低溫冷凝泵的抽氣特性

2020-05-06 真空技術(shù)網(wǎng) 真空技術(shù)網(wǎng)整理

1、低溫冷凝泵的理論抽速

圖：低溫冷凝泵的理論抽速計(jì)算公式

　　式中 A為冷卻面的面積cm2;Tg為被抽氣體溫度K;M為被抽氣體分子量;R為氣體常數(shù)。如果抽20oC空氣，則Smax= 11.6A(L/scm2)，若冷面為9m2，其最大抽速可達(dá)106(L/s)。

2、低溫冷凝泵的實(shí)際抽速

　　從(7)式可見，最大理論抽速與容器中的壓強(qiáng)和冷面溫度無關(guān)，這是不可能的。實(shí)際上對低溫冷凝泵來說，當(dāng)被冷凝泵抽除的氣體壓強(qiáng)等于冷凝物在低溫表面溫度下的平衡壓強(qiáng)時(shí)，冷凝泵就失去了抽氣能力，抽速為零。因此，泵的實(shí)際抽永遠(yuǎn)小于理論抽速。

　　(1)被抽氣體壓強(qiáng)和冷面溫度對抽速的影響：

　　低溫冷凝泵的實(shí)際抽速計(jì)算公式

　　式中Pg為被抽氣體壓強(qiáng)(Pa);Ps為在冷面溫度下，被抽氣體的蒸汽壓強(qiáng)(Pa);Ts為冷面溫度(K)。

　　(2)凝結(jié)系數(shù)對冷凝泵抽速的影響

　　Sa= a·Spt (9)

　　式中 a是凝結(jié)系數(shù)，其值受很多因素影響。一般由實(shí)驗(yàn)確定。例如300K的H2O，打在77K冷面上a=0.92;He打在4.2K5A分子篩上a=0.7;H2打在4.2K銅板上a=0.5～0.75等等。

　　(3)屏蔽通導(dǎo)對抽速的影響：低溫泵為減少低溫介質(zhì)消耗，減輕低溫板的熱負(fù)荷，往往在低溫板周圍加上輻射屏，這時(shí)低溫泵的抽速要受到輻射屏流導(dǎo)的影響。

　　1/Su = 1/Sa + 1/u (10)

　　式中Su為考慮輻射屏后低溫泵的抽速(L/s);u為輻射屏的通導(dǎo)(L/s);Sa為無輻射屏低溫板的實(shí)際抽速(L/s)。

　　(4)凝結(jié)層對冷凝泵抽速的影響：冷凝泵在工作一段時(shí)間以后，低溫表面上將凝結(jié)一定厚度的固態(tài)氣體層。對冷凝泵的抽速有一定影響。其影響主要取決于冷凝層的性質(zhì)，也就是取決于冷凝層的結(jié)構(gòu)和類型。冷凝層的導(dǎo)熱率是冷凝層的類型和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜函數(shù)。如果沉積速率低，冷凝層可以有一個(gè)玻璃狀外表，凝結(jié)層熱傳導(dǎo)好，對抽速幾乎無影響;如果沉積速率高，冷凝層出現(xiàn)類似雪花狀結(jié)構(gòu)，熱傳導(dǎo)不好，會(huì)降低抽速，但對捕集非凝結(jié)性氣體是有利的。

3、低溫冷凝泵的極限壓強(qiáng)

　　達(dá)到極限壓強(qiáng)時(shí)，泵的抽速為零。從(8)式可得：

　　低溫冷凝泵的極限壓強(qiáng)計(jì)算公式

　　式中Pg為極限壓強(qiáng)(Pa);Tg為被抽氣體溫度(K);Ts為冷凝面溫度(K);Ps為冷凝物上的蒸汽壓(Pa)，其值隨溫度而變化。

　　低溫泵的極限真空度可達(dá)10-3Pa。

4、低溫泵的降溫時(shí)間

　　降溫時(shí)間是閉循環(huán)小型制冷機(jī)低溫泵的主要技術(shù)指標(biāo)之一。降溫時(shí)間與技術(shù)水平有關(guān)，還要考經(jīng)濟(jì)性。目前國內(nèi)外的產(chǎn)品中，小型泵的降溫時(shí)間一般不超過90min，大型泵不超過180min。

5、低溫泵的工作壽命

　　(1)再生壽命：泵使用到必須加熱再生的時(shí)間。