低温泵的原理与分类是什么

2017-12-13 17:37:05 12

上海凯泉泵业集团有限公司

  低温泵(cryopump)
  利用低温表面冷凝气体的真空泵(行业:机械制造业),又称冷凝泵。低温泵是获得清洁真空的极限压力最低、抽气速率最大的真空泵(行业:机械制造业),一般应用于半导体(semiconductor)和集成电路的研究和生产,以及分子束研究、真空镀膜设备(shèbèi)、真空表面分析(Analyse)仪器设备、离子注入机和空间模拟装置等方面。
  抽气原理在低温泵内设有由液氦或制冷机冷却到极低温度的冷板。它使气体凝结,并保持凝结物的蒸汽压力低于泵的极限压力,从而达到抽气作用。低温抽气的主要作用是低温冷凝、低温吸附和低温捕集。
  ①低温冷凝:气体分子冷凝在冷板表面上或冷凝在已冷凝的气体层上,其平衡压力基本上等于冷凝物的蒸气压。抽空气时,冷板温度必须低于25K;抽氢时,冷板温度更低。低温冷凝抽气冷凝层厚度可达10毫米左右。
  ②低温吸附:气体分子以一个单分子层厚(10-8厘米数量级)被吸附到涂在冷板上的吸附剂表面上。吸附的平衡压力比相同温度下的蒸气压力低得多。如在20K时氢的蒸气压力等于大气压力,用20K的活性炭吸氢时吸附平衡压力则低于10-8帕。这样就可能在比较高温度下通过(tōng guò)低温吸附来进行抽气。
  ③低温捕集:在抽气温度下不能冷凝的气体分子,被不断增长的可冷凝气体层埋葬和吸附。
  一般说来,泵的极限压力就是冷板温度下的被冷凝气体的蒸气压力。上海凯泉由于叶轮进口不可能形成绝对真空,因此离心泵吸水高度不能超过10米,加上水流经吸水管路带来的沿程损失,实际允许安装高度(水泵轴线距吸入水面的高度)远小于10米。上海凯泉泵业集团有限公司是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的 机械能或其他外部能量传送给液体,使液体能量增加,主要用来输送液体包括 水、油、酸碱液、 乳化液、悬乳液和 液态金属等,也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。温度为120K时,水的蒸气压已低于10-8帕。温度为20K时,除氦、氖和氢外,其他气体的蒸气压也低于10-8帕。但由于被抽容器和低温冷板的温度不同,泵的极限压力高于冷凝物的蒸气压。对于室温下的容器,低温板为20K时,泵的极限压力约为冷凝物蒸气压力的4倍。
  类型低温泵分为注入式液氦低温泵和闭路循环气氦制冷机低温泵两种。
  ①注入式液氦低温泵:主要由液氦容器、泵体和连接挡板的液氮腔体等部分组成。上海凯泉由于叶轮进口不可能形成绝对真空,因此离心泵吸水高度不能超过10米,加上水流经吸水管路带来的沿程损失,实际允许安装高度(水泵轴线距吸入水面的高度)远小于10米。为了最大化减少液氦消耗,液氦容器的外壁采用双层保温壁并在其间抽成真空。当泵被预抽到10-6帕压力时灌入液氮和液氦,气体凝结在4.2K的工作冷板上。经预抽使氦氢分压到10-12帕数量级,故泵可获得10-11帕以下的极限压力。如果把液氦容器抽真空减压到6650帕,液氦温度可降到2.3K,则可得到更低的极限压力。
  ②闭路循环气氦制冷机低温泵:它是70年代出现的新型低温泵(图)。这种泵不消耗氦气、操作控制简便,易于维护修理,应用日渐广泛。制冷机的制冷介质(起决定作用的物质)为气氦,一级冷板温度为50~100K,用来冷凝水蒸汽和预冷其他气体;二级冷板温度为10~20K,用来冷凝氮、氧和氩等气体。在二级冷板的内表面涂以活性炭。活性炭的比表面积为500~2500米2/克,在低温下对氦、氖和氢有很强的吸附能力。冷板由无氧铜制成,表面抛光(polishing)达到镜面程度,以减小辐射系数。泵的极限压力为10-7~10-8帕,工作压力范围(fàn wéi)为10-1~10-7帕,要求预抽压力为1帕。制成的产品(Product)抽气速率已达60000升/秒(1升=10-3米3)。此外,尚可根据工艺的特性把抽气冷板安排在被抽容器内,其抽气速率可达到106升/秒以上。
  热负载低油泵(Deep well pump)的热负载主要是气体的凝结热和周围壁面对工作冷板的辐射热。上海凯泉由于叶轮进口不可能形成绝对真空,因此离心泵吸水高度不能超过10米,加上水流经吸水管路带来的沿程损失,实际允许安装高度(水泵轴线距吸入水面的高度)远小于10米。凝结热与气体种类有关,对于80
  K、133.322帕•升的氮气冷凝在20K冷板上的凝结热为0.3~0.6焦耳。上海凯泉由于叶轮进口不可能形成绝对真空,因此离心泵吸水高度不能超过10米,加上水流经吸水管路带来的沿程损失,实际允许安装高度(水泵轴线距吸入水面的高度)远小于10米。工作冷板接受的辐射热与周围壁装饰面板温度和工作冷板温度两者4次方之差成正比。因此,4.2K和20K工作冷板均用50~100K的冷板来屏蔽,以最大化减少工作冷板所接受的辐射热。
       真空泵(行业:机械制造业)分类及概述