Особенности установок для моделирования условий космического пространства, страница 2

Внешняя откачка, т. е. откачка насосами, присоединяемыми извне с помощью соединительных патрубков, в качестве основной откачки, как правило, нежелательна, поскольку эффективная скорость откачки в этом случае ограничена вакуумной проводимостью этих патрубков. Однако в некоторых случаях, например при проведении исследовательских испытаний генераторов и ускорителей плазмы ее применение вполне допустимо.

Для обеспечения соответствующих значений характеристик вакуумного моделирования в этом случае возникает необходимость в размещении вне установки большого числа насосов (например, для крупногабаритных установок) – от 50 до 100 штук диффузионных паромасляных насосов основной откачки. Это вызывает большие конструктивные и эксплуатационные трудности и приводит к усиленной миграции масла. Поэтому основная откачка в моделирующих установках осуществляется, как правило, криогенными насосами (конденсационного и сорбционного типов), использующими в максимальной степени внутреннюю поверхность установки.

Использование криогенных насосов позволяет получать любые требуемые давления, вплоть до наиболее низких (~10-14 торр), огромные скорости откачки (~108 л/сек}, низкие коэффициенты возврата (~10-2…10-3), а также состав газа, приближающийся к составу газа в космосе, но отнюдь не дублирующий его.

Поскольку криогенные насосы обладают избирательным откачным действием по отношению к различным газам, они применяются одновременно с насосами вспомогательной откачки. Так как насосы вспомогательной откачки предназначены для откачки небольших количеств газов, не откачиваемых насосами основной откачки, в качестве вспомогательных можно использовать насосы, присоединяемые извне («внешняя откачка»).

Раньше в качестве насосов вспомогательной откачки применялись исключительно паромасляные диффузионные насосы, являющиеся универсальными насосами, т. е. пригодными для откачки любых паров и газов. Существенным недостатком этих насосов является наличие обратного потока паров масла внутрь моделирующей установки.

Поэтому при использовании паромасляных диффузионных насосов обязательно конструирование специальных типов клапанных устройств, а также ловушек, охлаждаемых жидким азотом, уменьшающих (но не исключающих) миграцию паров масла в вакуумную установку.

В последнее время в качестве насосов вспомогательной откачки используются криосорбционные и ионные насосы. Ввиду больших удельных поверхностей сорбентов криосорбционные насосы могут также существенно увеличить продолжительность непрерывного действия конденсационных насосов.

В малогабаритных установках криосорбционные насосы используются в качестве насосов основной откачки. В тех случаях, когда для проведения испытаний не требуется предельно высокий вакуум и полная имитация условий космического пространства, в качестве насосов основной откачки могут применяться турбомолекулярные насосы. Ионные и титановые насосы, изготавливаемые в виде стандартных промышленных блоков, применяются совместно с криогенными насосами в качестве насосов вспомогательной откачки в среднегабаритных и крупногабаритных моделирующих установках. В качестве насосов предварительной откачки обычно используют насосы механических типов (ротационные,двухроторные и т. п.).

Поскольку такие насосы допускают миграцию масла в установки, имеется тенденция использовать в качестве насосов предварительной откачки (для малогабаритных установок) также криогенные (например, криосорбционные цеолитовые типа молекулярных “сит”) насосы “безмасляной” откачки, а для крупногабаритных установок — пароэжекторные насосы.

Таким образом, наиболее целесообразно при созданий вакуумных систем моделирующих установок применять многоступенчатую постадийную откачку, в которой каждый тип насоса используется оптимальным образом. Например, в такой системе пары Н2О могут откачиваться конденсацией на поверхностях, охлаждаемых до температур жидкого азота (100…77 К), О2 и N2 – конденсацией ни поверхностях, охлаждаемых газообразным гелием (~20 К), Ar — конденсацией на поверхностях, охлаждаемых жидким (~4,2 К) или “холодным” (~10 К) газообразным гелием, а Н2 – титановым сорбционным насосом.