Переключение между насосом предварительного разрежения и высоковакуумным насосом

Во время откачки сосуда возникает вопрос, когда лучше переключиться с насоса предварительного разрежения на высоковакуумный насос или, иными словами, в какой момент следует открывать высоковакуумный клапан. В идеале ответ должен быть следующий: когда газовый поток в высоковакуумной системе ниже производительности насоса следующей ступени. На практике переход от предварительной на высоковакуумную откачку обычно осуществляется в диапазоне от 0,05 до 0,15 Торр. Ниже этой области давления механические насосы быстро теряют быстроту действия, увеличивается возможность обратной миграции паров масла. Хотя производительность высоковакуумного насоса почти постоянная в области значений впускного давления от 0,001 до 0,1 Торр, первоначальный воздушный удар при открытии высоковакуумного клапана будет временно перегружать высоковакуумный насос.

Общие рекомендации заключаются в том, чтобы сделать период впускного давления, превышающего приблизительно 0,001 Торр (0,0005 Торр для больших насосов), очень коротким, длящимся несколько секунд, если возможно. Рассмотрим следующий пример. При постоянной производительности время откачки (при давлении между 0,1 и 0,001 Торр) составляет

$$t=(p_{1} -p_{2})V/Q

Объем простого стеклянного колпака диаметром 45 см составляет приблизительно 120 л, время его откачки высоковакуумным насосом с максимальной производительностью (потоком газа) приблизительно 3 Торр * л/с составляет

$$t= 120 * 0.1 / 3 = 4c .

Если высоковакуумный клапан будет открываться медленно для впуска газа в высоковакуумный насос при максимальном потоке газа, то потребуется только 4 сек. для достижения уровня стабильной откачки. Этот переход имеет место с временной константой

$$ \tau=V/S$$

где V  объем камеры; S - быстрота действия высоковакуумного насоса.

В типичных вакуумных камерах эта временная константа составляет менее 1 с. С другой стороны, убывающая функция, связанная со скоростью выделения газа, имеет временную константу, равную минутам или часам. Для целей настоящего рассмотрения можно принять, что скорость газовыделения будет приблизительно постоянной. Таким образом, мы можем сказать, что

$$Q=pS_{net}=Q'=p'S'_{net}=n-{2}S_{2} , (17)$$

где р — это давление до перехода; .S_net -  быстрота форвакуумной откачки рядом с камерой; р' - давление после перехода; .S'_net - быстрота действия высоковакуумного насоса; р₂ - выпускное давление высоковакуумного насоса (которое никогда не должно подниматься выше предельного остаточного форвакуумного давления); S₂ - быстрота действия на выпуске высоковакуумного насоса.

Давление перехода в этом случае будет

$$p=Q_{max}/S_{net} , (18)$$

где Q_max - это максимальный массовый поток высоковакуумного насоса (максимальная производительность); S_net - это скорость откачки низковакуумного насоса в камере.

Можно ожидать, что влияние газовыделения будет увеличиваться при падении давления после перехода. Обычно это увеличение не является значительным, поскольку взаимная диффузия газов при значениях давления, рассматриваемых здесь, не очень высокая.

Часто используются ловушки для минимизации обратного потока паров масла от низковакуумного насоса в систему во время предварительной откачки и в высоковакуумный насос во время обратного натекания. Ловушки, как правило, располагаются на линии предварительной откачки и обеспечивают поверхность большой площади, на которой адсорбируются пары обратного потока. Для того чтобы ловушки оставались эффективными, необходимо их регулярное техническое обслуживание. Адсорбированный материал должен удаляться термической обработкой или очисткой. Перегруженная ловушка на линии предварительной откачки просто перемещает источник загрязнения из низковакуумного насоса в саму ловушку.