HPR Pump - KEK

WG5-Asia Biweekly Meeting 61st
on 29 June 2007
• Contamination problem in HPR
• Sealing test for HIP bonding
K.Saito
Contamination Problem
by HPR Plunger Pumps
K.Saito, F.Furuta and J.Hong
• Correlation between Long HPR operation and FE
in last one year
• Observation of the contamination by HPR operation
• How to cure this problem
1) Short HPR operation
2) Replace to reliable HPR pump
Document from the last one year
1
2
3
cavity
I9 #0
I9#3
IS-#4
IS-#2
Base line
I9#2
Base line
IS-#4
IS-#7
IS-#3
IS-#2
Base line
IS-#6
IS-#5
USLG
EP date
2006/7/6
2006/7/13
2006/7/26
2006/7/28
2006/8/9
2006/8/24
2006/8/28
2006/9/1
2006/9/6
2006/9/7
2006/9/8
2006/9/13
2006/9/20
2006/9/29
2006/9/29
status
leak @ 4.2K
cold leak
quench
FE
quench
quench
quench
quench
quench-FE
quench
quench
quench
[email protected]
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
comment
human error/cavity/nozzle?
human error/cavity/nozzle?
TOC ave. Bacteria ave.
N
N
9
1
6
1
1-0
N
8
6
6
8
0
2
1
1
5
6
5
0
2
1
Pump(OLD 790C) was OK.
単セル空洞では現状技術レベルで、連続4~5回の処理の間に
field emission(FE)が発生することはそれほどない。
4
5
6
7
8
9
Base line
USLG
I9#1
USLG
Base line
I9#1
Base line
USLG
IS-#8
IS-#2
Ch#1
Base line
2006/10/3
2006/10/6
FE
2006/10/11
FE
2006/10/13
FE
2006/10/17
2006/10/26
FE
2006/10/31
2006/11/6
quench
2006/11/9
quench
2006/11/10 quench+slope
2006/11/10 FE, cable trouble
2006/11/14
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
Base line
2006/11/24
2006/11/28
N
I9#1
Ch#1
Ch#2
2006/12/1
2006/12/4
2006/12/5
N
N
N
Base line
USLG
Ch#3
Ch#1
IS-#6
IS-#2
Base line
2006/12/12
2006/12/12
2006/12/15
2006/12/18
2006/12/19
2006/12/22
2006/12/25
2007/1/10
2007/1/15
FE
FE
quench
quench+FE
quench
quench+FE
quench
N
N
N
N
N
N
N
conaminated?
5
contamination/nozzle ?
5
1
N
5
N
contaminated/nozzle?
contaminated/nozzle?
8
5
5
5
0
0
0
0
5
1
5
1
5
5
5
1
1
2
Pump was broken,
HPR pressure test 40kg/cm^2
New pump was installed on 11/24
HPR 2hr + 10hr +4hr
for STF install HPR 1hr+7hr
contaminated?
Ethylen-glycol, Silicon grease
New filter (replace 12/12,
flashing 3hrs)
HPR 2hr + 10hr +4hr
contamination/nozzle ?
contaminated?/nozzle ?
HPR 2hr + 10hr +4hr
New filter (replace 1/15, flashing 3hrs)
10
11
12
IS-#6
Base line
IS-#3
IS-#4
IS-#5
IS-#6
IS-#7
Base line
IS-#5
IS-#6
IS-#2
I9#0, #3
IS-#3
IS-#4
IS-#7
IS-#2
IS-#4
IS-#6
IS-#2
IS-#4
IS-#7
IS-#3
IS-#5
IS-#8
IS-#2
IS-#3
IS-#6
IS-#7
I9#5
2007/1/17
2007/1/22
2007/1/29
2007/1/30
2007/1/31
2007/2/1
2007/2/9
2007/2/14
2007/2/19
2007/2/20
2007/2/21
2007/2/23
2007/3/1
2007/3/2
2007/3/5
2007/3/6
2007/3/16
2007/3/20
2007/3/23
2007/3/26
2007/3/27
2007/3/28
2007/4/2
2007/4/3
2007/4/5
2007/4/13
2007/4/17
2007/4/19
2007/5/1
2007/5/2
2007/5/8
2007/5/11
quench
FE
FE
FE
FE
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
quench
FE
FE
quench
FE
quench
quench
Q-FE
FE
FE
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
quench
quench
FE
N
N
N
quench
quench
FE
quench
quench
FE
quench
quench
5
2
5
5
5
7
5
2
1
1
0
0
7
5
4
0
0
0
5
6
5
5
0
0
0
0
32
6
0
7
5
5
4
4
5
5
0
0
0
0
0
0
0
5
5
5
0
1
1
HRR 2hrs + 10hr + 4hr
human error/nozzle ?
HPR 2hr + 10hr ; 4hr
contamination/nozzle ?
CP+HPR, total 4hrs
Contaminated
Comtaminated
Contaminated
Contaminated
New filter (replace 3/16, flashing 3hrs)
contaminated/nozzle?
contaminated/nozzle?
contaminated/nozzle?
contaminated?
contaminated?
contaminated?
New filter (replace 4/19)
comtamination observed,
Replaced to old pump
HPR 4hrs
長時間連続HPR運転で起こると思われる問題
1) ピストンのO-リングの磨耗等が原因でおこる汚染
Field Emissionが発生する!
汚染が軽い場合、quenchの
後FEになる。
実例: 長時間HPR運転で汚染されたHPR最終フィルター(KEK)
2) HPRノズルの磨耗
長時間運転時の
運転のdamageが
遅れて発生する
可能性あり。
実例: 長時間HPR運転によるノズルの磨耗(KEK)
HPR Nozzleの問題を忘れてはならない!
症例と頻度
9-Cell HPR ( > 4hr?)直後のsingle cell cavityの処理で
“NO FE”
5
9-Cell HPR ( > 4hr?)直後のsingle cell cavityの処理で
“FE”発生
6
9-Cell HPR ( > 4hr?)後、single cell cavityの処理2~4
回目までNO FE
0
9-Cell HPR ( > 4hr?)後、single cell cavityの処理2~4
回目まに“FE”発生
“遅れ発症”
直接の汚染なし!
汚染を起こした!
汚染なし!
Damageの影響が遅れて発
生!
11
例:ノズルの磨耗、
フィルターの目詰り
“遅れ発症”を含めれば、9-Cell空洞の長時間HPR使用後に、
Field Emissionが発生する確率は 100%
結論: FEの発生原因として長時間HPRは黒!(?)
S0 studyのためにはHPRの汚染問題の解決が先決。
Observation of the contamination
by HPR operation
HPR System
超純水
装置
ノズル
高圧ポンプ
10 l/min
最終フィルター
0.22μm
ここの汚れ状態を観察する
フィルター
空洞側
HPR system @ STF
Pump HD 895C
UPW
Nozzle
Pump
Pump
Gauge
Nozzle
Final
filter
PW
KÄRCHER HPR Pump
STF HPR pump
HD 895S
半導体、超純水使用ではない。
Nomura HPR pump
(new)
HDS 8/14C
KEKの初代のダイヤフラムポンプより
相当安い。
単セル空洞の経験で、9-セル空洞でも
ゴミの発生問題は最終フィルターで解決
できると思っていた。
Seal, Silicon grease
ゴミの発生原因
Plunger Pump
STF HPR final filter(0.22μm) check (KÄRCHER HD 895S)
By F.Furuta
Set final filter after 17 hrs idling operation without filter.
Pump on 1hr
1st
Disassemble
took picture
Pump on 1hr
2nd
Pump on 1hr
3rd
Pump on 1hr
4th
Pump on 1hr
5th
Disassemble
took picture
Disassemble
took picture
Disassemble
took picture
Disassemble
took picture
Contaminated
Contaminated
Pump on 15.5hr
Without filter
Disassemble
Set filter
Contaminated
Pump on 1hr
6th
Contaminated
Contaminated
Pump on 19.5hr
Without filter
Disassemble
took picture
とんでもない
汚染
Pump pressure became
unstable at over 6.5MPa
Contamination during HPR operation @ Nomura Plating
Intermittent operation
After 1hr x 5 times
Similar as 1hr x3 times
Before HPR Use
After 1hr operation
Almost no contamination
Filter housing
Before HPR Use
After 1hr x 3 operations
After 1hr x 5 operations
Black “grain” contaminations Black “grain” contaminations
appear
appear
After 1hr x 3 operations Black “grain”
Contaminations appear
After 1hr x 5 operations
Black “fine” contaminations
appear
Conclusion: Contamination from HPR pump is observed after than 1hr x 3 times operation.
Continuous long operation
Conclusion: Black fine contamination already starts
at a 2 hr continuous operation.
After 2hr operation
Black fine contamination starts
After 5hr operation
Black fine contamination
HPRポンプからの汚染観察
結論1:STF用に購入したケルヒャーの高圧ポンプ
HD 895Sは1時間の運転でも汚染が観察されるので
使用不適である。製品によるばらつきがあるようだ。
結論2:連続運転は間欠運転よりも汚染を発生し易い。
鹿沼のポンプは2時間以上の連続運転で汚染が
発生する。但し、これはフィルターの給水側なので
空洞の汚染にはもう少し時間がかかる。
ここの汚れ状態を見ている
空洞側
TOC Measurement of STF HPR System
20
60
TOC @ STF HPR inlet
TOC @ HPR pump outlet
50
15
40
10
TOC Monitor
Cleaning
30
20 ~ 30 ppb
5 ~ 10 ppb
20
5
10
Startup ~ 70min
Startup ~ 100 min
0
24:12:53:20
0
24:18:26:40
25:00:00:00
25:05:33:20
Time [ D:H:M:S ]
25:11:06:40
25:16:40:00
23:17:26:40
23:20:13:20
23:23:00:00
24:01:46:40
24:04:33:20
24:07:20:00
Time [ D:H:M:S]
24:10:06:40
24:12:53:20
24:15:40:00
How to cure this problem?
1) Short HPR (~1hr) for 9-cell cavity ?
2) Replace to a reliable pump
Single Cell CavityによるShort HPRの試験
9-cell cavity length ~ 1400 mm
Single cell cavity ~ 350 mm, 9-cell cell : single cell cavity = 4 : 1
Nozzle size
0.5mm
ノズル穴水平2箇所の場合且つ、
one passとする。
Vv
上
下 15分
Vv=350/15=23mm/min
回転速度:(:350/0.5)/15=46.7
2 holesとすると 46.7/2~23rpm
下降速度:23mm/min
回転速度:23rpm
Preliminary Result of the Short HPR Study
10
By J.Hong
11
10
11
ISE#2: Theoretical Emax = 40MV/m
ISE#3 Theoretical Emax=45MV/m
Qo
10
Qo
10
10
10
10
9
10
9
Qo ISE#3 7th: + Deagreasing+HPR(15min)@KEK
Qo 6th: +Degresed+HPR 15min @ KEK
Qo 5th: Degresed+HPR 15 min @ KEK
Qo 4th: Reference, 2007 Jan 23
Qo ISE#3 6th: +Degreasing+HPR(15min)@KEK
Qo ISE#3 4th: HPR(1hr) @ KEK
Qo ISE#3 2nd: CBP+EP(40)+Degreasing+HPR(1hr) @ Nomura+Bake
10
8
0
10
20
30
Eacc [MV/m]
40
50
10
8
0
10
20
30
Eacc [MV/m]
EP後、degreaseした面については有望!
40
50
Replace to a reliable pump
Plunger Pump
Seal, Silicon grease
チャッキ弁
Piston
Diaphragm Pump
チャッキ弁
Oil
膜
Piston
オイルの汚染に注意!
Diaphragmの定期更新が重要!
DESYのHPR Pump (LEWA製)
Diaphragm Pump Makers
メカー
実績
代理店
600万円
4ヶ月
問題なし
金属
200万円
2.5ヶ月
問題なし
半導体メカーへ
の納入実績あり
テフロン/バイトン
125万円
1.5ヶ月
(株)サンコー
DESY/
JLAB(production
cavity)
テフロン
372万円
3ヶ月
帝国電気
KEK
イワキ
?
LEWA
(Germany)
消費税含ます。
据付工事費別。
テフロン
日機装
Hydra-Cell
(USA)
ダイヤフラム材質
コスト・納期
(株)サンコーのカタログより
Hydra-Cell G15X
仕様 10L/min. x 10MPa, Diaphragm Viton-XT
を選定したい。
見積125万円、納期1.5ヶ月。
オイルを使用!要注意
もし、Diaphramをテフロンを選ぶと
圧が70kg/cm2までしか上がらない。
Viton Diaphragmでは寿命5000時間
テフロンでは3000時間
半導体企業から、
Vitonでゴミの問題は報告されていない。
連続運転問題なし。24時間運転している。
New HIP rings
No.1
No.2
No.3
No.4
Nb/Cu/SUS He Base Plate 2K test (案)
TIG
SUS316L
SUS316L
EBW
HIP bonding
Nb
Cu
Nb