Криосорбционные насосы — основным отличием криосорбционных насосов от конденсационных является способность путем криосорбции откачивать низкокипящие газы (гелий, водород), обеспечиваемая применением адсорбентов, охлаждаемых до сверхнизких (криогенных) температур. В качестве адсорбента в криосорбционных насосах могут использоваться цеолиты, активированный древесный уголь, пористый никель, оксидная пленка алюминия и другие материалы.
По конструкции криосорбционные насосы мало отличаются от конденсационных. При полном насыщении адсорбента газом криосорбционный насос становится конденсационным, однако при низких давлениях (10“5—10 4 Па) он способен сотни и даже тысячи часов работать без использования вспомогательного насоса для откачки низкокипящих газов.
Криосорбционный заливной насос состоит из цилиндрического сосуда с ребрами. Цилиндрический сосуд изготовлен из алюминиевого сплава АД1, на поверхности которого анодным окислением создана высокопористая оксидная пленка алюминия толщиной 120— 150 мкм, являющаяся сорбентом.
Оксидная пленка алюминия обладает большой сорбционной емкостью, имеет большую теплопроводность и высокую механическую прочность. Внутрь сосуда с помощью переливного устройства, вводимого в горловину, заливается жидкий гелий. Ребра служат для увеличения геометрической поверхности сорбента, за счет чего повышается сорбционная емкость.
С целью снижения теплопритока сосуд защищен жалюзийным экраном, который охлаждается испаряющимся газообразным гелием. В свою очередь, экран окружен глухим экраном, который охлаждается жидким азотом, находящимся в резервуарах.
Такая система промежуточных экранов обеспечивает дифференциальную откачку отдельных компонентов газа на различных температурных уровнях, что позволяет более рационально использовать емкость сорбента, нанесенного на сосуд. Действительно, при откачке сосуда вначале конденсируются углекислый газ и пары воды на экранах, температура которых поддерживается в пределах 78—90 К, а затем на экране, охлажденном до 25—30 К, происходит конденсация всех остальных газов, кроме гелия, водорода и неона, и, наконец, на ребрах сосуда, имеющих температуру около 4,2 К, сорбируются эти низкокипящие газы, а также та часть других газов, которая не сконденсировалась на экранах.
Криосорбционный насос целесообразно устанавливать непосредственно внутри откачиваемого сосуда, для чего предусмотрен фланец. Предельное остаточное давление, создаваемое криосорб-ционным насосом, после предварительного обезгазивания цилиндрического сосуда при температуре 420 К составляет 1 х 10-9 Па. Несмотря на относительную простоту конструкции, криосорбционные заливные насосы обладают существенными недостатками, состоящими в необходимости периодической заливки жидкого гелия и азота, трудности автоматизации и контроля наличия хладагентов, а также в необходимости транспортировать жидкий гелий и собирать дорогостоящий газ. Для сбора испаряющегося в насосе гелия применяют мягкий газгольдер, откуда компрессором гелий перекачивают в стандартный баллон с давлением 15 х 106 Па. С целью упрощения эксплуатации современные криосорбционные насосы снабжаются встроенными криогенераторами. При изготовлении и эксплуатации вакуумных насосов возникает необходимость в проверке основных эксплуатационных параметров. Как уже упоминалось, к таким параметрам относят быстроту действия, предельное остаточное давление, наибольшее давление запуска и наибольшее выпускное давление. Измерение параметров обычно проводят на испытательной установке, которая содержит, кроме испытуемого насоса, измерительную камеру, средства измерения давления и потока газа, масс-спектрометрические датчики и необходимую коммутирующую аппаратуру.
Для унификации условий измерения измерительная камера всегда выбирается определенных размеров. Так, диаметр измерительной камеры рекомендуется брать для большинства типов насосов (кроме механических и адсорбционных) — равный диаметру входного отверстия насоса, но не менее 100 мм. При входных отверстиях меньше 100 мм между камерой и насосом устанавливают переходник. Хотя известно много экспериментальных методов измерения быстроты действия насосов, в промышленности и лабораторной практике рекомендован метод, при котором измеряют поток газа, напускаемого в измерительную камеру, и затем по соответствующим соотношениям определяют быстроту действия насоса. В зависимости от ожидаемой производительности насоса применяют различные методы измерения потока газа. При измерении быстроты действия механических вакуумных насосов измерительная камера должна иметь объем не менее пяти объемов всасывания за один оборот ротора насоса. Измерение быстроты действия проводят методом постоянного давления. Для этого измерительную камеру откачивают до давления 0,1 Па Ри (Рк — давление, при котором требуется измерить быстроту действия). Затем с помощью натекателя напускают в измерительную камеру газ до установления давления Рп и измеряют при этом одним из способов поток напускаемого газа Q'H. Так, если поток газа лежит в пределах от 1000 до 0,10 м3 х Па/с, для его измерения применяют ротаметры, если в пределах от 2 до 1,0 х 10”5 м3 х х Па/с — измерительные бюретки, и, наконец, при потоках газа меньше 1,0 х х 10~5 м3 х Па/с измеряют поток методом калиброванной диафрагмы и двух манометрических преобразователей.
По формуле вычисляют быстроту действия насоса при данном давлении Рн. Устанавливая натекателем различные давления Рн в измерительной камере и измеряя при этом поток напускаемого газа, снимают таким образом зависимость быстроты действия насоса от впускного давления SH = f(P,)- При испытаниях газобалластных насосов проводят измерение быстроты действия с закрытым и открытым газобалластным устройством.
Измерение быстроты действия насосов других типов осуществляется аналогичным образом. При определении характеристик адсорбционных насосов вместо быстроты действия обычно находят максимальный объем Умж, откачиваемый адсорбционным насосом, от давления 105 Па до давления 1,33 Па за установленное время.
Измерение предельного остаточного давления. У насосов объемного действия обычно измеряют полное предельное остаточное давление газов и паров. Для этого производят откачку измерительной камеры до тех пор, пока в ней не установится так называемое равновесное давление, которое затем в течение следующих трех часов изменится не более чем на 10%. Это установившееся равновесное давление и принимают за предельное остаточное давление насоса. Измерение предельного остаточного давления газов у насосов других типов производится аналогичным образом, с той лишь разницей, что применяют измерительную камеру и до измерений проводят обезгазивание насоса (если это предусмотрено его конструкцией) и измерительной камеры прогревом при температуре 600—700 К в течение 12— 24 ч. За предельное остаточное давление в этом случае принимают давление, полученное через 24 ч после выключения прогрева. Следует подчеркнуть, что во избежание ошибки в измерении предельного остаточного давления проводимость трубопровода, соединяющего измерительную камеру с манометрическим преобразователем, должна быть не менее 50 л/с. Предпочтительней, однако, использовать манометрические преобразователи открытого типа. Измерение наибольшего выпускного давления производят при испытаниях эжекторных, бустерных и высоковакуумных диффузионных насосов и агрегатов.
Для измерения наибольшего выпускного давления откачивают измерительную камеру до давления в 10 раз меньшего, чем давление, при котором производительность насоса максимальная.
С помощью натекателя, установленного в измерительной камере, увеличивают давление до значения, соответствующего максимальной производительности насоса. Затем натекателем, установленным на магистрали (соединяющей выпускной патрубок насоса с насосом предварительного разрежения), напускают газ до тех пор, пока давление в измерительной камере не возрастет на 50% больше ранее достигнутого давления. Давление, измеренное в этот момент на выпускном патрубке насоса, принимают за наибольшее выпускное давление.