Тема: Стенд для заправки CO2

[Bobo]

Добрый день!

Сейчас выдумываю стенд для заправки СО2 лазеров.
Какие задачи на нем хочу решать - разработка лазеров, ну может заправка небольшой серии своих же изделий. Т.е. на его производительность в разумных пределах наплевать.
По параметрам - давление в заправляемом объеме от 20-30 торр до 1 атм. Соответственно давление отдельной составляющей может быть ниже 1 торр. Газы - CO2, He, N2, Xe итд...

Примерно набросал, то как я вижу такой стенд, очень хочу услышать критику.
Все элементы пока планирую из нержавейки. Если подскажите где можно удешевить буду признателен, и так постарался снизить кол-во дорогих элементов.
Поскольку требуется прецизионно смешивать газы и установить точное давление в лазере решил использовать трехкаскадное понижение давления сначала двухступенчатым редуктором из баллона(десятки атмосфер) понижается до 1 -1,5 атм, а затем вакуумным натекателем подается уже в лазер. 1-1,5 выбрал из соображения что для многих натекателей предел на входе 2 атм.
В качестве высоковакуумного насоса пока думаю поставить что то типа Н-0.025-2 паромасляного(есть один с хранения в пленке), бюджет не бесконечен, новые импортные пока не потяну, но в перспективе наверное поставлю. Что думаете про этот насос для моих задач? Наверняка у кого то есть опыт его эксплуатации/ремонта.

Как я вижу принцип работы.

Откачка лазера.

Все баллоны подключены, присоединен лазер, все краны закрыты(начало работы)
«Откачка» переключен на лазер
Открываем «Байпас ПМН» и включаем вакуумный насос
доводим до требуемого для паромаслянного, закрываем «Байпас ПМН»
Открываем «Вых ПМН» и «Вх ПМН», включаем паромаслянный насос.
Полностью откачиваем лазер.
Переключаем «Откачка» на краны «ОЧ1» и«ОЧ2».

Очистка напускного тракта

Закрываем «Вых ПМН» и «Вх ПМН», выключаем ПМН, Открываем «Байпас ПМН».
При закрытом «Газ подача», открываем краны «ОЧ1» и «ОЧ2», полностью открываем натекатель.
Откачиваем обоими обоими насосами, как описано выше, тракт от кранов  «B 1...4» до «ГАЗ подача».
Т.е. очищаем редуктор натекатель итд…
После очистки закрываем «ОЧ1» и«ОЧ2» и натекатель.
Открываем кран «B 1...4» с требуемым газом.
Открываем «Газ подача», потихоньку открываем редуктор и натекатель, доводим до нужного давления конкретного газа.
Закрываем кран «B 1...4», «ГАЗ подача», полностью открываем натекатель.
Далее как описано выше очищаем напускной тракт.
И далее таким же способом последовательно закачиваю каждую составляющую газа в лазер

Аналогично можно очищать весь тракт до баллона при его замене.
Также можно заправить баллон с конкретной смесью, и ей же потом заправлять.
Я сомневаюсь, что нужен в принципе кран «Газ подача», его функцию может выполнять натекатель. Но меня смущает что он будет под длительным влиянием атмосферы когда установка не используется.

В общем выскажите свое мнение по поводу такой схемы пожалуйста!
Заранее благодарен!

[Gall]

Добрый день!

Схема выглядит неплохо. Но надо предусмотреть контроль полного закрытия баллонов и блокировку от дурака, чтобы не открыть два баллона сразу и не нагнать газ в чужой баллон. Возможно, переставлять трубу со штуцера на штуцер будет безопаснее. Или расходомеров побольше поставьте, чтобы сразу видеть, если что-то где-то не закрыто. Обратные клапаны тоже не помешают.

Имейте в виду, что кусок трубы от вентиля чужого баллона продуть не удастся. Там будет застаиваться чужой газ. Если вентили стоят не совсем вплотную, то см. выше, лучше переносить трубу.

Насос подойдет. В принципе любой насос подойдет. Кстати, поищите на eBay б/у турбомолекулярные, только смотрите, чтобы подшипники не были битыми. Иногда их удается купить совсем дешево. В паромасляном насосе главное не то, какой насос, а то, какое масло налили. Минеральное - так себе. Силикон DC-704 - хорошо. DC-705 - вообще хорошо.

Механический манометр, если он стрелочный, а не автоматическое реле, можно в принципе не ставить. По звуку насоса все и так прекрасно слышно. Термопарные - если ставите ПМТ-2 стеклянные и старый ВИТ-2, то нормально, а если что-то более современное - посмотрите еще на MKS 901P, в США сейчас есть продавец, который продает их б/у по 50 долларов за 2 штуки + доставка. Это Пирани, меряют от атмосферы до -5-й и имеют выход по напряжению + RS232 + программируемые реле, срабатывающие при заданных давлениях, и все это в малюсенькой штучке на фланец KF16. Очень приятная вещь, рекомендую. Иногда можно даже обойтись без ионизационного вакуумметра, одним Пирани.

И предусмотрите фланец, чтобы потом добавлять в вакуумную систему новое оборудование. Возможно, захотите ионизационный вакуумметр или даже масс-спектрометрический анализатор остаточных газов. Возможно, найдете на том же eBay по дешевке. Лучше сейчас сделать лишнюю дырку с заглушкой, чем потом маяться. Кстати, вакуумную систему лучше всего собирать на стандарте KF и ISO-K, детали к ним недорого делают китайцы, плюс очень много б/у всяких там Leybold. Но на крайняк и медные водопроводные трубы на пайке и водопроводные же (а лучше газовые, желтые) краны неплохо работают.

[Bobo]

Огромное спасибо, за развернутый ответ!

Имейте в виду, что кусок трубы от вентиля чужого баллона продуть не удастся. Там будет застаиваться чужой газ. Если вентили стоят не совсем вплотную, то см.

выше, лучше переносить трубу.

Вот тут к сожалению не понял о каком именно куске идет речь, уточните пожалуйста если не сложно.

Кстати, вакуумную систему лучше всего собирать на стандарте KF и ISO-K, детали к ним недорого делают китайцы, плюс очень много б/у всяких там Leybold. Но на

крайняк и медные водопроводные трубы на пайке и водопроводные же (а лучше газовые, желтые) краны неплохо работают.

Вот кстати можете мне доходчиво объяснить, а нужна ли мне вообще нержавейка? Да медь набирает в себя диффузно больше всякого, но ведь перед заправкой я все откачиваю, даже если я держал систему в простое под вакуумом к примеру неделю/месяц - что то из меди повыползало - летает, я это ведь все откачаю, да еще и с промывкой тем же гелием перед основной заправкой. Сама заправка ведь длиться не долго и при комнатной температуре к примеру за час, много ли из меди продиффундирует в объем?
Просто когда читаешь в статьях сравнение нержи и меди - да для научных целей где хорошая чистота и/или вакуум должен оставаться длительное время в замкнутой системе, там конечно медь много хуже. Но у меня ведь режим с малым временем так сказать "работы".

В догонку))) Читал что при сваривании нержавейки для вакуумных дел, применяются всякие хитрые способы, если сваривать просто грубо говоря на атмосферном воздухе, шов будет грязным и газящим. Насколько для меня это критично, доступа к спец сварке у меня нет, но качественную общепромышленную производственную сварку могу произвести.

 Выскажите свое мнение пожалуйста по выше описанному, если не сложно.

Можете подсказать марку сталей какие именно самые подходящие трубы из "желтых газовых"? И краны соответственно. На что опереться?

Еще вопрос - просмотрел много запорной арматуры, понял что она подразделяется на высокого давления(с приемлимой стоимостью), и на вакуумную(очень дорогую), у меня половине тракта будет как вакуум так и высокое давление.... что мне делать?)))) если посчитать все по уму, т.е. все на нерже, с фирменными фланцами и запорной арматурой итд..., ценник уже набегает неплохой))

Это мой первый стенд, думаю разумнее сделать дешевле(т.е. использовать дорогие элементы только там где без них никак, к примеру натекатель), набраться опыта, ну а дальше уже на "максималке".

[Gall]

У вас на входе есть коллектор, к которому подключены несколько вентилей от разных баллонов. Этот коллектор будет достаточно длинный, и, допустим, если вы используете вентиль B1, то часть трубы около B4 будет представлять собой тупик, в котором будет застаиваться какой-то газ, который там был раньше. Полностью выгнать его в насос будет трудно.

Бюджетный вариант системы можно сделать так. Берите обычную неотожженную водопроводную медную трубу и спаивайте твердым (медным, не оловянным) припоем. Так медь паяют газовщики, можете посмотреть их технологию. Полученная труба будет термостойкой: ее можно будет греть до пары сотен градусов без проблем, и от набранной грязи вы сможете ее просто прожечь. Снаружи обмотать стеклотканью и нихромом, подать ток - и все. В принципе можно использовать все те же компоненты, которые берут на газ для газовых плит. Для сверхвысокого вакуума они не годятся, но у вас же в трубе в основном газы, давления довольно большие. Надо будет только раз в месяц или около того проводить обезгаживание нагревом. Если заблаговременно все прокачаете, да еще и прокалите, ничего существенного оттуда не полетит.

Критичную часть около самого лазера лучше сделать из нержавейки, но тоже можно использовать водопроводную. Для любителей понтоваться есть водопроводные трубы и фитинги из нержи, собирайте из них на газовом ФУМе, будет вполне адекватно. Гуглить "водопровод нержавейка". Их стандартные фитинги - под обжим, но есть и с резьбой. Нам лучше с резьбой, а если под обжим - то те фитинги, которые предназначены для газа, а не для воды. И есть китайские компоненты KF16 и KF25, в том числе с переходами на резьбу. За дорогими фирменными компонентами не гонитесь. Китайцы делают вполне адекватную запорную арматуру:
Игольчатый:
https://aliexpress.ru/item/32891597702.html
Вакуумный для более критичных мест:
https://aliexpress.ru/item/4000656364396.html
И просто фитинги на KF:
https://aliexpress.ru/item/1711647977.html
ну и обычные шаровые краны из нержавейки, конечно, тоже. С ручкой желтого цвета - для газа, они лучше подходят. Вообще 90% системы можно собрать из ближайшего магазина сантехники.

Если зачем-то придется варить нержавейку, то вариант один - TIG-сварка, аргон. Не проблема, но и не просто полуавтоматом.

И еще. Ищите вакуумные детали на eBay б/у. Там иногда за 10 долларов удается купить вентиль, который новый стоит 100. В хорошем состоянии, максимум прокладки поменять. Вакуумные детали отличаются тем, что не газят.

Нержавейку используют вот почему. Для вакуума нет хуже, чем ржавчина или толстые слои окислов. Это ОЧЕНЬ сильно портит вакуум. Встречаются вакуумные детали из алюминия и обычной (ржавеющей) стали, но в критичных местах почти везде стоит 304-я нержа. Алюминий не любят за его способность при комнатной температуре отжигать механические напряжения, из-за чего со временем под нагрузкой он может "потечь". А те сплавы, которые получше, часто содержат цинк. Цинк в вакууме - табу: он сильно испаряется. Поэтому латунные фитинги применять в вакуумной части нежелательно. Под пайку используйте бронзу или чистую медь. И не берите оцинкованные трубы. Просто сталь можно, оцинковку - нельзя. Но просто сталь наверняка на складе слегка заржавела, и ее придется очень муторно чистить.

[Bobo]

Огромное человеческое спасибо за столь масштабное просвещение!! Своими результатами обязательно поделюсь!

Ещё небольшой вопрос по вакууму, никак не могу найти подробно разобранные промышленные примеры(с указанием материалов, допусков, давлений там итд) держателей выходных зеркал с юстировочные узлом. Необходимо с двух сторон лазерной кюветы(АЭ), установить пластинки с брюстером, и их нужно соответственно юстировать. Снаружи кюветы соответственно атмосфера. Ткните пожалуйста носом где разобрана методика/технология создания таких узлов.

[Gall]

Не за что!

Подробного разбора не видел нигде, но видел конструкции.

Если нужна небольшая точность (для Брюстера сойдет), достаточно заранее выставить (отшлифовать) нужный угол перед склейкой. Склейка - вакуумными компаундами или цементами (идти в каталоги фирм, что достанете). Более высокую точность можно получить, если юстировать окна на скамье, а потом уже отъюстированные клеить или припаивать. Если клеить, то просто выставляете угол, пока клей не затвердел до конца. Если паять, то сначала крепите окна к двум патрубкам, потом патрубки фиксируете во вращателе и спаиваете трубки, сохраняя угол. Уточнять юстировку можно, если стекло слегка прогреть (размягчить) и трубку гнуть.

В гелий-неоновых лазерах часто встречается другой способ. Там нужна более точная юстировка, и там нет окон Брюстера, а зеркала сразу на трубку и приклеены. Тогда зеркало крепится не прямо к стеклу, а через кусочек металлической трубки, подгибом которой и достигается юстировка.