無(wú)油分子泵機組的設計方案
一般分子泵機組的設計是單氣路, 如圖4 所示。工作過(guò)程是: ①啟動(dòng)前級機械泵P2 使真空室內氣體經(jīng)過(guò)連接管路—分子泵—連接管路—機械泵, 然后排到大氣。②當分子泵前級達到分子泵啟動(dòng)壓強時(shí)啟動(dòng)分子泵, 真空室內氣體同樣經(jīng)過(guò)連接管路—分子泵—連接管路—機械泵, 然后排到大氣。在過(guò)程①中, 分子泵沒(méi)有啟動(dòng), 僅起到一個(gè)管路的作用, 但由于分子泵具有多層渦輪型葉片的復雜結構,增大了機械泵的流阻, 同時(shí)也就必定增加了抽氣時(shí)間。而對于前級是有油旋片泵的分子泵機組, 分子泵的這種結構起到擋油作用, 大大減少了機械泵的返油。有油分子泵機組上的分子泵需要定時(shí)清洗就是因為這個(gè)原因。
圖4 單氣路連接分子泵機組示意圖
對于本套機組而言, 如果采用一般氣路設計方案, 在干泵粗抽時(shí), 氣體要先經(jīng)過(guò)兩個(gè)結構復雜、流阻大的分子泵才能排到大氣, 對于較大的系統采用這種方案抽氣時(shí)間較長(cháng), 是不可取的。我們充分利用干泵不會(huì )對真空系統造成油污染的優(yōu)點(diǎn), 又利用1By6 型干泵的大抽速性能, 對原有氣路增加了一套旁路(見(jiàn)圖5) , 工作過(guò)程是: ①開(kāi)啟閥門(mén)V 1、V 2, 啟動(dòng)干泵P3, 開(kāi)啟低真空計G2, 抽除真空室及兩個(gè)分子泵中的氣體; ② 當低真空計G2 的指示達到100Pa 時(shí), 關(guān)閉閥門(mén)V 2, 啟動(dòng)牽引分子泵P2, 開(kāi)啟真空計G1; ③待達到A TP100 的啟動(dòng)壓強后, 開(kāi)啟渦輪分子泵P1。
圖5 帶旁路分子泵機組氣路示意圖
泵間配合計算
本文以N 2 為例進(jìn)行計算, 經(jīng)過(guò)圖5 中帶旁路設計的工作過(guò)程①②, 根據圖2 (P2 的抽速曲線(xiàn)) , 可計算最大排氣量為Q = 300 Pa·L/s, 又根據P2 的最大出氣口壓力要求, 可計算出P2 需前級泵的抽速S 干> 0. 075 L/s; 由干泵抽速曲線(xiàn)圖3①可知, 干泵不僅能滿(mǎn)足要求而且有很大的盈余。開(kāi)啟冷規, 當冷規激發(fā)并工作正常后, 此時(shí)真空度進(jìn)入0. 1 Pa 便啟動(dòng)渦輪分子泵P1, 再根據P1 的抽速曲線(xiàn)計算出最大排氣量為Q = 9 Pa·L/s , 再由P1 最大出氣口壓力要求計算出牽引分子泵抽速S 牽分> 0. 9L/s。從牽引分子泵抽氣曲線(xiàn)可以得知牽引分子泵抽速滿(mǎn)足要求但盈余不大。
連接管路、儀器支架的設計及選擇
根據泵間配合的計算并結合BEPC 的實(shí)際情況設計了連接管路及儀器支架, 其特點(diǎn)主要表現在以下兩個(gè)方面。
①兩個(gè)分子泵及其電源、高真空計及規管安裝在一個(gè)儀器推車(chē)上, 干泵安裝在另一個(gè)儀器車(chē)上, 兩車(chē)就位后用波紋管(兩端快卸卡箍) 連接。這樣就避免了干泵運轉時(shí)的強烈震動(dòng)影響分子泵及真空計工作。此外由計算知, 干泵作牽引分子泵前級抽速盈余較大, 波紋管上的抽速損失不會(huì )對機組運行造成太大影響。
②充分利用兩分子泵體積小、重量輕、安裝方向靈活的優(yōu)點(diǎn), 使渦輪分子泵正向垂直安裝, 牽引分子泵反向垂直安裝。這樣就可以降低機組的高度且儀器推車(chē)的制造也相對簡(jiǎn)單。由于牽引分子泵作渦輪分子泵的前級抽速盈余不大, 因此兩泵之間用適當尺寸的三通連接(其中一通為檢漏儀預留) , 這樣可以減少管路上的抽速損失。
總結：
通過(guò)合理的設計連接, 最大限度地發(fā)揮了各泵的優(yōu)點(diǎn), 使連接后的機組得到很好的使用。此外, 由于干泵耐可凝性氣體的能力較差, 在使用中要注意清洗原來(lái)使用過(guò)有油機械泵的被抽室。當干泵抽過(guò)一定數量曾暴露過(guò)濕度較高的大氣的被抽室, 干泵的極限真空就會(huì )下降。當這種情況發(fā)生時(shí), 我們通過(guò)實(shí)驗總結出一個(gè)經(jīng)驗, 解決了泵室中的水分子含量較高的問(wèn)題, 提高了泵的極限真空。因此, 如果有條件的話(huà), 破壞真空時(shí)最好對被抽室充干燥氮氣。如果高真空泵為冷凝泵就會(huì )大大減少這種情況。
