаляется из массивов, и они продолжают охлаждаться, пока вторая ступень не достигнет примерно 9-10 К. Это самая низкая рабочая температура большинства криогенных насосов.
Криогенный насос – устройство
Криогенный насос – устройство
Внутренняя схема криопомпы обычно состоит из следующих компонентов:
- Тепловой экран;
- Конденсаторный массив;
- Массив низких температур;
- Цилиндр с холодной головкой.
Тепловой экран прикреплен к первой ступени цилиндра с холодной головкой и помогает минимизировать потерю температуры между внутренней решеткой и стенкой криовакуумного сосуда в процессе эксплуатации криогенных насосов. Конденсаторная решетка 80К крепится к верхней части теплового экрана, поддерживая температуру примерно от 60 до 120К. Этот конденсаторный массив замораживает большую часть воды и масла, поступающих в криопомпу. Газы с более низкой температурой замерзания проходят через этот блок и замерзают на массиве с более низкой температурой 15К, который прикреплен к области второй ступени цилиндра с холодной головкой.
Массив 15К обычно состоит из металлических ребер, которые имеют криоадсорбент (такой как активированный уголь), прикрепленный к ребрам в экранированной области. Большинство газов замерзают на ребрах массива 15К, но поскольку гелий и водород не замерзнут при этой температуре, холодный уголь адсорбирует и улавливает гелий и водород.
Меры предосторожности при использовании крионасосов
Пользователи криопомп должны всегда помнить, что данное устройство хранит все газы, которые находятся в вакуумной камере во время работы. Если крионасос не изолирован от вакуумной камеры во время отключения и прогрева, все хранимые в нем газы снова попадут в вакуумную камеру. Если криогенный насос отключен или изолирован от вакуумной камеры, когда криопомпа нагревается, хранимые газы будут накапливать давление в помпе до тех пор, пока оно не достигнет критического уровня, который открывает клапан сброса давления. Хранящиеся газы затем выбрасываются в атмосферу.
Меры предосторожности при использовании крионасосов
Перекачка кислорода, водорода или других горючих газов с помощью крионасоса может создать реальную опасность взрыва во время прогрева устройства. При перекачке таких газов соблюдайте все методы безопасности, предусмотренные изготовителем холодильной помпы. Перекачивание токсичных или агрессивных газов также требует надлежащих методов безопасности, чтобы предотвратить их выброс в атмосферу.
Криогенный насос – производители
Производством криогенных насосов занимаются такие международные и отечественные компании:
- Linde Kryotechnik;
- Европейская организация ядерных исследований «CERN»;
- Исследовательский центр «Россендорф»;
- Leybold;
- SHI Cryogenics;
- HSR AG (от Balzers AG);
- Vanzetti Engineering;
- Cryostar S. A. S;
- ENCE GmbH;
- ООО Научно-технический комплекс «Криогенная техника» и т.д.
На криогенный насос цена зависит от мощности устройства, габаритов, изготовителя. Например, криогенные насосы Leybold (Германия) стоят дороже, чем продукция отечественных брендов.