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    来源:真空技术网(山西泳坛夺金大小1走势 www.baoboda.com.cn)北京卫星环境工程研究所 作者:茹晓勤

    1、前言

    山西泳坛夺金大小1走势 www.baoboda.com.cn   制冷机低温泵是20世纪70年代末发展起来的一种新型抽气设备,具有无污染、抽速较大、运行平稳、操作简单等优点,目前在国外已大量生产并在半导体微电子技术、新型材料科学、光学和装饰类镀膜以及空间环境模拟设备中得到了广泛的应用。近几年来由于航天器地面模拟试验对环境污染的要求逐步提高,空间模拟器均改为低温泵作为主抽泵的“洁净”真空容器。

    2、制冷机低温泵

    2.1、制冷机低温泵的工作原理

      早在1908 年莱登大学翁纳斯教授就成功地液化了氦气,相继得到比77K更低(如20K,15K,7K,甚至于更低)的表面温度。利用气体在低温表面产生的低温冷凝、低温吸附和低温捕集等物理现象,可获得和保持高真空和超高真空。低温泵就是利用这一原理建造的一种抽气装置。低温泵的低温吸附表面(或抽气表面)材料通常是比表面积大的活性炭、分子筛等,冷到20 K 的表面,气体的蒸汽压可低到10-7Pa。

      小型制冷机低温泵采用两级制冷的氦封闭循环制冷机,如:GM循环制冷机,或斯特林(Stirring)循环制冷机。GM 循环制冷机的工作原理是由吉福特( Gifford )和麦克马洪(McMahon)于1959 年提出的,其基本流程为:氦气经压缩机压缩为高压高温气体;经过热交换器冷却为高压常温氦气;经油分离器、油吸附器后成为高纯度氦气;再由进气阀进入制冷机汽缸绝热膨胀做功后,变为低温氦气;再经排气阀流入压缩机;从而形成封闭循环[1,2] 。如此反复循环,氦气温度不断降低,最终达到制冷目的。

    2.2、制冷机低温泵的结构及特点

      制冷机低温泵的泵体结构如图 1 所示。两级制冷机冷头通过法兰直接插入到泵壳内。屏蔽板及入口障板与制冷机一级冷头相连,工作温度在70~80 K。屏蔽板除可以冷凝抽除水及二氧化碳等,主要是为低温抽气板提供隔热屏蔽。屏蔽板顶端或侧壁装有障板,向着低温板的一面涂(镀)黑,外面镀银抛光,用以降低二级冷头的热负荷。主抽气低温板用铟垫片连接到制冷机二级冷头上,外表面镀银抛光,内壁粘活性炭。低温板工作温度低于20 K(通常为14~15 K),能大量冷凝吸附除氢、氦、氖以外的其他常见气体。低温活性炭用以吸附氢、氦、氖等难凝气体[3] 。

    制冷机低温泵的结构图 

    图1 制冷机低温泵的结构图

      制冷机低温泵的主要特点有:

      (1) 与相同口径的其它泵比较,低温泵具有非常大的抽速,对水蒸汽的抽速极大;

      (2) 无碳氢化合物的污染,可以用来产生洁净的高真空和超高真空;

      (3) 在泵体内没有任何运动部件,因此能够承受大气流的冲击、粉尘和颗粒及来自系统的震动;

      (4) 基本上可以抽除所有种类的气体;

      (5) 可以在任意位置安装,操作简便,具有很低的操作成本。

    3、制冷机低温泵在世界各国空间环境模拟器上的应用

      小型制冷机低温泵在空间模拟器上的应用最早始于美国。早在1966年以前,波音公司改造A容器时,就研制了20K温度下1~2W冷量的氦制冷机,并做成低温泵以辅助大型溅射离子泵和钛升华泵抽气。当欧联ESTEC 采用斯特林循环的氦制冷机构成低温泵并改造5 台设备成功之后,美国高真空设备公司立即采用更好的GM 循环氦制冷机,研制了88.9 cm(35 inch)和121.92 cm(48 inch)两种口径的大泵。到1987 年底,该公司已生产了88.9cm 泵22 台,121.92cm 泵27台,应用于十几家大型空间环模设备中,其中包括加拿大和印度研制的大型空间环模设备。表1 是世界上主要空间环模设备的基本技术指标和真空泵的配备情况。

    表1 国外主要环模设备的概况

    国外主要环模设备的概况 

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