Элементы вакуумных систем.

Д

Вак. объем

ж N₂

1 Па

Диффузионный вакуумный насос

10^-4 Па

Форвакуумный насос

Рис.68

ля создания вакуума с остаточным давлением 10^-3…10^-4 Па применяют систему, принципиальная схема которой показана на рис. 69. Азотная ловушка для предотвращения обратного потока паров масла и вымораживания легко конденсирующих газов ( пары Н₂О ).

Форвакуумные насосы: поршневые с вращающимся ротором, пластинчато - роторные, двухроторные типа Рутса. Создают разряжение с остаточным давлением 0.1…1 Па.

Для получения более низкого остаточного давления применяют диффузионный насос (пароэжекторный). Схема такого насоса показана на рис. 69.

Из откаченного объема

U

Эл. нагреватель

Масло кипящее

Охлаждающая вода

Пары масла

К форвакуумному насосу

Рис.69

Включение диффузионного вакуумного насоса возможно только после достижения в его полости остаточного давления не выше 1 Па с помощью форвакуумного насоса.

Н

ЭДС

иже показаны принципиальные схемы других способов получения глубокого вакуума.

С

Р<10^-6 Па

Магнитное

поле

хема ионного вакуумного насоса.

Коллектор

катод

анод

Рис.70

Схемы вакуумных крионасосов.

Теплая поверхность

Плоскощитовая конструкция:

Р = 10^-6 - 10^-10 Па

Ш

Криоповерхность Т=20К

Т≈100к (экраны)

Т≈100К (экраны)

Теплая поверхность

Рис.71

Р = 10^-6 - 10^-10 Па

евронная конструкция

Криоповерхность Т=20К

Рис. 72

6. Элементы безопасности при эксплуатации криогенного оборудования.

Опасно:

- охрупчивание материалов при низкой температуре, включая углеродистые силы;

- рост давления в замкнутых объемах с КЖ ( потеря вакуума изоляции, отсутствие дренажа );

- обмораживание;

- непригодность для дыхания паров КЖ, кроме О₂;

- взрыво-пожароопасность ( Н₂, О₂, CH₄ ).

Азот - нейтральный газ, вытесняет О₂ и снижает его концентрацию до опасно малой величины для дыхания.

Д

m _исп /m _о

1.0

0.5

0

ругая опасность – обогащение технического N₂ (с начальной концентраций О₂ в 4 ) кислородом. С увеличением количества испарившейся КЖ - m _исп конденсация О₂ в остатке растет (рис. 73).

4% 20% 80% О₂

Рис.73

При увеличении концентрации О₂ до 30, жидкость надо сливать, т.е. выбрасывать. В противном случае детали систем для хранения КЖ, их поверхности, должны быть обезжирены, иначе возможен взрыв.

Металлы (большинство) и все материалы органического происхождения способны гореть в среде газообразного и жидкого О₂. Исключение - сплавы на основе меди, никеля, серебра, золота.

Дерево, кожа, асфальт, пенополиуретан и другие, а также смазочные материалы и жиры в газообразном и жидком О₂ способны детонировать.

Безопасное расстояние от среза дренажной трубы для выброса О₂ в окружающую среду при турбулентном течении можно определить по зависимости:

L = 200 d T/T_к [м],

d - диаметр трубы [м];

T- температура окружающего воздуха;

T_к- температура дренируемого кислорода.

Cмесь метана и воздуха при нормальных условиях воспламеняется, если объемная доля метана в пределах 5,3 - 15, а детонирует при 6,3 - 13.

Смесь водорода с воздухом воспламеняется в диапазоне 4 - 75 и детонирует при 18,3 - 74. Энергия импульса воспламенения мала и для метана с воздухом составляет Е₀ = 28 10^-6 Дж, а водорода с воздухом Е₀ = 19 10^-6 Дж. Это энергия разряда статического электричества накопившегося на одежде.

Осадок твердого О₂ в жидком Н₂ может детонировать уже при толщине 100 мкм. Но осадок твердого воздуха в Н₂ уже безопасен.

Чтобы избежать накопления осадков отвержденного воздуха и О₂ ограничивают период непрерывной эксплуатации водородного оборудования. После 5-10 заправок оборудование отогревают до Т  100 К с целью возгонки и удаления кислородосодержащей примеси.