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產(chǎn)品信息

[低溫泵入門 2 ]

低溫泵的使用方法

1.低溫泵的安裝,設(shè)置

系列低溫泵因使用小型氦氣制冷機,可在任何方位進行安裝。但從密封件的磨耗考慮,建議以同一方向使用。氫蒸氣壓溫度計應安裝在便于讀取溫度數(shù)據(jù)的場所。壓縮機裝置應放置在便于確認壓力表的場所。并要求放置在水平地面(地面傾斜在±5°范圍內(nèi))上。
為了便于進行維修工作,要求低溫泵和壓縮機裝置的周圍留出一定空間。使用空冷式壓縮機時,為了讓空氣自然流通,前后應留出30cm以上空間。且要求定期對熱交換器是否被不純物堵住進行確認并清潔。
金屬軟管彎曲會導致氦氣漏泄。要求彎曲最小半徑為250mm。在需要對金屬軟管進行彎曲時,應使用帶有L型接頭的金屬軟管或彎頭。

圖1為低溫泵的使用代表例圖。在此圖中如粗抽壓力為40Pa的話,不會發(fā)生油氣逆流現(xiàn)象,則不需要使用粗抽用過濾器。如在使用粗抽用過濾器時,要求定期對粗抽用過濾器進行再生。如使用干泵時,因不發(fā)生油氣逆流現(xiàn)象,則粗抽壓力不受限制。能抽什么程度,就可以抽到什么程度。低溫泵本身不需要電離真空計,但為了便于確認低溫泵單體的極限壓力,建議在低溫泵上安裝電離真空計。在前面所述,低溫泵可向任何方位進行安裝,但在排出大量水汽時,事先應考慮好如何把再生時產(chǎn)生的水排好。

圖1:為低溫泵的使用代表例圖。
fig4-1
H2VP 水素蒸気圧溫度計 CA CA熱電対
V1 主閥門 V2 再生用粗抽閥
V3 真空室用粗抽閥 V4 粗抽閥
P1、P2 皮拉尼真空計 P3、P4 電離真空計

2.熱源的隔離及遮擋

低溫泵的冷凍能力因型號而異。1級冷頭降至80K的所需功率為數(shù)十瓦特,2級冷頭降至20K的所需功率為數(shù)瓦特。但真空裝置內(nèi)有蒸發(fā)源或加熱器等熱源。
如圖2表示直徑為254mm(10英寸)的面放出的輻射熱量。隨溫度的上升以及輻射率的加大所放出的熱量也隨之增加。因來自真空裝置的熱量會遠遠超出低溫泵的冷凍能力,如這些熱量進入低溫泵話,會導致低溫泵的性能即排氣功能降低。真空室內(nèi)存在熱源時,應根據(jù)需要對熱源進行隔離。

圖2:φ254mm面放出的輻射熱及輻射熱與溫度的關(guān)系
fig4-2

 

圖3是存在熱源時的安裝例。圖①輻射熱直接入進低溫泵內(nèi),因此不可采用。(2)、(3)可以采用,但如熱源的溫度高時應把經(jīng)反射后進入低溫泵的輻射量也應考慮在內(nèi)。


圖3:有發(fā)熱源時的安裝例

fig4-3

〈供參考,因輻射熱低溫泵所承受的熱負荷可由以下公式計算得出。〉
Q=εAV?σ?A?(Tw4-T14) (W)
εAV:平均輻射熱,σ:玻耳茲曼常數(shù)=5.67X10-12(W/cm2/K4),A:受熱面積(cm2)
Tw:室溫壁的溫度(通常300K), T1:屏蔽筒?擋板的溫度(通常80K)

 

3.冷卻水注意事項(水量及水質(zhì))
壓縮機裝置有空冷式和水冷式兩種。且向壓縮機裝置的輸入電力的大部分都將變成熱。采用空冷式的情況下,這些熱在空冷扇與熱交換器中冷卻。因不需要提供冷卻水,不僅可以降低成本,也不需要進行設(shè)置管道等優(yōu)點。但因產(chǎn)生的熱將全部排放于大氣中,需要進行空氣凈化處理,且會產(chǎn)生噪音和塵埃。因此近年來普遍采用水冷式。
水冷式壓縮機的冷卻水的溫度過于低的話,壓縮機內(nèi)潤滑油的粘度上升,會導致壓縮機裝置收到運轉(zhuǎn)指令也無法啟動或成超負荷狀態(tài)。相反冷卻水的溫度過于高或流量少的話,壓縮機的溫度變高或不能正常冷卻,導致熱控開關(guān)動作即壓縮機停止運轉(zhuǎn)。有關(guān)對冷卻水的水溫及流量,請參照使用說明書,要求在規(guī)定范圍內(nèi)使用。如水溫低于10℃時,在停止壓縮機運轉(zhuǎn)的同時也需要停止供應冷卻水。如不停止冷卻水的供應,會導致壓縮機的啟動困難。且在停止壓縮機時存在壓縮機內(nèi)的冷卻水會有結(jié)冰的可能性時,會導致配管破裂的危險,因此要求進行空壓排水,把壓縮機裝置內(nèi)的冷卻水徹底排掉。
冷卻水要使用不會對配管產(chǎn)生腐蝕作用,且無含水垢等附著物的干凈的水。水質(zhì)差將會導致配管流經(jīng)變窄,流量減少,熱傳達不良即冷卻不良。如使用對配管產(chǎn)生腐蝕作用的冷卻水,熱交換器上將會出現(xiàn)細孔,導致重大事故。有關(guān)水質(zhì)管理標準敝公司參照了日本冷凍空調(diào)工業(yè)會的水質(zhì)標準。由于冷卻水內(nèi)會存在附著沉淀物等,會導致水質(zhì)變差。因此要求定期對水質(zhì)進行檢查和對配管進行清洗。

表1:冷卻水的水質(zhì)標準(參照了日本冷凍空調(diào)工業(yè)會的水質(zhì)標準)

項 目 普遍用
標準值
低溫泵用
推薦值
傾向
腐蝕 生成水垢
 標


 pH (25℃) 6.5~8.0 6.5~8.0
 導電率(25℃) (μ S/cm) 800以下 200以下
 氯化物離子 Cl- (mg Cl-/L) 200以下 50以下
 硫酸離子 SO2-- (mg Cl-/L) 200以下 50以下

注意)○表示具有腐蝕作用或易生成水垢的項目。

4.低溫泵的運轉(zhuǎn)及運行循環(huán)
低溫泵的運行由以下3個過程組成。
(1) 運行開始    低溫泵的粗抽真空及冷卻降溫
(2) 通常運行    低溫泵對真空裝置進行抽氣
(3) 停止運行、再生 低溫泵停止運行和進行再生

1.運行開始(粗抽真空、冷卻降溫)
低溫泵的運轉(zhuǎn)啟動步驟如下。
(1)接通主電源。
(2)壓縮機裝置為水冷式時,供應冷卻水。
(3)粗抽至低溫泵內(nèi)壓力達到40Pa為止。(如抽至13~20Pa以下的話,油回轉(zhuǎn)泵內(nèi)的油蒸氣向低溫泵反流,導致低溫泵被油蒸氣污染。但使用干泵時,抽壓不受限制,抽至數(shù)Pa也無妨) 在進行粗抽后通常進行壓力上升測試。
壓力上升速度的推薦界限值為ΔP/Δt≦1.3Pa/min
(4)啟動低溫泵。
(5)待低溫泵達到工作狀態(tài)。滿足以下條件時則說明低溫泵達到了工作狀態(tài),即可進行抽氣工作。
●15K冷凝板的溫度降至20K以下
●80K屏蔽筒的溫度降至130K(K熱電偶的起動電壓為-5.5mV)以下降至此溫度為止所需時間(冷卻降溫時間)如表2所示因低溫泵型號而異。
(6)低溫泵將開始通常運行。

表2:各型號低溫泵的冷卻降溫時間 (粗抽真空:40Pa)

低溫泵型號 U6H U8H U8HSP U10PU U12H U12HSP U16 U16P U20P U22H U30H
冷卻降溫時間
(分)
50Hz 80 100 110 150 85 90 110 120 160 150 240
60Hz 70 90 100 135 75 80 100 110 140 135 200

(注意)在以下幾種情況下,實際冷卻降溫時間可能會比表中時間值長。(1)低溫泵內(nèi)受污染,(2)熱負荷大,(3)由于再生操作等低溫泵內(nèi)完全變干燥,(4)粗抽完成后、殘留氣體中的He,H2,Ne氣體分壓超過0.1Pa。

 

CRYO-U12Hの運行循環(huán)例
fig4-4

2.通常運行
待低溫泵進入工作狀態(tài),按下列步驟對真空室進行抽氣。
(1)真空室內(nèi)的壓力達到最大容許交差壓力(參照6.5)為止對真空室內(nèi)進行粗抽。(通常采用降至40Pa)。油回轉(zhuǎn)泵作為粗抽泵使用時,為防止油蒸氣向真空室內(nèi)反流,不可以抽至低于13Pa。干泵作為粗抽泵使用時,抽至13Pa以下也沒關(guān)系。
(2)打開主閥門對真空室進行精抽。
(3)真空室內(nèi)壓力達到所需壓力后即可進行鍍膜,濺射等作業(yè)。

 

3.運行停止
(1)關(guān)閉主閥門。
(2)把低溫泵切換OFF狀態(tài)。
(3)水冷式壓縮機時,根據(jù)需要應停止供應冷卻水。
(4)待15K冷凝板和80K屏蔽筒的溫度完全降至室溫后,低溫泵內(nèi)的壓力達到10~100Pa為止進行粗抽。由于在升溫過程中所產(chǎn)生的氣化氣體,使得低溫泵內(nèi)壓力超過大氣壓的情況下,要求設(shè)置通氣閥進行放大氣。防止泵內(nèi)壓力超過大氣壓。

 

4.低溫泵的再生
因低溫泵為貯存式真空泵,當泵內(nèi)貯存的氣體量達到極限時,要求向外排放,使低溫泵恢復吸附排氣功能。此操作稱為再生(regeneration)。低溫泵排出的極限氣體量為排氣容量。當下述任意情況出現(xiàn)時,即需進行再生。
(1)15K冷凝板的溫度超過20K
(2)80K屏蔽筒的溫度超過130K(-5.5mV)
(3)關(guān)閉主閥門過5分鐘后壓力降不到1.3×10-4Pa以下
(4)排氣功能滿足不了裝置要求
通常的使用過程中,當氣體量達到排氣容量時;在進行裝置的維修作業(yè)時;或節(jié)假日里定期進行再生作業(yè)。如在節(jié)假日里等無人操作情況下進行再生時,可進行自動再生。

4-1.適用于各種用途的再生方法(完全再生及再生的效率化)
再生操作分3個步驟進行。
(1)升溫過程
(2)粗抽真空過程
(3)冷卻降溫過程
為縮短再生時間應縮短升溫時間和粗抽真空時間。為了能夠徹底地進行再生,需完全升溫至室溫,并通過進行有效粗抽,把吸附劑里的水分徹底除掉。冰在0℃ 以上溫度下才可融化,想要徹底除掉水分,需把溫度升至0℃以上。

(1)升溫過程的效率化
停止低溫泵運轉(zhuǎn),把溫度升至室溫的方法有以下幾種。
(1)自然升溫    :只需把低溫泵切換為OFF狀態(tài)后放置即可
(2)電加熱帶 :把加熱帶裹在泵壁外表進行加熱
(3)注入N2    :向低溫泵內(nèi)注入氮氣,使得泵內(nèi)部開始加熱即縮短升溫時間
(4)注入N2+加熱帶:(2)、(3)可并用
(5)注入熱N2 :向低溫泵內(nèi)注入溫度為70℃的氮氣
(6)注入熱N2+電加熱器:并用(2)和(5),最能縮短升溫時間
溫度升至室溫為止的時間,除上述方法外,因泵內(nèi)貯存的氣體量、種類及泵型號而異。因此事先不易估量其升溫時間。通常,注入氮氣法需要60~90分鐘。各種再生方法所需升溫時間由表3所示。此表中把注入氮氣法所需時間定為1。僅可做參考值。

表3:升溫方法及升溫時間(參考值)

升溫方法 升溫時間的比率
 1.自然升溫 3~6
 2.電加熱帶 ~1.2
 3.氮氣沖洗法 1
 4.氮氣沖洗法+電加熱帶 ~0.85
 5.熱氮氣沖洗法 ~0.80
 6.熱氮氣沖洗法+電加熱帶 ~0.70

 

圖5:低溫泵的升溫過程
fig4-5

右圖表示低溫泵升溫時的狀態(tài),大致可分為A,B,C,D4種模式。
A:氮氣沖洗法+電加熱帶(水氣少時)
屏蔽筒和擋板的溫度升溫至40℃左右。通過除去泵內(nèi)水氣,可獲得良好的再生效果。
B:只用氮氣沖洗法(水氣少時)
是最普遍使用的再生方法。在水氣少時可獲得良好的再生效果。
C:氮氣沖洗法+電加熱帶(排出大量水氣時)
在0℃下冰化解為水時升溫會停止一段時間。因使用電加熱帶,可縮短融化時間。(基板為玻璃或塑料時建議使用此方法)
D:只采用氮氣沖洗法或用自然升溫法排出大量水氣時,因加熱量少,冰很難融化為水。
在這種狀態(tài)下如進行粗抽,因再生不能充分進行會導致排氣性能降低。向玻璃或塑料進行鍍膜時需要特別注意。對K熱電偶的起動電壓是否降到0mV請進行確認。要求并用電加熱帶。尤其是在排出大量水氣時,把再生過程中的K熱電偶的起動電壓記錄下來,判斷處于A,B,C,D4種的哪種模式,并確認冰是否完全融化。

(2)粗抽真空過程
油回轉(zhuǎn)泵通常作為低溫泵的粗抽泵使用。使用油回轉(zhuǎn)泵的情況下,在高壓領(lǐng)域,因存在空氣的粘性流flashing作用,返流量極少。但壓力低于15Pa時,粘性流flashing作用降低,會出現(xiàn)油蒸氣返流現(xiàn)象。(參照圖4-6)
從安全方面考慮敝公司低溫泵在粗抽壓力40Pa下可以啟動。如粗抽至20Pa以下時請使用粗抽用過濾器。在使用沸石阱時應注意以下幾點。(1)粗抽時間變長、(2)水氣多時很快成飽和狀態(tài)、(3)產(chǎn)生塵埃、(4)需要定期進行活性化。
在低溫泵內(nèi)存在大量水氣的條件下進行粗抽的話,因隨著蒸發(fā),熱量會被奪取,會導致水溫降低。水分少時,會完全蒸發(fā)掉。但水分多時,水將結(jié)冰后殘留,從而導致再生不良。在水分多的情況下,粗抽作業(yè)時如并用電加熱帶,可防止結(jié)冰。且在使用油回轉(zhuǎn)泵排出大量水分時,油會乳化,很難抽至40Pa。在這種情況下通常需要頻繁更換其油。但可采取以下措施。
(1) 使用油含量多,處水能力強的大型油回轉(zhuǎn)泵。
(2) 使用可對水和油進行分離,具有排水器的油回轉(zhuǎn)泵。
(3) 使用機械增壓泵降低極限壓力。(但油回轉(zhuǎn)泵的油要定期更換。)

在處理大量玻璃,塑料時,因需要排出大量水氣,故要求事先做好措施。

 

4-2再生用各選購配件
提高再生效果的方法有氮氣沖洗法和使用電加熱帶法。敝公司可向您提供再生氣體配管PR型(氮氣沖洗再生用)和再生用電加熱帶RBH型。此外還可提供自動再生控制裝置ARC型。

圖6:再生氣體配管PR型
fig4-6

圖7:再生用加熱帶RBH型
fig4-7

圖8:RBH升溫特性

fig4-8

RBH型電加熱帶使用自限溫度的發(fā)熱體,因此不需要溫控器。因發(fā)熱體的電阻隨溫度的上升會增大,可控制電流,防止超過設(shè)定溫度值。因不使用雙金屬溫控器等,不會出現(xiàn)溫度過高等故障,非常安全。

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