Вакуумные печи

      руемых  помещениях. Полы, потолки и стены  этих помещений должны быть покрыты материалами, не позволяющими скопляться в помещении пыли и мусору и легкое доступными для уборки.

      Газы, выбрасываемые из выхлопных патрубков фор-вакуумных насосов, должны с помощью трубопроводов, выводиться за пределы помещения, где установлена печь. Уборку помещений необходимо производить регулярно методами, обеспечивающими минимальное загрязнение атмосферы помещения пылью (пылесосами, влажной протиркой: и т. д.), и желательно в то время, когда печь полностью-закрыта и находится под вакуумом.

      Поверхности всех деталей, находящихся в вакууме, и-внутренние стенки кожуха печи должны быть чистыми и-не иметь ржавчины. Уплотняющие резиновые прокладки¹ при сборке вакуумных систем промывают бензином или? спиртом.

      Персонал, обслуживающий электропечь, должен постоянно иметь чистую спецодежду, а при работе с высоко-и сверхвысоковакуумными печами — белые халаты и головные уборы, следить за чистотой рук, работы производить, чистым обезжиренным инструментом, не вносить в электропечь ка обуви и одежде грязь, пыль, влагу и др.

      3.2. Вакуумные насосы

      3.2.1. Основные параметры насосов. В  зависимости от* вакуума, который  необходимо создать в вакуумной печи, количества и характера откачиваемых газов для откачки печи применяются те или иные вакуумные насосы или системы вакуумных насосов.

      Вакуумные насосы по условиям их работы можно  разделить на три группы: насосы с выхлопом в атмосферу,, насосы, для работы которых необходимо создание пониженного давления на выхлопе, и насосы, работающие за счет поглощения газов.

      К первым относятся большинство типов  механических. вакуумных насосов; ко вторым — диффузионные и бустер-ные пароструйные, двухроторные, молекулярные; к третьим — адсорбционные, а также геттерные и ионно-геттерные насосы.

      Основными характеристиками вакуумных насосов, по» которым производится выбор типа насоса для конкретных вакуумных систем, являются предельное остаточное давление, которое может быть достигнуто при работе насоса на себя, т. е. при перекрытом впускном (всасывающем)

      250

 

      

      

      

 
 
      

      ?;v-S:

      _г§

      _t^/^

      _■©■ 

      Рис. 3.3. Схема водокольцевого    Рис. 3.4. Схема одноступенча- 
насоса того      пластинчато-роторного

      вакуумного  насоса

      отверстии; наибольшее рабочее давление, при  котором насос длительное время сохраняет номинальную быстроту «откачки; наибольшее выпускное давление — наибольшее давление в выходном сечении вакуумного насоса, при котором насос еще может осуществлять откачку; наибольшее давление запуска — наибольшее давление во входном сечении вакуумного насоса, при котором насос может начать работу; быстрота откачки — объем газа при данном давлении, откачиваемого насосом в единицу времени; производительность —■ поток газа во входном сечении насоса при данном давлении.

      Быстрота  откачки S и производительность Q связаны между собой формулой

      (р  — рабочее давление насоса).

      3.2.2. Механические вакуумные насосы. В электропече-строении наиболее широкое применение нашли насосы низкого вакуума — водокольцевые; среднего вакуума — пластинчато-роторные, плунжерные (золотниковые) и двух-роторные; высокого и сверхвысокого вакуума — турбомоле-кулярные.

      Водокольцевой насос показан на рис. 3.3. Внутри цилиндра насоса 1 эксцентрично ему расположено рабочее колесо 2. На торцевых крышках цилиндра имеются всасывающее 5 и выхлопное 6 окна, соединенные соответ-

      251

 

      

      ственно с всасывающим 4 и выхлопным 7 патрубками. При вращении ротора вода, заполняющая цилиндр, отбрасывается центробежными силами к стенкам цилиндра, образуя водяное кольцо 3, в верхней части касающееся ступицы ротора, а в нижней образующее со ступицей полость, вначале увеличивающуюся, а затем после перехода за вертикальную ось насоса уменьшающуюся.

      Откачиваемые  газы через окно 5 засасываются в полость между ступицей и водяным кольцом и выталкиваются через окно 6, так как эта полость уменьшается и за выхлопным отверстием исчезает. Излишки циркулирующей через насос воды выбрасываются в выхлопное отверстие.

      На  входе в насос постоянно имеются  водяные пары, могущие попасть в откачиваемый объем. Насос может откачивать газы, содержащие насыщенные пары воды, и поэтому применяется для откачки сушильных печей, где применение масляных насосов нерационально из-за увлажнения масла и постоянной необходимости его сушки.

      Пластинчато-роторный насос представлен на рис. 3.4. Рабочая  камера насоса 1 помещена в масляный бак 2. При вращении ротора 5 пластины 6 благодаря пружинам 10 постоянно прижимаются к цилиндрической поверхности рабочей камеры и объем 4, соединенный с впускным i патрубком 3, увеличивается, засасывая газ, а объем 9 уменьшается, сжимая и выталкивая газ через выхлопной клапан 7 и выпускной патрубок 8. Размещение рабочей камеры в масле обеспечивает хорошее уплотнение элементов конструкции.

      Вращательный  объемный вакуумный  насос (золотниковый) изображен на рис. 3.5. Неподвижный корпус насоса 7 с помощью золотника 6 разделен на две изолированные камеры. Верхняя камера с помощью трубопровода 9 сообщается с откачиваемым объемом. В нижней цилиндрической камере 10 вращается ротор /, эксцентрично насаженный на проходящий через камеру вал //. На ротор надета обойма, представляющая собой полый цилиндр 2, от которого отходит открытый сверху полый параллелепипед 3. В последнем у основания имеется всасывающее отверстие 4. При вращении ротора обойма скользит по внутренней поверхности нижней цилиндрической камеры корпуса; параллелепипед 3 совершает одновременно поступательное и колебательное движения. В корпус вмонтирован выпускной клапан 5.

      В исходном положении камеры насоса 8 и 10 заполнены газом. При вращении ротора нижняя камера разделяется обоймой на два не сообщающихся между собой,

      252

 

      

      

      Рис. 3.5. Схема вращательного    Рис. 3.6. Схема двухроторногсг объемного    вакуумного насоса    вакуумного насоса (золотникового)

      объема: левый 12 и правый 10. Поскольку правый объем уменьшается, давление газа в нем растет и становится достаточным для открывания клапана 5, через который газ выбрасывается в атмосферу. Левый объем 12, наоборот, увеличивается, благодаря чему разрежение в нем возрастает и в момент, когда отверстие 4 выходит из золотника, газ из верхней камеры 8 заполняет левый объем. При дальнейшем перемещении обоймы правый объем продолжает уменьшаться, выжимая газ через клапан 5, а левый увеличивается, засасывая все большее количество газа.

      Насос рассчитан на рабочее давление, не превышающее 2-Ю⁴ Па. Откачка объема от атмосферного давления до 2-Ю⁴ Па должна занимать приблизительно 5 мин, в противном случае насос может перегреться. " Вращательные объемные (золотниковые) и пластинчато-роторные насосы не рассчитаны на откачку конденсирующихся паров. Поскольку степень сжатия этими насосами (отношение объема засасываемых к объему выталкиваемых газов) достигает 700:1, пары, содержащиеся в откачиваемом газе, при сжатии конденсируются и растворяются в масле. Давление паров такого масла повышается,, и предельный вакуум насоса ухудшается. Этот недостаток ликвидируется добавлением к таким насосам газобалластного устройства. Принцип действия газобалластных насо-

      25S

 

      

      

      ^гпшипишшп/vnu шипип

      

      

 
 

 
       Рис. 3.7. Схема молекулярного вакуумного насоса

      сов заключается в том, что в определенный момент рабочего цикла в насос поступает неконденсирующийся газ (атмосферный воздух), благодаря чему степень сжатия откачиваемых из печи газов уменьшается в несколько десятков раз и парциальное давление парод, содержащихся в откачиваемых газах, не достигает давления насыщения. Пары вместе с откачиваемым газом и поступившим в насос воздухом выбрасываются в атмосферу. Для откачных вакуумных систем электропечей, как правило, применяются газобалластные насосы.

      Двухроторный  насос (рис. 3.6) относится к классу на-'Сосов, которые имеют максимальную быстроту откачки в диапазоне давлений 100—1 Па и не могут работать самостоятельно, выбрасывая откачиваемые газы в атмосферу. Наибольшее выпускное давление двухроторного насоса равно 10³—2-Ю³ Па, поэтому к выхлопному патрубку насоса необходимо подсоединять форвакуумный насос (насос, •обеспечивающий форвакуум, необходимый для нормальной работы насоса более высокого вакуума).

      Два фигурных ротора насоса / вращаются внутри неподвижного корпуса 2, засасывая газ через патрубок 3 и выбрасывая его через патрубок 4. Особенностью насоса является то, что между роторами имеется постоянный зазор, благодаря чему полностью отсутствует трение ротора о ротор. Это дает возможность довести частоту вращения роторов до 3000 об/мин.

      Молекулярный  насос изображен на рис. 3.7. В корпусе / с закрепленными в нем дисками 2 вращается ротор 3 с дисками 4. В дисках имеются косые прорези, причем про-. рези в роторных дисках расположены зеркально по отношению к прорезям в дисках корпуса. При вращении ротора

      254

 

      

      

      

      с большой частотой (12 000—18 000 об/мин) откачка происходит за счет преимущественного отражения молекул от середины ротора к краям.

      

      Рис.  3.8.   Схема  паромасляногср вакуумного насоса

      Благодаря тому что работа турбомолекулярных насосов не связана с миграцией масла в откачиваемый объем (как, например, в насосах рис. 3.4, 3.5), а создаваемый ими предельный вакуум весьма высок, эти насосы используются для откачки сверхвысоко-вакуумных электропечей, в которых не допускается наличие паров масла. В них встроен форвакуумный насос 5.

      3.2.3. Паромасляные вакуумные  насосы. Эти насосы отличаются простотой устройства и обеспечивают весьма высокую быстроту откачки (до 100 м³/с и выше).

      В водоохлаждаемый корпус насоса / (рис. 3.8) заливают вакуумное масло, которое с помощью электрического нагревателя разогревается до кипения. Пары масла по паропроводу 2 устремляются к соплам 3 эжектора. Вытекая из сопл, пар захватывает частицы откачиваемого-газа и устремляется в нижнюю часть насоса. Попадая на охлаждаемые стенки насоса, пар конденсируется, а захваченный им воздух откачивается через патрубок 4 эжектором.

      Максимальное  выпускное давление паромасляных насосов не превышает 100—200 Па.

      В вакуумных электропечах применяются  паромасляные насосы — бустерные с рабочим давлением 1 —10~² Па и. диффузионные—10~'—10~⁵Па. В бустерных (средневакуум-ных) насосах захват газа струей происходит как за счет диффузии газа в струю, так и вследствие турбулентно-вязкостного увлечения газа. В диффузионных (высоковакуумных) насосах захват газа струей происходит за счет диффузии   газа   в   струю.

      При работе паромасляных насосов, как бустерных, так и диффузионных, паровая струя, выходящая из верхнего сопла, может попасть в откачиваемый объем. Для улав- 

      255.

 

      

      ливания масла насосы снабжаются маслоотражателем, представляющим собой водоохлаждаемый колпачок, прикрывающий верхнюю часть паропровода и задающий направление паровой струе. При увеличении давления в печи выше наибольшего рабочего давления насоса маслоотражатель перестает работать. Снижение быстроты откачки насоса из-за применения маслоотражателя не превышает 5—10 %. Следует, однако, иметь в виду, что даже при наличии маслоотражателя небольшое количество масла из паромасляного насоса проникает в печь. Снизить это количество удается применением вымораживающих ловушек.

      3.2.4. Адсорбционные (цеолитовые) насосы. Для созда 
ния предварительного разрежения при безмасляной откачке

      применяются адсорбционные (цеолитовые) вакуумные на--сосы, использующие в качестве сорбента цеолит марки 5а. Насосы рассчитаны на откачку объемов 10—100 дм³ от атмосферного давления до давления 1 —10~² Па.

      Действие  этих насосов основано на способности  цеолита при охлаждении поглощать значительные количества газов, включая пары воды, воздух, азот, кислород, окись и двуокись углерода, аргон (значительно хуже поглощаются гелий, водород). Охлаждение цеолита во время откачки осуществляется погружением насоса в сосуд Дьюара, заполненный жидким азотом. При прогреве цеолита до 550 °С он практически полностью восстанавливает свои сорбционные свойства.