Обзор современных средств откачки и методов измерения
Преддипломная практика
Обзор современных средств откачки и методов измерения
1.
Форвакуумные средства откачки
Основной особенностью развития
средств вакуумной откачки на протяжении последних лет является стремление
избавиться от вакуумных масел и других рабочих жидкостей. Эта тенденция
настолько сильна, что получает развитие даже в таких областях применения
вакуумной техники, где этим вопросам до последнего времени не уделяли много
внимания - прежде всего, в вакуумной металлургии.
В табл. 1 показаны основные типы
безмасляных механических форвакуумных насосов для промышленного использования,
их типичные характеристики и производители.
Табл. 1
|
Принцип действия
|
Основные производители
|
Предельный вакуум, мбар
|
Диапазон быстроты действия, м3/ч
|
|
Когтевой (со ступенью Рутса)
|
Busch, Edwards, PG Pedro Gil
|
0,05
|
80-600
|
|
Винтовой
|
Busch, Ebara, Edwards, Hanbell,
Kashiyama, Leybold (LOT Vacuum), Pfeiffer, Shinko Seiki, Sterling SIHI,
Toyota, Ulvac, SVC ScrewStar
|
0,001
|
75-1300
|
|
Многоступенчатый Рутса
|
Adixen (Alcatel), Kashiyama, PG
Pedro Gil
|
0,01
|
90-220
|
|
Спиральный безмысляный насос
|
Geowell (Вактрон)
|
0,01
|
7-60
|
Многие производители устанавливают
на форвакуумный насос дополнительный насос Рутса, в результате чего примерно на
порядок вырастает предельный вакуум, и до нескольких раз - производительность.
Так, характерная производительность таких систем обычно 600-2500 м3/ч,
а предельный вакуум - 0,005-0,0001 мбар. Кроме того, существуют специальные
решения для откачки камер больших объемов или для работы с высокими газовыми
нагрузками с производительностью в десятки тысяч м3/ч.
Лидирующими технологиями в данной
области являются когтевые, винтовые и многоступенчатые насосы Рутса. Это
полностью бесконтактные насосы, откачка в которых обеспечивается вращением
роторов специальной формы, зазоры между которыми очень малы - до микрометров,
поэтому уровень обратного потока газа также крайне мал. Форма роторов когтевого
насоса показана на рис. 1, винтового - на рис. 2, а многоступенчатого Рутса -
на рис. 3.
Рис. 1. Когтевой форвакуумный насос
Рис. 2. Роторы винтового насоса
Рис. 3. Многоступенчатый насос Рутса
Когтевой насос выполняется в виде
многоступенчатой (обычно состоящей из 3 или 4 ступеней) машины, где одной из ступеней
является двухроторная ступень Рутса, остальные - когтевые. Главным игроком и
обладателем патента на данную конструкцию является компания Edwards.
Винтовые насосы имеют несколько
вариантов конструкции - с переменным и постоянным шагом, с напуском газа в
торце и в центре роторов, вертикальные и горизонтальные. Такое многообразие
конструкций обусловлено тем, что данная технология развивалась наиболее бурно,
так как развитие когтевой конструкции было ограничено патентом Edwards. В
настоящий момент винтовые насосы обеспечивают, пожалуй, наилучшие технические и
эксплуатационные характеристики среди всех безмасляных конструкций (табл. 1),
поскольку Edwards начал выпуск и винтовых насосов. Наиболее заметными игроками в
данной области являются японские Ebara и Ulvac, имеющие хорошие позиции в
Японии и Азии, корейский LOT Vacuum, распространенный в Южной Корее и Европе
(под брендом Leybold), а также тайваньский «азиатский тигр» Hanbell,
стремительно занимающий лидирующие позиции в Тайване, где сконцентрировано
сейчас основное производство полупроводников, кремниевых пластин и
плоскопанельных дисплеев, Китае, где активно развиваются данные отрасли, а
также выходит на рынки Европы и США. В вакуумной металлургии активные позиции
имеют винтовые насосы SIHI.
Еще одной технологией безмасляных
форвакуумных насосов для промышленного использования является конструкция,
объединяющая несколько ступеней Рутса. Основными игроками здесь являются
японская Kashiyama и французский Adixen (Alcatel). Данная технология не получила
такого активного, как винтовая, развития в силу своей наибольшей среди других
конструкций «чувствительности» к грязным и тяжелым, с эксплуатационной точки
зрения, технологическим процессам. Данная конструкция предполагает достаточно
сложную и длинную конструкцию вакуумных трактов между ступенями, где могут
накапливаться нежелательный конденсат и чужеродные частицы, откачиваемые вместе
с рабочим газом. Указанные типы насосов широко применяются в промышленных
приложениях таких отраслей как металлургия, химическая промышленность,
полупроводники, установки роста кристаллов, плоскопанельные дисплеи и др.
Для лабораторных и «чистых»
приложений используются безмасляные форвакуумные спиральные насосы (рис. 4).
Поскольку их развитие ограничивается в основном лабораторными системами,
характерный диапазон быстроты действия составляет от 3 до 35 м3/ч.
Предельный вакуум, обеспечиваемый такими насосами обычно составляет 0,01 мбар.
Наиболее заметными игроками в данном сегменте являются компании Anest Iwata,
родоначальник данной конструкции насосов, имеющая самую широкую линейку с
производительностью до 60 м3/ч, Varian, Edwards, Busch, также
занимающие заметную долю этого рынка. Надо сказать, что многие компании
предлагают насосы Anest Iwata под собственными брендами - такие как, например,
Leybold (Oerlikon) и Ulvac.
Рис. 4. Безмасляный форвакуумный
спиральный насос
Табл. 2. Основные технические
характеристики винтовых насосов Screwstar
|
Модель
|
SS150
|
SS300
|
SS400
|
SS800
|
SS1500
|
|
Быстрота откачки 50/60 Гц, м3/ч
|
110/130
|
250/300
|
330/400
|
660/800
|
1250/1500
|
|
Предельное остаточное давление, мм рт. ст.
|
7.5 X 10-3
|
|
Мощность привода 50/60 Гц, кВт
|
2.2/3.7
|
5.5/5.5
|
7.5/11
|
15/15
|
30/37
|
|
Уровень шума, дБ
|
79/85
|
|
Максимальная скорость вращения 50/60 Гц, об/мин
|
2900/3500
|
1450/1750
|
|
Диаметр условного прохода входного / выходного фланца, мм
стандарт фланца JIS B2220
|
40/40
|
50/40
|
65/50
|
100/65
|
125/80
|
|
Объем масла, л
|
1
|
2
|
2
|
2,5
|
8
|
|
Тип трансмиссионного масла
|
Shell Turbo Oil T-46 Mobil SHC629 (для тяжелых условий эксплуатации)
|
|
Тип смазки консольных подшипников
|
Mobile 1 Grease (для промышленных применений) Fomblin RT15 (для
химических применений)
|
|
Расход газа для продувки уплотнения вала, нл/мин
|
5 ~ 15
|
15 ~ 25
|
|
Давление продувочного газа, атм
|
1,3-1,5
|
|
Тип соединения для подключения продувки уплотнения вала
|
Резьба G1/4
|
|
Расход охлаждающей воды, нл/мин
|
5 ~ 10
|
10 ~ 15
|
10 ~ 15
|
15 ~ 20
|
30 ~ 40
|
|
Температура охлаждающей воды мин/макс,℃
|
5 ~ 35
|
|
Максимально допустимое давление воды, атм. изб.
|
10
|
|
Номинальные потери давления воды, атм.
|
2
|
|
Тип соединения для подключения охлаждающей воды
|
Резьба G1/2
|
|
Рекомендуемое время прогрева насоса, мин
|
40
|
|
Тип уплотнения вала
|
HV (на стороне к вакууму): Двойное манжетное уплотнение LV (на
стороне к выхлопу): Манжетное + Механическое уплотнение (с продувкой азотом).
Под заказ может быть выполнено Двойное манжетное уплотнение (с продувкой
азотом) DE (по приводящему валу): Масляное уплотнение
|
Табл. 3. Технические характеристики
спиральных безмасляных насосов
|
Модель
|
GWSP1000
|
GWSP600
|
GWSP300
|
GWSP150
|
|
Быстрота откачки
|
50 Гц
|
л/с
|
16.6
|
8.7
|
4.3
|
2.0
|
|
|
л/мин
|
996.0
|
522.0
|
258.0
|
120.0
|
|
|
м3/ч
|
59.8
|
31.3
|
15.5
|
7.2
|
|
|
cfm
|
35.8
|
18.7
|
9.3
|
4.3
|
|
60 Гц
|
л/с
|
19.9
|
10.4
|
5.1
|
2.4
|
|
|
л/мин
|
1194.0
|
624.0
|
306.0
|
144.0
|
|
|
м3/ч
|
71.6
|
37.4
|
18.3
|
8.6
|
|
|
cfm
|
42.8
|
22.3
|
10.9
|
5.1
|
|
Предельное остаточное давление
|
Па
|
≦1.0
|
≦1.0
|
≦2.6
|
≦8.0
|
|
мм рт. ст.
|
≦7.5×10-3
|
≦7.5×10-3
|
≦1.9×10-2
|
≦6.0×10-2
|
|
мбар
|
≦1.0×10-2
|
≦1.0×10-2
|
≦2.6×10-2
|
≦8.0×10-2
|
|
psi
|
≦1.4×10-4
|
≦1.4×10-4
|
≦3.8×10-4
|
≦1.2×10-3
|
|
Максимальное натекание
|
|
1×10-5 Па·м3/с
|
|
Максимальное давление на впуске / выпуске
|
МПа
|
0.1 /0.13
|
|
Модель
|
GWSP1000
|
GWSP600
|
GWSP300
|
GWSP150
|
|
Диапазон температуры окружающей среды
|
℃/℉
|
5～40/41～104
|
|
Максимальная скорость откачки паров газа
|
гр/ч
|
60
|
50
|
|
Двигатель
|
Мощность
|
кВт / л.с.
|
1.50/2.00
|
0.75/1.00
|
0.55/0.74
|
0.25/0.30
|
|
Напряжение
|
VAC
|
380/220
|
380/220
|
220
|
380/220
|
220
|
220
|
|
Частота вращения
|
Об/мин
|
1410
|
|
Уровень шума
|
dB(A)
|
≦63
|
≦63
|
≦63
|
≦57
|
|
Тип входного и выходного фланцев
|
мм
|
KF40/16×2
|
KF40/16
|
KF25/16
|
KF25/16
|
|
Габаритные размеры
|
мм
|
580x360x400
|
520x316x360
|
490x290x340
|
430x250x280
|
|
Масса
|
кг
|
52
|
36
|
32
|
18
|
|
Тип охлаждения
|
Охлаждение воздухом
|
|
Другое
|
Наличие газобалласта
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Серия насосов RVB отличается тем, что рассчитана на меньший диапазон
производительности, и также обладает всеми конструктивными достоинствами,
как и у «старшей» линейки насосов RNVB.
Табл. 5. Основные технические
характеристики насосов Рутса RVB
|
Модель RVB
|
20-10
|
20-20
|
21-20
|
21-30
|
22-20
|
22-30
|
23-20
|
23-30
|
|
Быстрота откачки, м3/ч
|
200
|
280
|
500
|
740
|
1000
|
1430
|
2000
|
2880
|
|
Рекомендованная мощность привода, кВт
|
0,75
|
1,1
|
2,2
|
3,0
|
4,0
|
4,0
|
5,5
|
750
|
|
Тип электродвигателя и параметры электросети
|
АС КЗР TEFT 220/380В 50Гц
|
АС КЗР TEFT 3ф. 380В 50Гц
|
|
Частота вращения номинальная, об/мин
|
3000
|
|
Обеспечиваемый перепад давления, мбар
|
130
|
80
|
80
|
80
|
80
|
66
|
50
|
40
|
|
Диаметр входного / выходного фланца, мм
|
50
|
80
|
100
|
100
|
100
|
150
|
150
|
150
|
|
Расход воды на охлаждение, нл/час
|
60
|
60
|
80
|
80
|
100
|
100
|
120
|
120
|
|
Диапазон рабочих давлений, мм рт. ст.
|
от 100 до 10-4
|
|
Продувка уплотнений вала
|
Для откачки агрессивных химических или запыленных сред
рекомендуется продувка уплотнений валом АЗОТом Расход на продувку составляет
5-15 нл/мин
|
|
Тип уплотнений вала
|
По умолчанию - с манжетными уплотнениями Simrit Viton Под заказ
возможно изготовление с торцевые механические уплотнения:
|
|
Масса без мотора, кг
|
62
|
76
|
115
|
135
|
208
|
245
|
320
|
360
|
Табл. 6. Основные
характеристики двухступенчатых пластинчато-роторные вакуумных насосов
|
Характеристики насосов серии W2V.
|
|
Модель насоса
|
Быстрота откачки (50 Гц), м3/ч
|
Предельное остаточное давление, Па с закрытым газобалластом
|
Предельное остаточное давление, Па с открытым газобалластом
|
Масса кг
|
Входной фланец
|
Выходной фланец
|
Габаритные размеры, мм
|
|
Малогабаритные насосы
|
|
Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V05
|
2,4
|
6,7x10-1
|
6.7
|
14
|
NW16
|
NW16
|
120х374х200
|
|
Лабораторные насосы
|
|
Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V10
|
5
|
6,7x10-2
|
6,7
|
19
|
NW25 (Ф26)
|
NW25 (Ф26)
|
150х398х251
|
|
Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V20
|
10
|
6,7x10-2
|
6,7
|
NW25 (Ф26)
|
NW25 (Ф26)
|
150x434x251
|
|
Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V40
|
20
|
6,7x10-2
|
6,7
|
29
|
NW25 (Ф26)
|
NW25 (Ф26)
|
170x490x293
|
|
Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V60
|
30
|
6,7x10-2
|
6,7
|
51.5
|
NW40 (Ф36)
|
NW40 (Ф36)
|
206x609x313
|
|
Промышленные насосы
|
|
Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V80
|
40
|
6,7x10-2
|
6,7
|
67
|
NW40 (Ф36)
|
NW40 (Ф36)
|
226x624x346
|
|
Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V100
|
50
|
6,7x10-2
|
6,7
|
80
|
NW40 (Ф36)
|
NW40 (Ф36)
|
264x664x442
|
|
Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V150
|
75
|
6,7x10-2
|
6,7
|
110
|
NW40 (Ф36)
|
NW40 (Ф36)
|
256x777.5x420.7
|
|
Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V180
|
90
|
6,7x10-2
|
6,7
|
120
|
NW40 (Ф36)
|
NW40 (Ф36)
|
256x777.5x420.7
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.
Высоковакуумные средства откачки
форвакуумный откачка масло
В данной области также
прослеживается четкое стремление избавиться от масел и рабочих жидкостей.
Например, несмотря на дешевизну диффузионных насосов, их использование пытаются
максимально сократить во многих областях, до последнего времени считавшихся
нечувствительными к остаточным парам рабочих жидкостей в вакуумной камере -
электротермическое оборудование, вакуумные печи и т.п. Там, где полный отказ
невозможен или слишком дорог используются различные ловушки, снижающие
количество масляных паров в рабочей области.
Наиболее активно развивающимися
высоковакуумными безмасляными откачными средствами являются турбомолекулярные и
криовакуумные насосы. Магниторазрядные насосы в последние годы развивались не
столь сильно, в силу специфичности приложений их использования и ограниченности
их производительности в 1000-1200 л/с. Однако, нужно отметить, что данный тип
насосов активно используется в приложениях, где необходимо получать высокий и
сверхвысокий вакуум (до 10-10 торр) и удерживать его длительное время
(например, несколько месяцев) - ускорительно-накопительные системы, физика
элементарных частиц и т.п.
В области турбомолекулярных
насосов можно отметить сразу несколько тенденций:
· активное
распространение гибридных конструкций, объединяющих турбомолекулярную и
молекулярную ступени. Это позволяет лучше откачивать легкие газы, такие как
гелий и водород, и увеличивать максимально допустимое давление в форвакуумной
линии. В настоящий момент доступны модели насосов, имеющие штатное постоянное
давление в форвакуумной линии до 10-12 мбар;
· доминирование
насосов на магнитном подвесе ротора (рис. 5). Данная технология позволяет
существенно увеличить наработку на отказ подшипников ротора, поскольку он
вращается, левитируя в вакууме в магнитном поле, и трение полностью
отсутствует. Эти насосы полностью гарантируют технологический процесс от
попадания даже единичных молекул смазки, поскольку она совершенно отсутствует,
в отличие от насосов с жидкой или консистентной смазкой, которая хоть и
находится внутри закрытых керамических подшипников и обладает крайне малым
давлением насыщенных паров - обычно уровня 10-14 мбар, все же допускает
теоретическое попадание одиночных молекул в откачиваемый объем. Хотя и данные
турбомолекулярные насосы обычно называют безмасляными, поскольку при их работе
крайне низка вероятность попадания даже одиночных молекул смазки в откачиваемый
объем. Насосы с магнитным подвесом ротора более чувствительны к резкому росту
давления в вакуумной камере («прорыву атмосферы»), поскольку их роторы
испытывают в том числе и ударную нагрузку при посадке на полной скорости на
резервные подшипники. Обычно производители оговаривают характерное количество
таких аварийных посадок до необходимости технического обслуживания - оно может
составлять от нескольких десятков до нескольких сотен.
В данном сегменте свою долю имеют
все ведущие производители вакуумного оборудования - Alcatel, Busch, Edwards,
Leybold, Pfeiffer, Osaka Vacuum, Shimadzu, Ulvac, Varian.
Рис. 5. Турбомолекулярный насос на
магнитном подвесе
В сегменте криовакуумных насосов
развитие сказывается, прежде всего на увеличении надежности работы криоголовки
и компрессора, а также, к созданию «ударных» моделей и, соответственно,
завоевание того или иного сектора рынка. Например, компания Suzuki Shokan
разработала и производит крионасос с Ду 320 мм, производительность которого в
1,5 раза выше, чем у конкурентов. Это позволило в относительно короткий срок
занять доминирующее положение на полупроводниковом рынке Японии и Юго-восточной
Азии в области обработки 300 мм подложек, а наличие одних из лучших по
производительности и надежности компрессоров и криоголовок и для насосов других
размеров дает возможность компании на равных соперничать с таким признанным
грандом японской вакуумной техники как Ulvac, которой подобный подход в свое
время позволил завоевать лидирующие позиции в области 200 мм подложек. На
рынках США и Европы лидером является компания CTI Cryogenics, заметные позиции
также имеют Austin Scientific и SHI Cryogenics.
В области крионасосов большой
производительности с Ду более 500 мм (рис. 6) свои решения предлагают такие
компании, как HSR, Leybold, PHPK, Suzuki Shokan, Ulvac.
Рис. 6. Крионасос Ду 600 мм
Гибридные
турбомолекулярные насосы с подшипниками качения (EBARA)
Серия EBT-F (TG-F). Гибридные
турбомолекулярные насосы с интегрированными молекулярными ступенями и металлокерамическими
подшипниками с консистентной смазкой
|
Модель
|
Быстрота действия по N2, л/с
|
Предельное остаточное давление, мм. рт. ст
|
Макс. потребляемая мощность, кВт
|
Макс. форвакуумное давление, мм. рт. ст
|
Мин. масса (зависит от типа фланца), кг
|
Мин. время старта, мин
|
|
EBT70F (TG70F)
|
70
|
3,8Е-9
|
-
|
9
|
3
|
2
|
|
EBT220F (TG220F)
|
220
|
7,5E-9
|
0,59
|
2,6
|
5,5
|
1
|
|
EBT240F (TG240F)
|
240
|
7,5E-9
|
-
|
5,3
|
7,3
|
7,5
|
|
EBT350F (TG350F)
|
350
|
7,5E-9
|
0,61
|
2,6
|
6
|
2
|
|
EBT450F (TG450F)
|
450
|
7,5E-9
|
0,61
|
2,6
|
7
|
2
|
|
EBT800F (TG800F)
|
820
|
7,5E-9
|
0,61
|
3,2
|
26
|
5,5
|
|
EBT1100F (TG1100F)
|
1100
|
7,5E-9
|
0,61
|
3,2
|
27
|
5,5
|
|
EBT1400F (TG1400F)
|
1400
|
7,5E-9
|
0,81
|
3,2
|
29
|
5,5
|
|
EBT2400F (TG2400F)
|
2400
|
7,5E-9
|
1,2
|
2
|
45
|
5
|
Турбомолекулярные насосы
с интегрированным контроллером и на магнитном подвесе Edwards (Англия)
|
Модель насоса
|
Входной фланец
|
Быстрота откачки N2, л/с
|
Быстрота откачки H2, л/с
|
Быстрота откачки Ar, л/с
|
Степень сжатия N2
|
Степень сжатия H2
|
Max.
газовый поток N2, sccm
|
Max.
газовый поток Ar, sccm
|
Предельное остаточное давление, Па
|
|
STP-iX455
|
ISO100-K
|
300
|
300
|
-
|
>1*108
|
>1*104
|
-
|
-
|
6.5×10-6
|
|
DN100CF
|
|
|
|
|
|
|
|
1×10-8
|
|
ISO160-K
|
450
|
460
|
-
|
>1*108
|
>1*104
|
-
|
-
|
6.5×10-6
|
|
DN160CF
|
|
|
|
|
|
|
|
1×10-8
|
|
STP-iXR1606
|
ISO160-F
|
900
|
600
|
-
|
>1*108
|
1*103
|
4700
|
1800
|
1×10-7
|
|
VG150
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ISO200-F/ ISO250-F
|
1600
|
1200
|
-
|
>1*108
|
1*103
|
4700
|
1800
|
1×10-7
|
|
VG200
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
STP-iXA2206C
|
ISO250-F
|
2200
|
-
|
1900
|
>1*108
|
1*104
|
3000
|
1400
|
1×10-7
|
|
DN250CF
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
STP-iXA3306C
|
ISO250-F
|
2650
|
-
|
2300
|
>1*108
|
2*103
|
4000
|
2100
|
1×10-7
|
|
DN250CF
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ISO320-F
|
3200
|
-
|
2800
|
>1*108
|
2*103
|
4000
|
2100
|
1×10-7
|
|
DN320CF
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
STP-iXA4506C
|
ISO320-F
|
4000
|
2700
|
-
|
>1*108
|
1*103
|
4300
|
2600
|
1×10-7
|
Турбомолекулярные насосы
на магнитном подвесе Shimadzu (Япония)
|
Модель
|
TMP-203
|
TMP-803
|
TMP-1003
|
TMP-2003
|
|
Охлаждение
|
водяное / возд.
|
водяное / возд.
|
водяное / возд.
|
водяное / возд.
|
|
Предельный вакуум, Па (Торр)
|
1,3*10-8 (10-10)
|
1,3*10-9 (10-11)
|
1,3*10-9 (10-11)
|
1,3*10-9 (10-11)
|
|
Максимальное давление на входе (вода / воздух), Па (Торр)
|
200/1,3 (1,5/0,01)
|
400/1,3 (3/0,01)
|
400/1,3 (3/0,01)
|
67/0,4 (0,5/ 0,003)
|
|
Максимальное давление на выходе (вода / воздух), Па (Торр)
|
400/40 (3/0,3)
|
667/40 (5/0,3)
|
667/40 (5/0,3)
|
267/40 (2/0,3)
|
|
Быстрота действия, л/с:
|
|
по азоту
|
190
|
800
|
1080
|
2000
|
|
по гелию
|
140
|
800
|
930
|
1800
|
|
по водороду
|
120
|
700
|
790
|
1600
|
|
Степень сжатия:
|
|
по азоту
|
1*109
|
1*109
|
>1*109
|
1*109
|
|
по гелию
|
6*104
|
8*104
|
8*104
|
7*105
|
|
по водороду
|
4*103
|
4*103
|
4*103
|
1,4*104
|
|
Время выхода на режим, мин
|
Не более 5
|
Не более 9
|
|
Рабочая ориентация
|
Любая
|
Любая
|
Любая
|
Любая
|
|
Температура прогрева на входном фланце, оС
|
<120
|
<120
|
<120
|
<120
|
|
Входной фланец стандартов ISO, ConFlat
|
Ду100
|
Ду160
|
Ду200
|
Ду250
|
|
Рекомендуемая быстрота действия форвакуумного насоса, л/мин (м3/ч)
|
>200 (>12)
|
>500 (>30)
|
>500
(>30)
|
>500 (>30)
|
|
Масса, кг
|
9
|
31
|
32
|
55
|
|
|
|
|
|
|
Турбомолекулярные насосы
на магнитном подвесе Pfeiffer (Германия)
|
Модель
|
HiPace 300 M
|
HiPace 700 M
|
HiPace 800 M
|
|
Фланец - всасывания, ISO-K, ISO-F, CF - выхлопа, ISO-KF -
напуска атмосферы
|
DN100 DN16 G1/8»
|
DN160 DN25 G1/8»
|
DN200 DN25 G1/8»
|
|
Скорость откачки, л/с - по Азоту (N2) - по Гелию (Не)
- по Водороду (Н2) - по Аргону (Ar)
|
255 215 170 250
|
685 600 480 660
|
790 625 500 775
|
|
Степень сжатия - по Азоту (N2) - по Гелию (Не) - по
Водороду (Н2) - по Аргону (Ar)
|
>1*1011 >1*108 5*105
>1*1011
|
>1*1011 >1*107 2*105
>1*1011
|
>1*1011 >1*107 2*105
>1*1011
|
|
Предельное разряжение, Па
|
< 1*10-5
|
< 1*10-5
|
< 1*10-5
|
|
Максимальное рабочее давление на выхлопе, Па
|
2000
|
800
|
800
|
|
Скорость вращения ротора, об/мин
|
49 200
|
49 200
|
|
Тип охладения
|
водяное
|
водяное
|
водяное
|
|
Питание/потребляемая мощность
|
48В/300Вт
|
48В/300Вт
|
48В/300Вт
|
|
Масса, кг
|
13,1 - 17,2
|
15,7 - 20,8
|
17,1 - 21,5
|
Турбомолекулярные насосы
с подшипниками KYKY (Китай)
|
Характеристики
|
FF-100/110E
|
FF-160/700E
|
FF-160/700FE
|
FF-200/1300E
|
FF-200/1300FE
|
FF-250/2000E
|
|
Быстрота действия, л/с
|
150
|
700
|
700
|
1300
|
1300
|
2000
|
|
Степень сжатия
|
N2
|
108
|
109
|
109
|
109
|
109
|
109
|
|
H2
|
5х102
|
6х106
|
6х106
|
6х103
|
6х103
|
6х103
|
|
Предельный вакуум, не хуже, Па
|
ISO
|
4.5х10-7
|
6х10-7
|
6х10-7
|
6х10-6
|
6х10-6
|
6х10-6
|
|
CF
|
4.5х10-8
|
6х10-8
|
6х10-8
|
6х10-7
|
6х10-7
|
-
|
|
Вх. фланец, Ду, мм.
|
ISO100
|
ISO160
|
ISO160
|
ISO200
|
ISO200
|
ISO250
|
|
Вых. фланец, Ду, мм.
|
KF25
|
KF40
|
KF40
|
KF40
|
KF40
|
KF50
|
|
Положение монтажа
|
любое
|
|
Охлаждение
|
вода-воздух
|
вода
|
вода-воздух
|
вода
|
вода-воздух
|
вода
|
Криосорбционные
вакуумные насосы SICERA™ Cryopump
При мощности всего 0,9кВт, благодаря
запатентованной инверторной технологии, насосы серии SICERA меняют определение
«низкое потребление энергии», уменьшая Ваши затраты на электроэнергию на
20-30%. Качественно новая система позволяет одновременно использовать до шести
насосов (200 мм) на одном компрессоре без уменьшения производительности.
Насосы серии SICERA доступны с
размерами фланцев 200 и 300 мм, обе модели имеют полностью автоматический цикл
регенерации, что позволяет максимизировать время продуктивной работы. В
результате, экономия электроэнергии и увеличенная производственная
эффективность делают насосы данной серии идеальными для таких применений как
массовое производство полупроводниковых пластин, плоскопанельных дисплеев и
прочих схожих производств.
Технические характеристики
|
Модель
|
CP-8
|
CP-8LP
|
CP-250LP
|
CP-12
|
CP-16
|
CP-20
|
SICERA 8»
|
SICERA 12»
|
|
Скорость откачки (л/сек)
|
Воздух
|
1500
|
1800
|
3060
|
3600
|
4800
|
9700
|
1500
|
3300
|
|
Вода
|
4200
|
4200
|
6300
|
9560
|
17300
|
29100
|
4000
|
9500
|
|
Аргон
|
1250
|
1500
|
2500
|
3100
|
4100
|
8300
|
1200
|
2700
|
|
Водород
|
2300
|
3000
|
5000
|
7300
|
12000
|
14000
|
2200
|
6000
|
|
Пропускная способность
|
Аргон (тор-л/сек)
|
11.0
|
11.0
|
11.0
|
12.6
|
11.4
|
11.3
|
8.9
|
8.9
|
|
Аргон (см3/ мин)
|
870
|
870
|
870
|
1000
|
900
|
900
|
700
|
700
|
|
Емкость (стандартные литры)
|
Аргон при 1x10-6 торp
|
1200
|
1600
|
1600
|
3100
|
5500
|
6000
|
1000
|
2000
|
|
Водород при 5x10-6 торp
|
25
|
25
|
25
|
50
|
50
|
33
|
12
|
30
|
|
Параметр включения в работу (торр-литры)
|
-
|
220
|
220
|
220
|
650
|
500
|
400
|
150
|
150
|
|
Время захолаживания (мин)
|
-
|
75
|
110
|
110
|
90
|
135
|
190
|
120
|
150
|
|
Входной фланец
|
ANSI
|
6»
|
6»
|
-
|
10»
|
-
|
20»
|
-
|
-
|
|
ISO
|
200 мм
|
200 мм
|
250 мм
|
320 мм
|
400 мм
|
500 мм
|
-
|
-
|
|
Conflat
|
10»
|
10»
|
-
|
-
|
-
|
-
|
253
|
-
|
|
CVC
|
-
|
-
|
-
|
10»
|
10»
|
-
|
-
|
-
|
Криогенные вакуумные
насосы CTI Cryogenics (США)
|
Крионасос/характеристики
|
CryoTorr 4F*
|
CryoTorr 8 и 8F*
|
CryoTorr 250F*
|
CryoTorr 10 и 10F*
|
CryoTorr 400
|
CryoTorr 20HP
|
|
Ду фланца, мм
|
100
|
200
|
250
|
320
|
400
|
500
|
|
Скорость откачки, л/сек
|
|
По азоту
|
370
|
1500
|
2200
|
3000
|
6000
|
10 000
|
|
По парам воды
|
1100
|
4000
|
6500
|
9000
|
16000
|
31500
|
|
По водороду
|
370
|
2500
|
3200
|
5000
|
5000
|
15000
|
|
По аргону
|
310
|
1200
|
1800
|
2500
|
5000
|
8400
|
|
Емкость по Аргону, ст. л.
|
210
|
1000
|
1000
|
2000
|
2500
|
5700
|
|
Емкость по Водороду, ст. л.
|
3
|
17
|
16
|
24
|
15
|
46
|
|
Время захолаживания, мин. (при 50 Гц)
|
90
|
110
|
120
|
120
|
180
|
150
|
Криогенные вакуумные
насосы Oxford Instrument (Англия)
|
Модель крионасоса
|
Cryo-Plex 8LP
|
Cryo-Plex 8
|
Cryo-Plex 10
|
Cryo-Plex 16
|
|
Скорость откачки (л/с):
|
|
По парам воды
|
4000
|
4000
|
9000
|
16000
|
|
По воздуху
|
1500
|
1500
|
3000
|
5000
|
|
По водороду
|
2200
|
2500
|
5000
|
5000
|
|
По аргону
|
1200
|
1200
|
2500
|
4200
|
|
Производительность при 5x10-6 Torr (ст. л/мин):
|
|
По водороду
|
12
|
18
|
24
|
15
|
|
По аргону
|
1000
|
1000
|
2000
|
2500
|
|
Максимальная газовая нагрузка:
|
|
По аргону (ст. л/мин)
|
700
|
700
|
1,500
|
500
|
|
Время охлаждения
|
90 мин
|
90 мин
|
60 мин
|
150 мин
|
|
Габариты:
|
|
Высота (мм)
|
179
|
526
|
607
|
|
Масса (кг)
|
20
|
21
|
39
|
72
|
|
Входной фланец
|
ANSI/ISO/CF DN200
|
ANSI/ISO/CF DN200
|
ANSI/ISO/CF DN320
|
ISO/CVC DN400
|
Проницаемость
Проникновение газа сквозь стенки
сосуда является следствием растворения и диффузии газа, описываемых
уравнениями:
(Коэффициент диффузии газа
экспоненциально зависит от температуры материала)
(где u = 1, 1/2, 1/3,… в зависимости
от количества атомов в молекуле.)
Количество газа, протекающего через
1 см2 поверхности стенки единичной толщины в течение 1 с, т.е.
удельный поток I1, зависит от коэффициента диффузии D, коэффициента
растворимости r и от давлений по обе стороны стенки. Зависимость потока от
давления более сложна, чем в случае течения свободного газа.
При растворении происходит
диссоциация газа, зависящая от количества атомов в молекуле. В связи с этим
поток газа сквозь стенку пропорционален разности давлений в степени u, т.е. рu2-pu1
- причем здесь верны те же критерии, что и при растворении.
Если внутри вакуумной системы
давление низкое, а снаружи атмосферное, то диффузия со стороны атмосферы
растворяющегося в стенках газа может привести к проникновению некоторых
атмосферных газов внутрь вакуумной системы. Это натекание газа может быть
количественно определено некоторым потоком натекания.
Установившееся течение. Предположим, что по одну сторону стенки площадью 1 см2
и толщиной L имеется давление р1 а по другую - давление p2. Согласно уравнению
(3.54), объемные концентрации газа на обеих поверхностях будут соответственно
Показатель степени и может иметь
значение 1, 1/2 и т.д. в зависимости от свойств газа и характеристик материала
стенки. При p2> p1 диффузия происходит от поверхности 2 к поверхности 1.
Поток, соответствующий этой диффузии, находится из закона Фика:
Уравнение (3 59) можно
проинтегрировать в соответствующих пределах, принимая D = const, а также I1=
const в установившемся потоке:
Подставляя выражения (3.58) для nr1
и nr2 получим
Таким образом, удельный поток I1
возрастает вместе с увеличением перепада давлений по обе стороны стенки и
уменьшается при увеличении ее толщины; он пропорционален произведению
коэффициентов диффузии и растворимости газа в материале стенки.
Произведение коэффициентов
растворимости r и диффузии D называется коэффициентом проникания:
Кривые, представленные на фиг. 3.21,
показывают зависимость коэффициента проникания от температуры для некоторых
двухатомных газов в металлах (u= 1/2), а также для некоторых одно- и
двухатомных газов в стеклах и керамиках (u = 1).
Как видно из кривых, в целом
проникновение газов через металлы больше, чем через стекло
Проницаемость органических веществ
(пластмасс, эластомеров и т.п.) относительно велика. Для большинства этих
материалов коэффициенты проникания различных газов (особенно легко ожижаемых
газов типа СО2, NН3) имеют большие значения.
В табл. 3.15 приведены значения
коэффициента проникания некоторых газов в различных металлах при комнатной
температуре.
Предположим, что масса материала
стенки равномерно насыщена газом при давлении р0, а начальная
объемная концентрация этого газа равна nr0. Когда давление над поверхностью
стенки снизится до уровня р (р<<р0), начнется десорбция с
поверхности и переход газа в объем сосуда; его место будет занимать газ,
диффундирующий из глубины материала к поверхности. Очевидно, что тут же у
поверхности (при х = 0) возникнет градиент концентрации. При этом интенсивность
газовыделения с поверхности можно описать формулой:
По мере газовыделения с поверхности
стенки изменяется пространственное и временное распределения его концентрации в
глубине материала. Такое состояние описывается вторым законом Фика:
При условии D = const это уравнение
может быть записано в виде
Решение уравнения (3.676) дает поток
газовыделения с единицы поверхности очень толстой стенки в момент т
(отсчитываемый с момента начала понижения давления):
Таким образом, I1т имеет
максимальное значение в момент т = 0 и уменьшается со временем. Теоретически
при х = 0 I1т = ∞, что означает мгновенную десорбцию поверхностного слоя
газа. Общее количество газа, истекающего с единицы поверхности за время т,
определяется интегралом
Уравнения (3.68) и (3.69)
справедливы также для случая, когда диффузия газа происходит из окружающей
среды внутрь тела, в котором имеется газ с начальной концентрацией nr0, много
меньшей концентрации окружающего воздуха. Тогда удельный поток I1 направлен
внутрь твердого тела.
3. Газовыделение с
поверхности
Предположим, что масса материала
стенки равномерно насыщена газом при давлении р0, а начальная
объемная концентрация этого газа равна nr0. Когда давление над поверхностью
стенки снизится до уровня р (р<<р0), начнется десорбция с
поверхности и переход газа в объем сосуда; его место будет занимать газ,
диффундирующий из глубины материала к поверхности. Очевидно, что тут же у
поверхности (при х = 0) возникнет градиент концентрации. При этом интенсивность
газовыделения с поверхности можно описать формулой:
По мере газовыделения с поверхности
стенки изменяется пространственное и временное распределения его концентрации в
глубине материала. Такое состояние описывается вторым законом Фика:
При условии D = const это уравнение
может быть записано в виде
Решение уравнения (3.676) дает поток
газовыделения с единицы поверхности очень толстой стенки в момент т
(отсчитываемый с момента начала понижения давления):
Таким образом, I1т имеет
максимальное значение в момент т = 0 и уменьшается со временем. Теоретически при
х = 0 I1т = ∞, что означает мгновенную десорбцию поверхностного слоя
газа. Общее количество газа, истекающего с единицы поверхности за время т,
определяется интегралом
Уравнения (3.68) и (3.69)
справедливы также для случая, когда диффузия газа происходит из окружающей
среды внутрь тела, в котором имеется газ с начальной концентрацией nr0, много
меньшей концентрации окружающего воздуха. Тогда удельный поток I1 направлен
внутрь твердого тела.
Вывод
Причиной диффузии газа в материале
стенки становится наличие градиента концентрации растворенного в стенке газа.
Однако градиент концентрации газа может быть вызван и разностью давлений на
стенках вакуумного сосуда.
Установившийся поток газа сквозь,
стенку камеры при наличии перепада давления, согласно первому закону Фика,
определяется соотношением
Интегрируя это выражение методом
разделения переменных:
где d - толщина стенки камеры, a с1
и с2 - концентрации газа на поверхностях, граничащих с вакуумом и атмосферой
соответственно. Выражая концентрации с помощью закона Генри (1.58), определим
Q:
(1.61)
где DS - так называемый коэффициент
проникания. Поскольку и D, и S экспоненциально зависят от температуры,
коэффициент проникания очень быстро возрастает с повышением температуры.
Для большинства сочетаний газ -
стенка при комнатной температуре этот эффект незначителен, за исключением
случая проникания, гелия сквозь различные стекла. Тем не менее следует
учитывать, что нагрев вакуумной камеры, используемый для поверхностного и
объемного обезгаживания стенок, может приводить к натеканию газа в вакуумную
систему вследствие его проникновения сквозь стенки.