Техническое обслуживание диффузионных насосов: возможные причины загрязнения, решение неисправностей

Даже несмотря на то, что в настоящее время турбомолекулярные вакуумные насосы вытеснили большинство небольших лабораторных масляных диффузионных насосов из-за предполагаемой простоты использования и чистоты, тем не менее, некоторые предприятия все равно их используют для создания давления ниже 10^-3 мбар.

Основная причина заключается в том, что турбомолекулярные насосы имеют физические ограничения по размерам из-за высокой скорости вращения ротора. Это ограничение по размеру составляет около 320 мм входного диаметра и может незначительно варьироваться от производителя. Во многих случаях скорость откачки может быть недостаточно высокой, поскольку она напрямую связана с размером входного отверстия насоса. Металл может разрушаться с очень высокой скоростью, поэтому скорость вращения лопастей ротора должна быть в пределах безопасного предела. Роторы турбомолекулярных насосов должны двигаться быстрее скорости молекул газа, которые они перекачивают, чтобы лопасти ротора могли отклонять молекулы газа вниз насоса. Вторая причина, по которой турбомолекулярные насосы не используются во многих системах, заключается в том, что они не переносят попадания в них твердых частиц. Их следует использовать только в чистых вакуумных системах.

Благодаря тому, что в масляном диффузионном насосе нет движущихся частей, этот тип насоса представляет собой простое устройство, которое доказало свою ценность на протяжении многих лет. Первоначальной жидкостью, используемой в диффузионных насосах, была ртуть, но она была запрещена, как только была выявлена ее токсичность. Углеводородные масла были разработаны для использования в диффузионных насосах, но было обнаружено, что эта жидкость очень подвержена окислению при воздействии воздуха при слишком высоком давлении. Содержание кислорода в воздухе около 21% приводит к тому, что пары горячего масла превращаются в смолистый осадок, который загрязняет струйный узел внутри корпуса диффузионного насоса и делает работу насоса нестабильной.

Наиболее часто используемой жидкостью для диффузионных насосов является силиконовое масло. Оно доступно в трех основных классах, обычно обозначаемых как 702, 704 и 705. Силиконовое масло более устойчиво к окислению, чем жидкости на основе углеводородов. Вакуум, который может быть создан с использованием этих сортов жидкости, увеличивается с 702 до 704 и до 705. Масло класса 705 чаще используется в условиях более высокого вакуума.

Проблемы, связанные с эксплуатацией и обслуживанием масляного диффузионного насоса

Чистота всей системы

Вакуумные камеры, вакуумные насосы и все связанные с ними трубопроводы, клапаны, датчики и органы управления будут работать более эффективно, если они будут чистыми. Это означает удаление пыли и грязи со всех поверхностей и поиск проблемных зон, где может потребоваться техническое обслуживание. Если камера, трубопроводы и вакуумное оборудование имеют на своих поверхностях масло и пыль, они не будут выделять тепло так эффективно, как если бы они были чистыми.

Окисление и загрязнение жидкости

Диффузионный насос работает путем кипения жидкости, а затем направляет горячие пары масла наружу и вниз через конусообразные струи с очень высокой скоростью. Молекулы газа, поступающие в верхнюю часть насоса, захватываются этим потоком пара и перенаправляются в нижние части корпуса насоса. Когда горячий пар соприкасается с корпусом насоса с водяным охлаждением, он возвращается в жидкость и стекает обратно в котел для повторной циркуляции.Молекулы газа, когда они достигают нижней части корпуса насоса сжимаются через каждую ступень струи, откачиваются через выпускное отверстие диффузионного насоса в форвакуумный насос. В выпускной зоне насоса имеется перегородка для конденсации любых оставшихся паров масла, так что они остаются внутри диффузионного насоса.

Конструкция диффузионного вакуумного насоса:

1 - корпус насоса; 2 - система паропроводов; 3 - впускной фланец; 4 - выхлопной фланец (для присоединения форвакуумного насоса); 5 - нагреватель; 6 - рабочая жидкость; 7 - рубашка охлаждения; 8 - паровая струя; 9 - пары нагретого масла; 10 - здесь происходит захват молекул откачиваемой среды.

Когда клапан высокого вакуума первоначально открывается для запуска цикла, газовая нагрузка, которую должен откачивать диффузионный насос, является самой высокой и, следовательно, содержит наибольшее количество молекул кислорода. В это время часть жидкости может окислиться, и она начнет образовывать осадок на внутренних поверхностях насоса. 

Если вакуумная система переключается на высоковакуумную откачку при слишком высоком давлении, могут произойти две проблемы:

1. Окислится больше жидкости, и в конечном итоге производительность насоса ухудшится из-за накопления сгоревшего масла, и насос придется чистить.

2.Возможна остановка паровых струй насоса из-за высокого противодавления в нижней части насоса и линии подачи.

Если слишком много газа попадает в насос во время перехода от низкого к среднему вакууму, форвакуумный насос не сможет откачать его достаточно быстро, чтобы поддерживать давление в магистрали подачи ниже критического давления подачи для диффузионного насоса. В каждой спецификации масляного диффузионного насоса указывается критическое давление для используемой в нем жидкости. Давление в байпасной магистрали должно оставаться ниже этого давления, чтобы предотвратить остановку струй пара. Если струи пара остановятся даже на секунду или две, горячие пары масла могут легко переместиться обратно в вакуумную камеру и вызвать загрязнение.

Неисправность нагревателя

В большинстве  масляных диффузионных насосов для кипячения масла в насосе используются плоские нагреватели. Для выполнения этой работы может потребоваться два или, возможно, до восьми нагревателей. Выход из строя одного или нескольких нагревателей быстро проявится как потеря  вакуума и/или нестабильность уровня вакуума. Из-за горячей зоны даже соединительные провода иногда выходят из строя, и соединительные разъемы всегда следует проверять на герметичность. Их следует проверять при проведении регулярного технического обслуживания и заменять по мере необходимости.При установке новых нагревателей всегда следите за тем, чтобы основание плиты котла было чистым и без накипи. Частицы накипи, застрявшие между нагревателем и плитой котла, могут вызвать горячую точку и, возможно, преждевременный выход нагревателя из строя. Кроме того, плита котла может деформироваться в течение многих лет службы. 

В вакуумной системе есть много деталей, и для тех, кому требуется высокий вакуум, диффузионный насос - это насос, который создает давление от 3x10^(-5) до 6.6x10^(-5) Па в герметичных системах. Периодическая чистка, проверка и техническое обслуживание должны быть регулярными для правильно работы насоса. Хотя диффузионные насосы просты в обслуживании, есть много вещей, которые могут пойти не так, и их правильное и безопасное применение позволит продлить срок службы насоса. 

В нашей компании вы можете выгодно купить диффузионные паромасляные насосы российского производства и зарубежных брендов. Предлагаем большой выбор моделей от производителей VARP и Leybold по конкурентоспособным ценам.