2 Конструкторский раздел

2.1 Предложение по модернизации вакуумной установки 01ни 0 - 7 – 015

В вакуумной установке «01НИ -7–015» используется паромасляный насос Н–5К. Для модернизации установки предлагаем заменить паромасляный насос Н–5К на криогенный насос НВК 400-6,5.

В тех практических задачах, где возникает потребность в создании разряжения в пределах от 10^-3 до 10^-10 Торр (1,3 10^-1 до 1,3 10^-8), обычно используется один из трех типов насосов: масляный диффузионный насос, турбомолекулярные насосы и крионасосы. Из всех перечисленных типов насосов крионасосы наиболее просты в эксплуатации, обеспечивают наиболее быструю откачку и при этом абсолютно не загрязняют откачиваемый объем. Крионасосы не перемещают молекулы газа, а замораживают их. В связи с этим у крионасосов отсутствуют какие-либо подвижные части или жидкие среды, контактирующие непосредственно с вакуумом из откачиваемого объема. Это обстоятельство полностью исключает вероятность загрязнения рабочего объема в процессе откачки. Крионасосам, в процессе эксплуатации, требуется минимальное техническое обслуживание. Следует отметить, что надежная индиевая пайка, применяемая для крепления криопанелей в насосах, дает возможность откачивать, в том числе, и агрессивные газы, такие, например, как Cl₂, HCl. Все части крионасосов, контактирующие с откачиваемым газом покрыты стойким медно-никелевым сплавом. В том случае, если требуется исполнение с повышенной химстойкостью, возможно нанесение покрытия из тефлона. Важным преимуществом криогенных откачных систем является более высокие по сравнению с другими типами насосов скорости откачки при гораздо меньших габаритах.

Несмотря на то, что стоимость крионасосов находится между стоимостью диффузионных и турбонасосов с аналогичными откачными характеристиками, очень невысокая стоимость технического обслуживания крионасосов в процессе эксплуатации ставит их в ряд наиболее экономичных, рассчитанных на длительную эксплуатацию, высоковакуумных насосов.

На первый взгляд может оказаться, что масляный диффузионный насос является недорогой альтернативой крионасосу. На самом деле это не совсем так. Дело в том, что диффузионному насосу для достижения высокой производительности требуются ловушки различных конструкций­­­­ и другое дополнительное техническое оборудование, затраты на которое быстро увеличат на тысячи долларов стоимость откачной системы на основе такого насоса. Кроме этого, эксплуатационные расходы на жидкий азот и электричество в дальнейшем сделают такую откачную систему много дороже криогенной.

Турбомолекулярным насосам не требуются дорогостоящее дополнительное техническое оборудование и ловушки, но и их стоимость при этом оказывается существенно больше, чем крионасосов с аналогичными откачными характеристиками.

Таким образом, крионасосы являются оптимальным решением с точки зрения создания не загрязняющей рабочий объем откачной системы с минимальной стоимостью и максимальной производительностью.

2.2 Особенности конструкции и принцип работы криогенного насоса

НВК представляют собой устройства для получения высокого вакуума в герметичных объектах.

Схема электрогидропневматическая соединений НВК представлена в Приложении А рисунок А1. НВК содержит блок криооткачки БК01, в состав которого входит охладитель ОХЛ1, компрессорную установку КУ1, заправочное устройство ЗУ1, соединяющие трубопроводы ТШ, ТП2 и кабели 1, 2.

Работа НВК осуществляется следующим образом: криоагент, сжатый в компрессорной установке КУ1 по трубопроводу ТШ поступает в охладитель ОХЛ1, где криоагент расширяется с понижением температуры, в результате чего происходит охлаждение фланцев I и II ст. охладителя. Из охладителя ОХЛ1 обратный поток криоагента возвращается по трубопроводу ТП2, через заправочное устройство ЗУ1 в компрессорную установку КУ1. Далее циклы повторяются и при выходе на режим - I ст. ОХЛ охлаждается до -193 С^о, а II ст. ОХЛ - до -253 С^о и ниже. Охлаждение криопанелей 3, 4 согласно Приложению А рисунок А1 осуществляется от II ст. ОХЛ. Охлаждение экранов 1, 2 происходит от I ст. ОХЛ.

Охладитель ОХЛ1, компрессорная установка КУ1, заправочное устройство ЗУ1, трубопроводы ТП1, ТП2 соединяются между собой при помощи муфт МФ1-МФ12, снабженных обратными клапанами. Конструкция муфт обеспечивает возможность соединения и рассоединения составных частей НВК, находящихся под избыточным давлением, и сохранение избыточного давления криоагента во внутренних полостях. Применение муфт позволяет производить заблаговременную заправку составных частей криоагентом, стыковку и расстыковку на месте монтажа и эксплуатации с минимальными потерями криоагента.

Электрическая связь составных частей НВК между собой и источником питания осуществляется с помощью кабелей.

Управление работой крионасоса может осуществляться с помощью блока управления, встроенного в КУ, или от ПДУ (ПДУ – пульт дистанционного управления).

На поверхностях криопанелей и экранов происходит конденсация влаги, углеводородов, азота, кислорода, окиси углерода, аргона, криптона и ксенона.

Не конденсирующиеся при -253 С^о неон, водород, гелий поглощаются адсорбентом, расположенном на поверхностях криопанелей.

При длительной непрерывной работе НВК происходит насыщение адсорбента. На поверхностях криопанелей увеличивается толщина слоя сконденсировавшихся газов, называемого криоосадком. Это значительно ухудшает характеристики НВК. Поэтому требуются периодические остановки и отогрев (регенерация) НВК для удаления криоосадка.