采用离子阱或冷凝挡油阱防止抽气系统的返油
采用离子阱
离子阱的结构原理如图21所示,一般将离子阱安装在油封机械真空泵的入口管路上。离子阱是利用冷阴极磁场约束气体放电的原理,在一个水冷圆柱状阴极筒的中心插入一根棒状阳极(Ua=3kV),由一环状永久磁铁提供一个轴向磁场。离子阱工作在10～10-2Pa压力范围内,如果放电强度足够大,当油蒸气分子穿过放电空间时,将被电子和离子轰击打成碎片。然后在电极表面上聚合生成高分子量的碳氢固态膜。
( a) 横截面的电子轨迹(b)结构示意图
图21 离子阱原理示意图
图22示出一种带水冷挡板的离子阱原理图。阱由阳极、阴极、水冷板及磁钢组成。阳极接3kV正高压,阴极是阱壳体(接地)磁钢装在壳体外面,水冷板处于壳体内部,对着机械泵的抽气口。
图22 带水冷挡板离子阱原理图
机械泵工作时,返流的油蒸气碰到阱内的水冷板后,被反射到阱的壳体壁上。由于阳极与阴极之间有3kV的直流正高压,电极之间可以产生气体放电,放电形成的电子在由阱外部磁钢产生的磁场的引导下进行螺旋形运动,使被抽气体更为有效地电离。电离产生的离子在电场作用下,打到阴极(壳体壁)上,把已沉积在壳体壁上的油分子轰击成碎片,并产生聚合物吸附在阱的内壁上。
离子阱的挡油效率可达99%,这种阱使用维护简单,但结构比较复杂。
设置冷凝挡油阱
在系统的前级管路上设置低温冷凝阱捕获机械泵返流的油蒸汽分子,低温冷凝阱的挡油率因冷阱的几何形状而异。对于低流导的液氮阱,挡油率甚至可达到99.9%。但半导体致冷冷阱,对机械泵油分解的轻馏份(如CH2等)均无效。
a.液氮挡油阱
液氮冷阱捕获油蒸气的原理与扩散泵冷相同,也是利用低温表面来捕获油蒸气的。这种阱可以使返油率降低97%。但是要经常补给液氮,否则当液面降低后, 阱的温度升高,已捕获的油分子又会释放出来。鉴于这种原因,工程上使用不多。
b.半导体致冷挡油阱
这种阱致冷原理与半导体温差制冷障板相同。如果阱的温度为-40℃,可以使返油率降低75%,可见挡油效果不如上述各类冷阱。但这种冷阱操作方便,清除油蒸气分子容易,只要将制冷元件反向接通,冷端会变为热端,把吸附的油蒸气清除。
