RU2098664C1 - Cryogenic condenser pump - Google Patents
Cryogenic condenser pump Download PDFInfo
- Publication number
- RU2098664C1 RU2098664C1 RU93044654A RU93044654A RU2098664C1 RU 2098664 C1 RU2098664 C1 RU 2098664C1 RU 93044654 A RU93044654 A RU 93044654A RU 93044654 A RU93044654 A RU 93044654A RU 2098664 C1 RU2098664 C1 RU 2098664C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tube
- vessel
- suspension
- tubes
- vessels
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к конденсационным сверхвысоковакуумным насосам и может быть использовано для получения и длительного поддержания в установках различного назначения сверхвысокого сверхчистого вакуума в диапазоне давлений 10-4 1011 Па.The invention relates to vacuum equipment, namely to condensation ultra-high vacuum pumps and can be used to obtain and long-term maintenance in installations for various purposes of ultra-high ultra-pure vacuum in the pressure range 10 -4 10 11 Pa.
Известен криогенный насос, содержащий корпус, размещенные внутри его и связанные друг с другом шевронный, радиационный экраны и заливной экран в виде сосуда, снабженного трубками-подвесами, а также расположенный внутри полости, ограниченной указанными экранами, откачивающий элемент в виде сосуда, содержащего трубку-подвес. Known cryogenic pump containing a housing placed inside it and connected to each other, a chevron, radiation screens and a filling screen in the form of a vessel equipped with suspension tubes, and also located inside the cavity bounded by these screens, the pumping element in the form of a vessel containing a tube suspension.
Недостатком известной конструкции является то, что при создании малогабаритных модификаций криогенных конденсационных насосов (с быстротой откачки 0,2 м3/с и меньше), в которых используются жидкие криоагенты (например, N2 и He), не удается создать насосы небольших размеров с длительным ресурсом непрерывной работы после однократной заливки криоагентов (3 мес по He и 3 сут по N2) из-за того, что в малогабаритных модификациях сосуды для криоагентов имеют существенно меньшие емкости (2-4 л), а по их трубкам- подвесам известных конструктивных решений проникают к этим сосудам довольно большие теплопритоки теплопроводностью соизмеримые или большие, чем теплопритоки излучением к поверхности этих сосудов.A disadvantage of the known design is that when creating small-sized modifications of cryogenic condensation pumps (with a pumping speed of 0.2 m 3 / s and less), which use liquid cryoagents (for example, N 2 and He), it is not possible to create small pumps with a long resource of continuous operation after a single pouring of cryoagents (3 months on He and 3 days on N 2 ) due to the fact that in small-sized modifications the vessels for cryoagents have significantly smaller capacities (2-4 l), and their tubes are suspended constructive solutions ronikayut these vessels are quite large heat leakage conductivity comparable or larger than the radiation heat leakage to the surface of these vessels.
Целью изобретения является создание таких конструкций криогенных насосов и, в частности, трубок-подвесов криогенных сосудов, чтобы теплопритоки теплопроводностью по ним были достаточно малыми и меньше теплопритоков излучением к поверхностям этих сосудов при одновременном снижении теплопритоков излучением к их поверхностям, не увеличивающихся в течение длительного времени, уменьшение габаритов насосов и обеспечение эффективной заливки криоагентов в насос. The aim of the invention is the creation of such designs of cryogenic pumps and, in particular, suspension tubes of cryogenic vessels, so that the heat gain by their thermal conductivity is sufficiently small and less than heat gain by radiation to the surfaces of these vessels, while reducing heat gain by radiation to their surfaces, not increasing for a long time , reducing the dimensions of the pumps and ensuring the effective filling of cryoagents into the pump.
Указанная цель достигается тем, что трубки-подвесы сосудов заливного и откачивающего элемента выполнены встроенными в полости этих сосудов. Нижний конец каждой трубки-подвеса сосудов соединен с трубкой большего диаметра, которая коаксиально с вакуумным зазором охватывает эту трубку-подвес и герметично соединена своим верхним концом с крышкой сосуда. Трубки-подвесы сосуда заливного экрана своими нижними концами соединены с L-образными трубками. Нижний конец трубки-подвеса сосуда откачивающего элемента герметично соединен с дополнительной трубкой, которая в верхней части имеет сообщающуюся с ней верхнюю L-образную трубку, нижней частью закреплена к днищу сосуда, имеет в нижней части глухую перегородку и непосредственно над этой перегородкой содержит соединенную с этой дополнительной трубкой нижнюю L-образную трубку. Верхние торцы всех L-образных трубок обоих сосудов почти доходят до внутренних поверхностей крышек соответствующих сосудов, образуя зазор в несколько миллиметров. Трубка-подвес сосуда откачивающего элемента окружена трубкой-экраном, которая с хорошим тепловым контактом вставлена вовнутрь трубки, коаксиально охватывающей эту трубку-подвес, причем внутренняя поверхность трубки-экрана имеет низкую степень черноты. Кроме этого, все поверхности сосудов и корпуса, обращенные в вакуумный зазор, имеют покрытие с очень низкой степенью черноты в виде пленки меди толщиной не менее 1 мкм и величиной (до 0,015 при комнатной температуре, до 0,008 при температуре жидкого азота и до 0,0006 при температуре жидкого гелия, см. M.P.Larin, Preparaition of thin film coatings allowing ≈104 reduktion in gas emmission on the surfaces of ultra high vacuum systems. Vuoto, vol.XX, N 2 Aprile Giugno, 1990, p 310-314) отдельных монокристаллов не менее 10 мкм, на поверхности которой располагается пленка алюминия толщиной не более 50 ангстрем, окисленная на глубину не менее 20 ангстрем.This goal is achieved by the fact that the tube-suspension vessels of the filler and pumping element are made integrated in the cavity of these vessels. The lower end of each vessel suspension tube is connected to a tube of a larger diameter, which coaxially with the vacuum gap covers this suspension tube and is hermetically connected with its upper end to the vessel lid. Tubes-suspensions of the vessel of the filling screen are connected with L-shaped tubes with their lower ends. The lower end of the suspension tube of the evacuation element vessel is hermetically connected to an additional tube, which in the upper part has an upper L-shaped tube connected to it, is fixed to the bottom of the vessel with the lower part, has a blind partition in the lower part, and directly above this partition contains connected to this additional tube lower L-shaped tube. The upper ends of all L-shaped tubes of both vessels almost reach the inner surfaces of the covers of the corresponding vessels, forming a gap of several millimeters. The tube-suspension of the vessel of the pumping element is surrounded by a tube-screen, which is inserted with good thermal contact into the tube coaxially surrounding this tube-suspension, and the inner surface of the tube-screen has a low degree of blackness. In addition, all the surfaces of the vessels and the body facing the vacuum gap have a coating with a very low degree of blackness in the form of a copper film with a thickness of at least 1 μm and a size (up to 0.015 at room temperature, up to 0.008 at liquid nitrogen temperature and up to 0.0006 at liquid helium temperature, see MPLarin, Preparaition of thin film coatings allowing ≈10 4 reduktion in gas emmission on the surfaces of ultra high vacuum systems. Vuoto, vol. XX, N 2 Aprile Giugno, 1990, p 310-314) individual single crystals of at least 10 μm, on the surface of which there is an aluminum film with a thickness of not more than 50 angstroms, oxidized to a depth of not less than its 20 angstroms.
Дополнительная трубка сосуда откачивающего элемента непосредственно над глухой перегородкой внутри имеет резьбу для закрепления транспортировочной штанги. Трубка-экран сосуда откачивающего элемента своим верхним концом доходит до уровня, соответствующего середине его трубки-подвеса. The additional tube of the vessel of the pumping element directly above the blind partition inside has a thread for securing the transport rod. The tube-screen of the vessel of the pumping element with its upper end reaches a level corresponding to the middle of its suspension tube.
На чертеже представлен насос, продольный разрез. The drawing shows a pump, a longitudinal section.
Криогенный конденсационный насос содержит корпус 1 с входным патрубком 2, шевронный экран 3, радиационный экран 4, заливной экран в виде сосуда 5, снабженного трубками-подвесами 6, откачивающий элемент в виде сосуда 7, содержащего трубку-подвес 8. The cryogenic condensation pump comprises a housing 1 with an inlet pipe 2, a chevron screen 3, a radiation screen 4, a filling screen in the form of a vessel 5, equipped with suspension tubes 6, a pumping element in the form of a vessel 7, containing a suspension tube 8.
Трубки-подвесы 6 снизу соединены с трубками 9, коаксиально с вакуумным зазором 10 охватывающими трубками-подвесами 6 с герметично соединенными своими верхними концами с крышкой 11 сосуда 5. Нижние концы трубок-подвесов 6 вместе с трубками 9 герметично соединены с L-образными трубками 12, верхние концы которых подходят к внутренним поверхностям крышки 11, образуя зазоры 13 величиной 2-3 мм. The suspension tubes 6 are connected from below to the tubes 9, coaxially with the vacuum gap 10 by the female suspension tubes 6 with their upper ends hermetically connected to the cap 11 of the vessel 5. The lower ends of the suspension tubes 6 together with the tubes 9 are hermetically connected to the L-shaped tubes 12 , the upper ends of which are suitable for the inner surfaces of the cover 11, forming gaps 13 of a size of 2-3 mm.
Сосуд 7 откачивающего элемента имеет трубку 14, аналогичную трубке 9, которая также герметично соединена нижним концом с трубкой-подвесом 8, а верхним с крышкой 15. К месту стыка трубок 8 и 14 своим верхним концом герметично соединена дополнительная трубка 16, которая своим нижним концом соединена с днищем 17 сосуда 7. The vessel 7 of the pumping element has a tube 14 similar to the tube 9, which is also hermetically connected by the lower end to the suspension tube 8, and the upper to the cover 15. An additional tube 16 is tightly connected to the junction of the tubes 8 and 14 with its lower end connected to the bottom 17 of the vessel 7.
К верхней части трубки 16 герметично пристыкована верхняя L-образная трубка 18. В нижней части дополнительной трубки 16 имеется глухая перегородка 19. Чуть выше перегородки 19 к трубке 16 герметично подсоединена нижняя L-образная трубка 20. Обе трубки 18 и 20 своими верхними торцами почти доходят до внутренней поверхности крышки 15, образуя зазоры 21 величиной 2-3 мм. The upper L-shaped tube 18 is hermetically docked to the upper part of the tube 16. At the bottom of the additional tube 16 there is a blind partition 19. Slightly higher than the partition 19, the lower L-shaped tube 20 is hermetically connected. Both tubes 18 and 20 with their upper ends are almost reach the inner surface of the cover 15, forming gaps 21 of a size of 2-3 mm
Вовнутрь трубки 14 с хорошим тепловым контактом вставлена трубка-экран 22, выполненная из материала с хорошей теплопроводностью. Внутренняя поверхность трубки 22 тщательно полирована и имеет низкую степень черноты. Между внутренней поверхностью трубки-экрана 22 и наружной поверхностью трубки-подвеса 8 имеется вакуумный зазор величиной 2-4 мм. В нижней части дополнительной трубки 16 непосредственно над местом стыка ее с L-образной трубкой 20 имеется резьба 23, в которую вкручивается верхняя транспортировочная штанга, вставляемая сверху в трубку-подвес 8. Ниже перегородки 19 имеется глухое отверстие 24. В шевронном экране 3 в центре имеется отверстие, в которое в рабочем положении насоса вставлена медная или алюминиевая пробка 25, а в транспортном положении вместо этой пробки проходит нижняя транспортировочная штанга, своим верхним концом до упора вставляемая в глухое отверстие 24, а нижним закрепляемая во фланце-заглушке 25. Inside the tube 14 with good thermal contact inserted tube-screen 22, made of a material with good thermal conductivity. The inner surface of the tube 22 is carefully polished and has a low degree of blackness. Between the inner surface of the tube-screen 22 and the outer surface of the tube-suspension 8 there is a vacuum gap of 2-4 mm In the lower part of the additional tube 16, directly above the junction of it with the L-shaped tube 20, there is a thread 23 into which the upper transport rod is screwed, which is inserted from above into the suspension tube 8. Below the partition 19 there is a blind hole 24. In the chevron screen 3 in the center there is a hole in which in the working position of the pump a copper or aluminum plug 25 is inserted, and in the transport position, instead of this plug, the lower shipping rod passes, with its upper end fully inserted into the blind hole 24, and These stub flange 25 is fixed at.
Все поверхности корпуса, сосудов, экранов (кроме жалюзей шеврона), обращенные в вакуумный объем, тщательно полированы и имеют покрытия с очень низкой степенью черноты. Трубка-подвес 8 выполнена из гибкого гофрированного шланга из нержавеющей стали с толщиной стенки 0,2 мм и диаметром канала 10 мм, наружная поверхность этого шланга тщательно полирована. All surfaces of the hull, vessels, screens (except for the chevron blinds) facing the vacuum volume are carefully polished and have coatings with a very low degree of blackness. Suspension tube 8 is made of a flexible corrugated stainless steel hose with a wall thickness of 0.2 mm and a channel diameter of 10 mm, the outer surface of this hose is carefully polished.
Запуск насоса и его работа осуществляется следующим образом. Starting the pump and its operation is as follows.
Насос переводят из транспортного положения в рабочее, для чего снимают фланец-заглушку 25 вместе с нижней транспортировочной штангой, пристыковывают насос фланцем 2 к вакуумной камере, вынимают верхнюю транспортировочную штангу. Затем системой предварительной откачки создают в камере и насосе давление не выше 10-2 Па, после чего по одной из двух трубок-подвесов 6 заливают в сосуд 5 жидкий N2. С целью экономии жидкого гелия после этого захолаживают сосуд 7 небольшой порцией жидкого N2 до того момента, когда температура понизится до 80-100 К (контролируется периодически вставляемой термопарой в канал трубки 8 и опускаемой перегородки 19).The pump is transferred from the transport position to the working one, for which they remove the flange-dummy 25 together with the lower transport rod, dock the pump with flange 2 to the vacuum chamber, and remove the upper transport rod. Then, the preliminary pumping system creates a pressure in the chamber and pump of not higher than 10 -2 Pa, after which one of the two suspension tubes 6 is poured into a vessel 5 of liquid N 2 . In order to save liquid helium, the vessel 7 is then chilled with a small portion of liquid N 2 until the temperature drops to 80-100 K (it is controlled by a periodically inserted thermocouple in the channel of the tube 8 and the lowering wall 19).
Затем вставляют гелиевую переливалку с наружным диаметром не более 8 мм в канал трубки-подвеса 8 через тройник (на чертеже не показан), герметично закрепленный на верхнем патрубке трубки 8 так, чтобы нижний торец этой переливалки плотно вошел в сужение трубки 16, располагаемое непосредственно над резьбой 23. После этого производят заливку жидкого гелия в сосуд 7. Жидкий гелий под небольшим избыточным давлением (≈0,2 атм) из сосуда Дьюара попадает из нижнего конца гелиевой переливалки непосредственно в канал нижней L-образной трубки 20, поднимается по ней до ее среза и заливается в сосуд 7. Пары гелия через канал верхней L-образной трубки 18 входят в канал трубки 16 и далее по зазору между стенками гелиевой переливалки и трубок 16 и 8 поднимаются вверх и затем выходят через боковой патрубок тройника наружу. Then, a helium overflow with an outer diameter of not more than 8 mm is inserted into the channel of the suspension tube 8 through a tee (not shown in the drawing), tightly fixed on the upper pipe nozzle 8 so that the lower end of this overflow fits tightly into the narrowing of the pipe 16 located directly above with thread 23. After this, liquid helium is poured into vessel 7. Liquid helium under slight overpressure (≈0.2 atm) from the Dewar vessel enters from the lower end of the helium overflow directly into the channel of the lower L-shaped tube 20, raises I go through it until it is cut and poured into the vessel 7. Helium vapor through the channel of the upper L-shaped tube 18 enters the channel of the tube 16 and then the gap between the walls of the helium overflow and tubes 16 and 8 rise up and then go out through the side of the tee .
После заполнения сосуда 7 жидким гелием гелиевую переливку вынимают, снимают тройник и заливной патрубок насоса соединяют напрямую или через газовый счетчик с газгольдером. After filling the vessel 7 with liquid helium, the helium overflow is removed, the tee is removed and the pump inlet is connected directly or through a gas meter to the gas tank.
Такая конструкция насоса обеспечивает при объеме азотного сосуда 2,6 л и гелиевого сосуда 4 л, диаметра наружного корпуса 200 м и его высоте 440 мм ресурс непрерывной работы после однократной заливки N2 3 сут и He 3 мес.This design of the pump provides with a volume of a nitrogen vessel of 2.6 l and a helium vessel of 4 l, the diameter of the outer casing of 200 m and its height of 440 mm, the resource of continuous operation after a single pouring of N 2 3 days and He 3 months.
Такой насос при своей высокой экономичности по расходу криоагентов можно эффективно использовать для получения сверхвысокого вакуума вплоть до 10-10 Па в камерах установок различного назначения объемом до несколько сотен дм3.Such a pump, with its high efficiency in terms of cryogenic consumption, can be effectively used to obtain ultra-high vacuum up to 10 -10 Pa in the chambers of plants for various purposes with a volume of up to several hundred dm 3 .
Claims (2)
2. Насос по п.1, отличающийся тем, что дополнительная трубка над глухой перегородкой внутри имеет резьбу.1. A cryogenic pump, comprising a housing with an inlet pipe in the lower part, a chevron, radiation screens and an inlet screen in the form of a vessel equipped with suspension tubes, and also located inside the cavity bounded by these screens, a pumping element located inside it and connected to each other in the form of a vessel containing a suspension tube, and the suspension tubes of the vessels of the filling screen and the pumping element are made embedded in the cavities of these vessels, the lower end of each vessel suspension tube is connected to the tube diameter, coaxially with a vacuum gap covering this suspension tube and hermetically connected with its upper end to the vessel cover, the vessel suspension tubes with their lower ends are connected to L-shaped tubes, characterized in that the end of the suspension tube of the pumping element vessel is hermetically connected to an additional tube, which in the upper part has an upper L-shaped tube in communication with it, is fixed to the bottom of the vessel with the lower part, has a blank partition in it and directly above the partition has connected to this additional tube the lower L-shaped tube, and the upper ends of all the L-shaped tubes of both vessels are arranged with a gap with the inner surface of the lids of the respective vessels, the suspension tube of the pumping element vessel is surrounded by a screen tube, which is coaxially inserted with the heat contact inside the tube covering this suspension tube, in addition, all the surfaces of the vessel screens and the hull facing the vacuum gap have a coating with a low degree of blackness in the form of a copper film with a thickness of at least 1 m m, and an average value of individual single crystals of not less than 5-10 microns, the surface of which an aluminum film is not thicker
2. The pump according to claim 1, characterized in that the additional tube above the blank partition inside is threaded.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93044654A RU2098664C1 (en) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | Cryogenic condenser pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93044654A RU2098664C1 (en) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | Cryogenic condenser pump |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93044654A RU93044654A (en) | 1996-07-27 |
| RU2098664C1 true RU2098664C1 (en) | 1997-12-10 |
Family
ID=20147444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93044654A RU2098664C1 (en) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | Cryogenic condenser pump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2098664C1 (en) |
-
1993
- 1993-09-14 RU RU93044654A patent/RU2098664C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SU, авторское свидетельство N 1084486, кл. F 04 B 37/08, 1984. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2396459A (en) | Insulated container for liquefied gases and the like | |
| US4418544A (en) | Pump for very cold liquids | |
| RU2098664C1 (en) | Cryogenic condenser pump | |
| US2317814A (en) | Cooling trap, primarily for condensing vapors of mercury and the like | |
| US2565722A (en) | Cooling device | |
| CN219912667U (en) | Magnetic force constraint low-temperature container | |
| SU1076621A1 (en) | Cryogenic vacuum pump | |
| CN210000938U (en) | Special wine storage tank for brewing kinds of wine | |
| SU1529001A1 (en) | Helium-ii cryorefrigerator | |
| CN217075656U (en) | Vacuum degree control system of closed oil storage tank | |
| SU1439276A1 (en) | Thermocompressor | |
| SU1180640A1 (en) | Cryostat | |
| CN215003803U (en) | Liquid level meter with heat insulation structure | |
| SU1453112A1 (en) | Cryogenic reservoir | |
| SU1153166A1 (en) | Reservoir for cryogenic liquids | |
| SU970023A1 (en) | Cryogenic vessel | |
| SU392268A1 (en) | CRYOGENIC CONDENSATION PUMP | |
| SU1430590A1 (en) | Cryogenic pump | |
| US1859229A (en) | Liquid cooling apparatus | |
| SU398762A1 (en) | FORVACUUM CRYOGENIC TRAP | |
| SU992894A1 (en) | Dewar flask glass-reinforced plastic neck | |
| SU425027A1 (en) | CAPACITY FOR CRYOGENIC LIQUIDS | |
| CN116838933A (en) | Liquid hydrogen bottle and production method of heat insulation material thereof | |
| SU414470A1 (en) | CRYOSTAT | |
| SU1025914A1 (en) | Cryogenic pump |