低溫泵抽氣原理

在低溫泵內(nèi)設(shè)有由液氦或制冷機(jī)冷卻到極低溫度的冷板。它使氣體凝結(jié)，并保持凝結(jié)物的蒸汽壓力低于泵的極限壓力，從而達(dá)到抽氣作用。低溫抽氣的主要作用是低溫冷凝、低溫吸附和低溫捕集。①低溫冷凝：氣體分子冷凝在冷板表面上或冷凝在已冷凝的氣體層上，其平衡壓力基本上等于冷凝物的蒸氣壓。抽空氣時(shí)，冷板溫度必須低于 25K；抽氫時(shí)，冷板溫度更低。低溫冷凝抽氣冷凝層厚度可達(dá)10毫米左右。②低溫吸附：氣體分子以一個(gè)單分子層厚 (

一般說(shuō)來(lái)，泵的極限壓力就是冷板溫度下的被冷凝氣體的蒸氣壓力。溫度為120K時(shí)，水的蒸氣壓已低于

低溫泵分為注入式液氦低溫泵和閉路循環(huán)氣氦制冷機(jī)低溫泵兩種。

注入式液氦低溫泵

主要由液氦容器、泵體和連接擋板的液氮腔體等部分組成。為了減少液氦消耗，液氦容器的外壁采用雙層保溫壁并在其間抽成真空。當(dāng)泵被預(yù)抽到

閉路循環(huán)氣氦制冷機(jī)低溫泵

它是70年代出現(xiàn)的新型低溫泵。這種泵不消耗氦氣、操作簡(jiǎn)便，易于維修，應(yīng)用日漸廣泛。制冷機(jī)的制冷介質(zhì)為氣氦，一級(jí)冷板溫度為50～100K，典型應(yīng)用是65K,用來(lái)冷凝水蒸汽和預(yù)冷其他氣體;二級(jí)冷板溫度為10～20K，用來(lái)冷凝氮、氧和氬等氣體。在二級(jí)冷板的內(nèi)表面涂以活性炭?；钚蕴吭诘蜏叵聦?duì)氦、氖和氫有很強(qiáng)的吸附能力。冷板由無(wú)氧銅制成，表面拋光達(dá)到鏡面程度，以減小輻射系數(shù)。泵的極限壓力為

低溫泵的熱負(fù)載主要是氣體的凝結(jié)熱和周圍壁面對(duì)工作冷板的輻射熱。凝結(jié)熱與氣體種類有關(guān)，對(duì)于 80K、133.322帕·升的氮?dú)饫淠?0K冷板上的凝結(jié)熱為0.3～0.6焦耳。工作冷板接受的輻射熱與周圍壁面板溫度和工作冷板溫度兩者的4次方之差成正比。因此，4.2K和20K工作冷板均用50～100K的冷板來(lái)屏蔽，以減少工作冷板所接受的輻射熱。

立式結(jié)構(gòu)：適于埋裝在地下，不會(huì)受電動(dòng)機(jī)熱風(fēng)、空氣溫度和日照等影響，易于保冷；能降低泵的吸上高度，增加灌注頭，提高有效汽蝕余量；立式結(jié)構(gòu)還有利于排氣，使懸掛軸有足夠高度便于布置軸封裝置，故該泵也稱為立式筒型泵。

對(duì)稱結(jié)構(gòu)：泵的總體結(jié)構(gòu)力求對(duì)稱布置，以便在冷態(tài)下能均勻變形。冷頭一般采用二級(jí)機(jī)構(gòu)，第一級(jí)達(dá)到80K,第二級(jí)達(dá)到溫度10K。

雙層殼體：為了保冷方便和有利于輸送危險(xiǎn)介質(zhì)，通常都制成雙層殼體，內(nèi)殼里面承受泵壓，內(nèi)外殼之間是吸入壓力，這樣可適當(dāng)降低內(nèi)殼的強(qiáng)度要求。外殼需做成真空夾層，已達(dá)到隔熱效果。

(1)低溫泵在獲取潔凈和無(wú)油真空方面，具有其他產(chǎn)品無(wú)法相比的優(yōu)勢(shì)。它可以作為研究其他真空泵對(duì)真空污染程度的標(biāo)準(zhǔn)；

(2)低溫泵在抽除水蒸汽和其他潮濕混合氣方面具有較大抽速；

(3)低溫泵在抽取輕重量分子方面也具有較大抽速；

(4)在要求大抽速的真空設(shè)備中，低溫泵是最經(jīng)濟(jì)的。商品化的低溫泵可以在很小的口徑下提供大的抽速

(5)低溫泵是基于低溫吸附而工作的，不需要其他電子材料，不會(huì)有波動(dòng)；

(6)在真空中無(wú)任何運(yùn)動(dòng)部件，高穩(wěn)定性，也不會(huì)帶來(lái)密封問題；

(7)低溫泵的安裝無(wú)任何方向要求；

(8)低溫泵還可以進(jìn)行選擇性的抽取某種氣體。

吸附材料對(duì)低溫泵的工作性能具有較大的影響。單從真空獲得方面來(lái)說(shuō)，一臺(tái)無(wú)任何吸附劑的低溫泵或許也可以滿足要求。但是，一般情況下低溫泵是依靠液氦或制冷機(jī)而獲得低溫的，其最低溫度能達(dá)到4 K。而此時(shí)又需要低溫泵抽除氦氣，因?yàn)檎婵諜z漏會(huì)經(jīng)常用到氦氣。因此，低溫泵需要通過吸附材料來(lái)幫助其抽除氣體。另外，吸附材料在低溫下比無(wú)吸附材料的泠凝吸附可以得到更低的平衡壓力。低溫泵的工作方式是通過表面吸附而進(jìn)行的，表面積越大對(duì)低溫泵的工作性能越有利。因此，合適的吸附材料必須具有較大的比表面和吸附容量。對(duì)吸附材料進(jìn)行表征的物理量主要有：幾何形狀和顆粒大小分布；表面結(jié)構(gòu)；密度；比表面積；孔徑分布、孔容和平均孔徑大小等。研究低溫泵的吸附材料主要是通過以上參數(shù)的表征而進(jìn)行的 。

超低溫泵是指輸送低溫液化氣的特殊泵。主要用來(lái)輸送液態(tài)烴、液化天然氣、液氧和液氮等，溫度范圍通常在-45℃~-160℃。由于壓力、溫度的微小變化都易使液化氣氣化，并帶來(lái)吸入性能惡化或局部過冷導(dǎo)致低溫脆斷的問題，且液化氣大多易燃、易爆，故在結(jié)構(gòu)上應(yīng)給予考慮。

超低溫泵的主要特點(diǎn)是：（1)大多采用立式結(jié)構(gòu)，第一級(jí)葉輪通常裝在最底層，并低于泵的吸液口，可改善泵的氣蝕性能；軸向長(zhǎng)度較大，有利于布置密封和保冷結(jié)構(gòu)；（2）結(jié)構(gòu)對(duì)稱布置，在冷態(tài)下可均勻變形；常用雙層殼體以便保冷及保證強(qiáng)度；（3)為防止摩擦發(fā)熱引起液化氣氣化以致破壞潤(rùn)滑，下軸承在工作介質(zhì)中運(yùn)轉(zhuǎn)并用工作介質(zhì)進(jìn)行潤(rùn)滑，軸承選用合適的耐磨材料；（4）對(duì)密封要求高，大多采用雙端面機(jī)械密封;在密封室和泵體之間設(shè)緩沖室，起隔冷作用；（5)管路中盡量不設(shè)球形閥、節(jié)流孔和濾網(wǎng)等節(jié)流裝置，以免因局部壓力下降使液化氣氣化；（6)采用低溫鋼制造，結(jié)構(gòu)力求避免應(yīng)力集中；應(yīng)充分考慮低溫下組合零件的相對(duì)收縮率，以確保正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 2100433B

離心式低溫泵是利用葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使液體的壓力升高而達(dá)到輸送的目的。

離心式低溫泵是利用葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使液體的壓力升高而達(dá)到輸送的目的。其工作介質(zhì)雖然是一種沸點(diǎn)很低、極易揮發(fā)的液體，但在良好的保冷條件下，空分設(shè)備的液化氣體是一種流動(dòng)性好、并且十分清潔的流動(dòng)介質(zhì)，他的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和一般的流體相同。

泵工作時(shí)，液體被一方面隨著葉輪一起旋轉(zhuǎn)，同時(shí)又從轉(zhuǎn)動(dòng)著的葉輪里向外流。液體隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)稱為圓周運(yùn)動(dòng)，其速度稱為圓周速度，用u表示，方向與葉輪圓周切線方向一致。液體從旋轉(zhuǎn)著的葉輪向外的流動(dòng)稱為相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其速度稱為相對(duì)速度，用w表示，方向與葉片相切。液體相對(duì)于泵體的運(yùn)動(dòng)稱為絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，其速度稱為絕對(duì)速度，用v表示，絕對(duì)速度等于圓周速度和相對(duì)速度的向量和。2100433B

為發(fā)展天然氣事業(yè)，ACD低溫泵可用于LNG汽車加氣站、LNG氣化站和L-CNG加氣站建設(shè)等。2100433B