Давление насыщенных паров в вакуумной системе
Вакуумная система (рис. 1-1) состоит обычно из насосов с рабочими жидкостями, трубопровода, соединяющего откачиваемые объекты с насосами, манометров, кранов и других деталей, в которых может находиться какой-либо источник пара. Как правило, все эти элементы вакуумной системы имеют в рабочем состоянии различные температуры: например, масло во вращательном насосе может нагреться до 50° С.
Рабочая жидкость пароструйного насоса — до температуры порядка 100—200° С; в то же время, например, в пароструйных насосах имеется холодильник, температура стенок которого соответствует примерно температуре проточной воды, т. е. может быть на несколько градусов ниже комнатной; температура трубопровода в основном соответствует комнатной температуре; откачиваемые объекты обычно подвергаются прогреву до температуры в несколько сот градусов. В определенном участке трубопровода часто помещается так называемая «ловушка» для вымораживания паров, стенки которой (после предварительной откачки и прогрева откачиваемых объектов в печи) могут быть охлаждены до температуры — 185 -е-—196° С. Какой же температурой определяется давление паров тех жидкостей и твердых веществ, которые находятся внутри вакуумной системы Чтобы правильно ориентироваться в тех практических случаях, с которыми приходится иметь дело в вакуумной технике, нужно иметь в виду следующее: если вакуумная система содержит источник пара, причем в различных ее участках имеется разная температура, то давление насыщенного пара определяется наиболее низкой температурой; при этом в пространстве, отделенном от источника пара наиболее холодной стенкой, давление насыщенного пара источника устанавливается в полном соответствии именно с температурой этой холодной стенки; в пространстве же между наиболее холодной стенкой и источником пара, пока последний не испарился полностью, происходит перегонка источника пара из более нагретого в наиболее охлажденный участок системы.
Удобно проследить за изменением давления ртутного пара на примере типовой вакуумной системы (рис. 1-1). Пока не включена проточная вода в пароструйном насосе и не охлаждаются стенки ловушки во всей системе, давление насыщенного пара ртути соответствует комнатной температуре и, например, при 20° С равняется 1,2 103 мм рт. ст.
После включения проточной воды самая низкая температура (10° С) устанавливается на стенках холодильника пароструйного насоса; в соответствии с этим понижением температуры падает и давление насыщенйых паров ртути.
Наконец, самое низкое давление ртутного пара устанавливается после охлаждения стенок ловушки, например, жидким азотом (до —196°С).
В полном соответствии с самой низкой температурой давление ртутного пара устанавливается практически только в откачиваемой лампе и части трубопровода над ловушкой, для этого обычно не требуется длительного времени, так как в этом участке вакуумной системы ртутный пар имеется лишь в небольшом количестве (в объеме и на стенках). В нижней же части системы, где размещены источники ртутного пара (пароструйный насос и компрессионный манометр), равновесное давление в короткий промежуток времени установиться не может, так как для этого необходимо, чтобы вся ртуть сконденсировалась на охлажденных стенках ловушки.
Если жидкий азот из ловушки удалить, то по мере нагревания ее стенок давление ртутного пара снова возрастетво всей системе (в соответствии с температурой самого хо-лодного участка вакуумной системы).