В охлаждаемом щитке я вижу задачу с двумя встречными требованиями: задержать возвращающееся из паромасляного насоса масло, но оставить проход откачиваемому газу. Для этого между насосом и камерой располагают охлаждаемые препятствия. Молекулы рабочего вещества встречают поверхность, на которой могут сконденсироваться или задержаться; газ, не улавливаемый при этих условиях, продолжает путь к насосу.
Сверху сторона камеры, снизу сторона диффузионного насоса. 1 — охлаждаемые шевронные поверхности; 2 — один возможный обратный пролёт масла до встречи с поверхностью; 3 — общее направление откачки газа; 4 — граница прохода. Охристая стрелка заканчивается у центрального препятствия. Пунктирная стрелка снаружи — указатель направления, не отдельный канал и не траектория молекулы.
Проекции элементов перекрывают осевой просвет, оставляя обходные промежутки между уровнями. Оптическая непрозрачность для всех наклонных направлений этим разрезом не подтверждается. Число элементов и размеры условны; крепления и циркуляция хладагента не показаны. Это схема принципа, не реконструкция спиральных или конических щитков исторического рисунка 44.
Температура поверхности здесь не менее важна, чем её форма. Охлаждение не означает одинакового удержания всех веществ: у каждого компонента свои условия конденсации и время пребывания на поверхности. Поэтому щиток я не считаю универсальным поглотителем, заменяющим насос.
Какую задачу решает геометрия
Если из камеры видна область выхода масла из насоса, часть молекул может пройти по прямой, не встретив защитную поверхность. Перекрытие прямого пролёта заставляет такую молекулу столкнуться с препятствием. Однако столкновение ещё не означает окончательного удержания: важны температура, состояние отложения и возможность повторного испарения.
Я разделяю первичный обратный перенос от струй насоса и вторичный — с поверхностей, куда масло уже попало. Оптическая непрозрачность перекрывает прямой пролёт, но не отменяет вторичного переноса. Более того, масло может продвигаться по стенке жидкой плёнкой: это отдельный путь, для ограничения которого применяют барьеры против растекания. Щиток, перекрывший прямую видимость, ещё не сделал камеру безмасляной.
Холодный колпачок, щитки и ловушка
Колпачок над верхней струйной ступенью, дополнительный щиток и криогенная ловушка решают связанные задачи, но не являются одним и тем же узлом. У них различаются расположение, температура, проводимость и способность удерживать рабочую жидкость. Здесь я рассматриваю дополнительную систему препятствий на входном пути. Отдельно стоит задача ловушки, которая перехватывает технологические пары, идущие от процесса к насосу: направление нежелательного переноса в ней уже другое.
Защита уменьшает доступную быстроту откачки
Дополнительные поверхности стесняют проход. Для стационарного молекулярного переноса компонента, который не улавливается в узле, я использую последовательную оценку Sэфф = CщиткаSнасоса/(Cщитка + Sнасоса). Здесь Cщитка — проводимость щитка, Sнасоса — быстрота на входе насоса, а Sэфф — эффективная быстрота с учётом этого сопротивления. Все величины относятся к одному газу и согласованным условиям; остальные сопротивления линии в эту запись не включены. Для улавливаемого масла пассивная модель проводимости не описывает одновременно весь перенос и накопление.
Если проводимость щитка равна быстроте насоса, эта модель даёт половину исходной быстроты. Это следствие формулы, а не универсальный паспортный процент потерь. При большой проводимости влияние щитка уменьшается; при малой именно он ограничивает систему. Поэтому я сопоставляю допустимый обратный перенос, проводимость, габариты, охлаждение и доступность очистки, а не выбираю защиту по одному обещанию «задерживает масло».
Исторические варианты и общий принцип
В главе Дж. Хеккера «Вакуумная система» из книги под редакцией А. Вайсбергера описаны два варианта: спиральные ленты вокруг сосуда с хладагентом и стопка конических дисков с охлаждающим трубопроводом. Их формы различаются, но задача общая — увеличить число встреч молекул рабочего вещества с охлаждаемой поверхностью, оставив газовый проход. Показанная здесь функциональная схема объясняет этот принцип, а не воспроизводит устройство исторического рисунка 44.
Связь с ловушками важна, но не стирает различий. Защита камеры от рабочего масла и защита насоса от технологических паров требуют своего расположения поверхностей и своих температур. Я рассматриваю их вместе как части вакуумной системы, а не как взаимозаменяемые названия.
Связанные узлы
- Паромасляный диффузионный вакуумный насос
- Охлаждаемая ловушка перед вакуумным насосом
- Вакуум и термочувствительное сырьё
Связанный самостоятельный аппарат: Сублимационная камера с переворачивающимися перегородками.
Источники и материалы
Литература
- Agilent, Diffusion Pumps Catalog, с.35: внешние охлаждаемые щитки, первичный и вторичный обратный перенос, оценка эффективной быстроты. Условия измерения и модель щитка учитываются отдельно.
- Leybold, Fundamentals of Vacuum Technology, §2.1.6.4, с.44–45, рис.2.50: самостоятельный шевронный узел между насосом и холодной ловушкой; разделение щитка, барьера против растекания и холодной ловушки. Удержание масла и возможный перенос по поверхностям требуют отдельных оговорок.
Дж. Хеккер. «Вакуумная система», в кн. «Перегонка» / под ред. А. Вайсбергера. 1954. С. 490–492, 496, раздел VI: охлаждаемые ловушки, спиральные и конические щитки, обратный перенос рабочей жидкости.