低温冷凝泵的抽气特性

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1)低温冷凝泵的理论抽速:


低温冷凝泵的理论抽速计算公式

图:低温冷凝泵的理论抽速计算公式
    式中 A为冷却面的面积cm2;Tg为被抽气体温度K;M为被抽气体分子量;R为气体常数。如果抽20oC空气,则Smax= 11.6A(L/scm2),若冷面为9m2,其最大抽速可达106(L/s)。


2)低温冷凝泵的实际抽速:


      从(7)式可见,最大理论抽速与容器中的压强和冷面温度无关,这是不可能的。实际上对低温冷凝泵来说,当被冷凝泵抽除的气体压强等于冷凝物在低温表面温度下的平衡压强时,冷凝泵就失去了抽气能力,抽速为零。因此,泵的实际抽永远小于理论抽速。
     (1)被抽气体压强和冷面温度对抽速的影响:
        

低温冷凝泵的实际抽速计算公式

低温冷凝泵的实际抽速计算公式


式中Pg为被抽气体压强(Pa);Ps为在冷面温度下,被抽气体的蒸汽压强(Pa);Ts为冷面温度(K)。
    (2)凝结系数对冷凝泵抽速的影响:
        Sa= a·Spt    (9)
式中 a是凝结系数,其值受很多因素影响。一般由实验确定。例如300K的H2O,打在77K冷面上a=0.92;He打在4.2K5A分子筛上a=0.7;H2打在4.2K铜板上a=0.5~0.75等等。
    (3)屏蔽通导对抽速的影响:低温泵为减少低温介质消耗,减轻低温板的热负荷,往往在低温板周围加上辐射屏,这时低温泵的抽速要受到辐射屏流导的影响。
    1/Su = 1/Sa + 1/u    (10)
式中Su为考虑辐射屏后低温泵的抽速(L/s);u为辐射屏的通导(L/s);Sa为无辐射屏低温板的实际抽速(L/s)。
    (4)凝结层对冷凝泵抽速的影响:冷凝泵在工作一段时间以后,低温表面上将凝结一定厚度的固态气体层。对冷凝泵的抽速有一定影响。其影响主要取决于冷凝层的性质,也就是取决于冷凝层的结构和类型。冷凝层的导热率是冷凝层的类型和结构的复杂函数。如果沉积速率低,冷凝层可以有一个玻璃状外表,凝结层热传导好,对抽速几乎无影响;如果沉积速率高,冷凝层出现类似雪花状结构,热传导不好,会降低抽速,但对捕集非凝结性气体是有利的。


3)低温冷凝泵的极限压强


    达到极限压强时,泵的抽速为零。从(8)式可得:

低温冷凝泵的极限压强计算公式

低温冷凝泵的极限压强计算公式


式中Pg为极限压强(Pa);Tg为被抽气体温度(K);Ts为冷凝面温度(K);Ps为冷凝物上的蒸汽压(Pa),其值随温度而变化。
    低温泵的极限真空度可达l0-3Pa。


4)低温泵的降温时间:

降温时间是闭循环小型制冷机低温泵的主要技术指标之一。降温时间与技术水平有关,还要考经济性。目前国内外的产品中,小型泵的降温时间一般不超过90min,大型泵不超过180min。


5)低温泵的工作寿命:


    (1)再生寿命:泵使用到必须加热再生的时间。
   低温泵再生寿命计算公式     

低温泵再生寿命计算公式

式中D = ρK (Ts - Tw);A为冷凝面面积cm2;K`为凝结热J/g;m为凝结量g/s;ρ为凝结物密度g/cm3;Ts为凝结层外表面温度(K);Tw为冷凝面温度(K);K为凝结物的热传导率(W/cm·K)。
    (2)贮槽式泵的装填寿命:充装一次制冷制所能工作的时间。
        t = V / Qv    (13)
式中V是装冷剂的容积L;Qv为单位时间制冷剂的耗量L/s。
    (3)吸附泵的工作寿命:吸附板两次活化(再生)所间隔的时间。
        tmax = Vm /SP    (14)
式中V为吸附容量,可根据吸附等温线确定(Pa·L/kg);m为吸附剂质量(kg);S为抽速(L/s);P为泵入口压强(Pa)。
    为了在再生时不产生有爆炸危险的混合气体,每m3泵室容积中氢含量不应超过安全界线,通常为1600~6600Pa·m3。一般在泵上都装有安全阀。

 

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