Kriogeniniai siurbliai
Šių siurblių veikimo principas paremtas dujinių medžiagų “pririšimu” jų kondensacijos rezultate ant paviršiaus, atšaldyto iki labai žemos temperatūros. Esant vandenilio virimo temperatūrai (20,4°K) kondensuojasi pagrindiniai dujiniai komponentai, įeinantys į atmosferinio oro sudėtį ( azotas, deguonis, argonas ir anglies oksidas). Išskyrus juos, ore lieka 0,01% vandenilio, 0,00046% helio ir 0,0016% neono. Šios dujos nekondensuojasi prie vandenilio virimo temperatūros ir jų parcialinis slėgis, sudarantis apie
10-2 mm Hg stulpelio, nustatys vandenilinio kondensacinio siurblio ribinį vakuumą tuo atveju, jei jis išsiurbs darbinį tūrį nuo atmosferinio slėgio.
Tam, kad sumažinti nesikondensuojančių dujų parcialinį slėgį, darbinis tūris dažniausiai siurbia iki 10-6 mm Hg stulpelio slėgio su alyvos garinimo siurbliu. Todėl, kad pilnas slėgis sumažėja iki devynių eilių, priklausomai sumažėja ir nesikondensuojančių dujų parcialinis slėgis. Dėl to padedant vandeniliniui siurbliui pavyksta pasiekti ribinį slėgį 10-9 mm HHHg st.
Kriogeninių siurblių konstrukcija labai paprasta, ir pagrindinis trukdis jų eksploatacijoje yra žemų temperatūrų gavimas. Pagrindinės siurblio dalys yra darbinis paviršius (kondensatorius), atšaldytas iki žemų temperatūrų, t.y. 4,2°K ir žemiau naudojant skystą helį, ir šiluminių ekranų sistema, apsauganti darbinį paviršių nuo šiluminių krūvių (spinduliavimas nuo siurblio sienelių, spinduliavimas nuo energijos šaltinių ir pan.).
Pagal šaldymo tipą kriogeninius siurblius galima suskirstyti į sekančias pagrindines grupes:
- Liejamojo tipo siurbliai. Čia aktyviosios dalies atšaldymas vykdomas užliejant skystą šaldančią medžiagą į indą, kuris dažniausiai pats yra kondensatorius. Šio tipo siurblių konstrukcija labai paprasta.
- Garinio tipo siurbliai. Čia kondensuojamojo paviršiaus atšaldymas vyksta šaldančios medžiagos garais, kurie garinami kondensatoriuje. Šio tipo siurbliuose galima reguliuoti temperatūrą kondensatoriuje.
- Siurbliai, esantys dujinių šaldytuvinių mašinų baze. Čia darbiniu siurblio paviršiumi yra gerai išvystytas šaldytuvinės mašinos galvutės šaltas paviršius. Šio tipo siurbliai kompaktiški pagal dydį.
- Siurbliai su autonominiais degikliais. Čia skysta šaldanti medžiaga paduodama tiesiai į kondensatorių. Šio tipo siurbliai projektuojami dideliems veikimo greičiams.
Pagrindinis darbinis siurblio elementas yra elipsės formos indas 1, pagamintas iš lakštinio vario, kurio storis 0,5 mm, į kurį per vamzdelį 11 įteka skystas helis. Dėl skysto helio sunaudojimo sumažinimo įtaisytas varinis … tipo ekranas 3. ekranas prilituotas prie vamzdelio su skystu azotu, kuris patenka iš indo 2, patalpinto virš helio indo. Helio ir azoto indai pakabinti po storasieniais vamzdeliais, kurie yra vienu metu šiluminis tiltas tarp šiltų sienelių ir šaltų siurblio dalių. Aprašytasis siurblys, dirbdamas tuščiosios eigos režimu sudaro slėgį 10-9 mm Hg st.
Kondensatorius išpildytas dviejų gyvatukų forma. Recipientas 9 per vakuuminį kraną 10 išsiurbiamas su pagalba pagalbinės vakuuminės sistemos, kuri išvysto palyginti nedidelį išsiurbimo greitį. Tuo pačiu metu pasišalina ir pagrindinė vandenilio, neono ir helio masė.
Kondensacinio paviršiaus atšaldymas vyksta pratekant skystam heliui per kondensatorių 7, kuris yra gyvatuko formos. Skystas helis įsiurbiamas mechaniniu siurbliu 1 iš Diuaro indo 12 per sifoną su vakuumine izoliacija 11 į išorinį kondensatoriaus gyvatuką 7, kur helis išgaruoja, atšaldydamas kondensatorių. Toliau helio garai patenka į išorinį sandarų gyvatuką, kuris tuo pat metu yra ekranas tarp šiluminio spinduliavimo nuo recipiento sienelių ant vidinio gyvatuko.
Išsiurbiamas helis iš mechaninio siurblio išleidžiamojo vožtuvo 2 išpumpuojamas į dujų laikiklį. Įsiurbiamo helio slėgis matuojamas iešminiais monovakuummetrais 3 ir 5. Vakuumas recipiente matuojamas jonizaciniu manometru 8 cirkuliacinio tipo. Tarp kondensatoriaus ir mechaninio siurblio patalpintas reguliuojantis silfoninis ventilis 4, kurio pagalba reguliuojamas helio sunaudojimas ir kondensatoriaus temperatūra diapazone nuo 2,5 iki 20°K. Ventilis valdomas nuo temperatūros daviklio 6, išpildyto dujinio termometro principu. Kriogeninio siurblio siurbimo greitis praktiškai pastovus plačiame slėgio diapazone.
Dideliu kondensacinių siurblių privalumu, išskyrus didelį veikimo greitį (dešimtys tūkstančių litrų per sekundę), yra tai, kad iškart po skysto šaldomojo elemento užliejimo susidaro slėgis, artimas ribiniam vakuumo slėgiui (10-8 – 10-9 mm Hg st.).
Todėl, kad vandenilis yra pavojingas dėl galimo sprogimo, žymiai sumažėja jo panaudojimo galimybės, todėl pastaruoju metu vis dažniau naudojamas brangesnis helis.
Dėl ilgalaikio kondensacinių siurblių darbo ant šaldomo paviršiaus palaipsniui kaupiasi kondensato sluoksnis. Lyginant su poliruotu švaraus kondensatoriaus paviršiumi šis sluoksnis turi didesnį spinduliavimo koeficientą. Be to, kondensatoriaus sienelių šilumos pralaidumas palaipsniui mažėja. Visa tai priveda prie to, kad dėl kondensato sluoksnio kaupimosi šaldomo paviršiaus temperatūra palaipsniui didėja ir pablogėja sukuriamas siurbliu ribinis vakuumas. Ryšium su tuo atsiranda būtinybė ataušinti siurblį ir pašalinti nuo kondensatoriaus nusėdusį ant paviršiaus sluoksnį.