低温冷凝泵的抽气特性

2020-05-06 真空技术网 真空技术网整理

1、低温冷凝泵的理论抽速

低温冷凝泵的理论抽速计算公式

图(tu):低温冷(leng)凝(ning)泵的(de)理论抽速计算公(gong)式

  式中 A为(wei)(wei)冷(leng)却(que)面的(de)面积cm2;Tg为(wei)(wei)被抽(chou)气体温度K;M为(wei)(wei)被抽(chou)气体分(fen)子量;R为(wei)(wei)气体常数。如果抽(chou)20oC空(kong)气,则Smax= 11.6A(L/scm2),若冷(leng)面为(wei)(wei)9m2,其最大抽(chou)速可达(da)106(L/s)。

2、低温冷凝泵的实际抽速

  从(7)式可(ke)见,最大理论抽速与(yu)容器中的(de)(de)(de)压强和(he)冷面(mian)温度无关(guan),这(zhei)是不可(ke)能(neng)的(de)(de)(de)。实际(ji)上(shang)对低温冷凝(ning)泵(beng)来说(shuo),当被冷凝(ning)泵(beng)抽除的(de)(de)(de)气(qi)体压强等(deng)于冷凝(ning)物在低温表面(mian)温度下的(de)(de)(de)平衡压强时,冷凝(ning)泵(beng)就(jiu)失去了抽气(qi)能(neng)力,抽速为(wei)零(ling)。因(yin)此(ci),泵(beng)的(de)(de)(de)实际(ji)抽永远小于理论抽速。

  (1)被抽气体(ti)压强和冷面温(wen)度(du)对抽速的(de)影响(xiang):

低温冷凝泵的实际抽速计算公式

  低温冷凝(ning)泵的实际抽(chou)速(su)计算公(gong)式

  式(shi)中(zhong)Pg为(wei)(wei)被抽气体压(ya)强(Pa);Ps为(wei)(wei)在冷面(mian)温(wen)度(du)下,被抽气体的蒸汽(qi)压(ya)强(Pa);Ts为(wei)(wei)冷面(mian)温(wen)度(du)(K)。

  (2)凝(ning)结系数对(dui)冷凝(ning)泵抽(chou)速(su)的影(ying)响

  Sa= a·Spt (9)

  式(shi)中 a是(shi)凝结(jie)系数,其值受(shou)很多因素影响。一般由(you)实(shi)验确定(ding)。例如300K的(de)H2O,打在(zai)77K冷面上a=0.92;He打在(zai)4.2K5A分子筛上a=0.7;H2打在(zai)4.2K铜板上a=0.5~0.75等等。

  (3)屏(ping)蔽通导(dao)对抽速的影响:低(di)温(wen)泵(beng)为减少低(di)温(wen)介质(zhi)消耗,减轻低(di)温(wen)板的热负荷,往(wang)往(wang)在低(di)温(wen)板周(zhou)围加上辐射屏(ping),这时低(di)温(wen)泵(beng)的抽速要(yao)受到辐射屏(ping)流导(dao)的影响。

  1/Su = 1/Sa + 1/u (10)

  式(shi)中Su为(wei)考虑辐(fu)射屏(ping)(ping)后低温泵的抽速(L/s);u为(wei)辐(fu)射屏(ping)(ping)的通导(dao)(L/s);Sa为(wei)无辐(fu)射屏(ping)(ping)低温板的实际(ji)抽速(L/s)。

  (4)凝(ning)(ning)(ning)(ning)结(jie)(jie)(jie)层(ceng)对冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)(ning)泵抽(chou)(chou)速(su)(su)的(de)影(ying)响:冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)(ning)泵在(zai)工(gong)作一(yi)段时间以后,低(di)温表面上将凝(ning)(ning)(ning)(ning)结(jie)(jie)(jie)一(yi)定厚度的(de)固态气体(ti)层(ceng)。对冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)(ning)泵的(de)抽(chou)(chou)速(su)(su)有一(yi)定影(ying)响。其影(ying)响主要取决于冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)(ning)层(ceng)的(de)性质,也就是(shi)取决于冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)(ning)层(ceng)的(de)结(jie)(jie)(jie)构和类(lei)型。冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)(ning)层(ceng)的(de)导(dao)(dao)热(re)率是(shi)冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)(ning)层(ceng)的(de)类(lei)型和结(jie)(jie)(jie)构的(de)复杂函数。如(ru)果沉积速(su)(su)率低(di),冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)(ning)层(ceng)可以有一(yi)个玻璃状(zhuang)外表,凝(ning)(ning)(ning)(ning)结(jie)(jie)(jie)层(ceng)热(re)传导(dao)(dao)好(hao),对抽(chou)(chou)速(su)(su)几乎(hu)无(wu)影(ying)响;如(ru)果沉积速(su)(su)率高(gao),冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)(ning)层(ceng)出现类(lei)似雪花状(zhuang)结(jie)(jie)(jie)构,热(re)传导(dao)(dao)不好(hao),会降低(di)抽(chou)(chou)速(su)(su),但(dan)对捕集非(fei)凝(ning)(ning)(ning)(ning)结(jie)(jie)(jie)性气体(ti)是(shi)有利的(de)。

3、低温冷凝泵的极限压强

  达(da)到极限压强(qiang)时,泵的抽速为零(ling)。从(8)式可(ke)得:

低温冷凝泵的极限压强计算公式

  低温冷(leng)凝泵的(de)极限(xian)压强计算公(gong)式

  式(shi)中Pg为(wei)极限压强(Pa);Tg为(wei)被抽气(qi)体温度(du)(du)(K);Ts为(wei)冷(leng)凝面(mian)温度(du)(du)(K);Ps为(wei)冷(leng)凝物上的蒸汽压(Pa),其值随温度(du)(du)而变(bian)化(hua)。

  低温泵的(de)极(ji)限真空度可达10-3Pa。

4、低温泵的降温时间

  降温(wen)(wen)时(shi)间是闭(bi)循环(huan)小型制(zhi)冷机(ji)低温(wen)(wen)泵(beng)的(de)主要技术指(zhi)标之一。降温(wen)(wen)时(shi)间与技术水平有(you)关,还要考经(jing)济性。目(mu)前国内(nei)外(wai)的(de)产品中,小型泵(beng)的(de)降温(wen)(wen)时(shi)间一般(ban)不超(chao)过90min,大型泵(beng)不超(chao)过180min。

5、低温泵的工作寿命

  (1)再生寿命:泵使用到(dao)必须加(jia)热再生的(de)时间。

低温泵再生寿命计算公式

  低(di)温泵再(zai)生寿命计(ji)算公式

  式中D = ρK (Ts - Tw);A为冷凝(ning)面面积cm2;K`为凝(ning)结(jie)热J/g;m为凝(ning)结(jie)量g/s;ρ为凝(ning)结(jie)物密度g/cm3;Ts为凝(ning)结(jie)层外表面温度(K);Tw为冷凝(ning)面温度(K);K为凝(ning)结(jie)物的(de)热传导率(lv)(W/cm·K)。

  (2)贮槽式泵的(de)装填寿命:充装一次制(zhi)冷制(zhi)所能工作的(de)时间。

  t = V / Qv (13)

  式中V是(shi)装冷(leng)剂(ji)的容积L;Qv为单位(wei)时间制冷(leng)剂(ji)的耗(hao)量L/s。

  (3)吸(xi)附泵的(de)工作寿命:吸(xi)附板两次活化(hua)(再(zai)生(sheng))所间隔的(de)时间。

  tmax = Vm /SP (14)

  式(shi)中V为吸附(fu)容量(liang)(liang),可根据吸附(fu)等温线确定(Pa·L/kg);m为吸附(fu)剂质量(liang)(liang)(kg);S为抽速(L/s);P为泵入口压(ya)强(Pa)。

  为了在(zai)再(zai)生时不产生有(you)爆炸危险(xian)的混合气体,每(mei)m3泵室容积中氢含量(liang)不应超过(guo)安全(quan)界线,通(tong)常为1600~6600Pa·m3。一般(ban)在(zai)泵上都装有(you)安全(quan)阀(fa)。

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