Фролов Е.С. - Вакуумная техника

ББК 31.77я2 В14 УДК 1533.5 + 621.521 (035) ПРЕДИСЛОВИЕ В 2210020000 — 539 150 — 91 038 (00-92 450 15ВЫ 5-217-01409-! © © ББК И.77я2 !ь Авторы: Е. С. Фролов, В. Е. Мннайчев, А. Т. Александрова, И. В. Автономова, К. Е. Демихов, Г. Ф. Ивановский, В. И. Куприянов, Н. К. Никулин, Ю. М. Пустовойт, И. В. Творогов, А. Б. Цейтлин Рецензент акад.

АН СССР Ю. А. Рыжов Вакуумная техника: Справочник!Е. С. Фролов, В. Е. МиВ)4 найчев, А. Т. Александрова и др.: Под общ. ред. Е. С. Фролова, В. Е. Минайчева. — М.: Машиностроение, 1992.— 480 с.: ил. 15ВВ) 5-217-01409-1 Справочник содержит основные сведения по теории вакуума, расчету, конструированию зи эксплуатации вакуумных систем и их элементов.

Приведены физико-механическне характеристики материалов, применяемых для изготовления элементов вакуумных систем. Даны примеры конструктивного выполнения вакуумной аппаратуры, методы ее сборки и отладки, правила эксплуатации. Описаны приборы для нзмереннядавлення в вакуумных системах и контроля степени их иегерметичиости. Для янженерно-техннческнх работников, занимающихся конструированием, производством и эксплуатацией вакуумных систем. Издательство «Машиностроение», 1985 Е. С. Фролов, В. Е. Мннайчев, А.

Т. Александрова н др., 1992 Развитие практически всех отраслей промышленности связано с интенсивным использованием вакуумной техники в технологических процессах нли при проведении физико-технических эксяеримеитов и испытаний. Во втором издании справочника иэ. ложеиы теоретические основы вакуумной техники, приведены основные сведения из молекулярно-кинетической теории газов. Подробно рассмотрены процессы течения в вакуумных системах и методы определения проводимости нх элементов н систем в целом, Приведены физико.механические характеристики различных материалов, используемых в вакуумной технике.

Рассмотрены особенности технологнче. ских операций (сварки, пайки н др.), применяемых в вакуумной технике. Рекомендации по конструированию вакуумных камер различного назначения и выбору конструктивных элементов можно использовать при их разработке и изготовлении. Значительное внимание в справочнике уделено изложению основ теории, методов расчета и описанию принципов действия различных вакуумных насосов — механических (поршневых, двухроторных, жидкостно-кольцевых, пластничато-роторных, плуижерных, турбомолекулярных) и немехаинческих (струйных, злектрсфизических, крио.

насосов, сорбцнониых). Прииедены технические хараитеристики вакуумных насосов различных типов отечествен- ного производства. Описаны приборы и методы измерения в вакуумных системах. Рассмотрены методы массспектрометрии и течеискании. Приведены рекомендации по испытанию вакуумных насосов различных типов и назначений. Наряду с данными по серийно выпускаемым и вновь разработанным конструктивным элементам вакуумных систем приведены характеристики изделий, которые сняты с серийного производства, ио еще долго будут нахо. диться в эксплуатации. Учитывая быстрое развитие вакуумной техники и применение новых конструкционных материалов, составители полагают целесообразным напомнить, что при создании ответственных изделий, систем н их элементов используемые справочные данные должны быть подтверждены, например экспериментальной отработкой. Включенные в справочник данные соответствуют действующим стандартам по состоянию на О!.05.9! г.

Гл. 1, 8, !5 — 17 написаны В. Е. Мниайчевым, гл. 2, 3 и п. 9.8 — совместно Е. С. Фроловым н Н. К. Никулиным, гл. 4, 5, 7 — А. Т. Александровой, гл. Б — Ю. М. Пустовойтом, п, 9,1— Е. С. Фроловым, п. 9.2 — 9.4— И. В. Автономовой, п. 9.5 — К. Е. Де. миховым, гл. 10, 1! — А. Б. Цейтлиным, гл. 12 — Г, Ф. Ивановским, гл. !3 — В. И.

Куприяновым, гл. 14— И. В. Твороговым. РАЗДЕЛ 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВАКУУ)т1НОИ ТЕХНИКИ геэмвг$ВВ и еягчгывггии Гл а в а 1. Общие сведеиии 1.1. Понятие вакуум» Вакуумом (от лат. часопш — пустота) называют состояние газа или пара при давлении ниже атмосферного. Количественной характеристикой вакуума служит абсолютное давление. Вакууму обычно соответствует область давлении ниже !Оь Па. Вакуумная техника — прикладная наука, изучавшая проблемы получения н поддепжания вакуума, проведения вакуумных измерений, а также вопросы разработки, конструирования и применения вакуумных систем и их функциональных элементов.

Разреженные газы по своим свойствам практически не отличаются от идеальных. В технике вакуум создают с помощьв вакуумных насосов различных' прин' ципов действия. Интенсивность протекания физикокимических процессов в вакууме аа. висит от соотношения между числом столкновений молекчл газа со стенками ограннчивакицего его сосуда и числом взаимных столкновений молекул, характеризующимся отношением средней длины 1с свободного пути моле. кул к характеоному (определяюшему) линейному размеру ! сосуда; зто отношение, называемое чисзгом Киудсена Кп, положено в основу условного разделения областей вакуума на следующие диапазоны. низкий, средний, высокий и сверхвысокий.

Степень вакуума в откачиваемых сосудах определяется равновесным давлением, устанавливаюшимся под действием противоположных процессов— откачки газа насосом и цоступлеинк газа в рабочий объем вследствие натекания через неплотности, а татке технологического газовыделения. Низкий гакуум характернзуегся данлением газа, при котором средняя длина свободяого пути молекул гаев значительно меньше характерного лк. нейного размера сосуда, существенного для рассматриваемого процесса (д ц 1).

Низкому вакууму обычно со. отнетствует область давлений от 1Оь до !00 Па. Средний вакуум характеризуется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул соизмерима с характерным линейным размером (ь иг О. Среднеыу вакууму обычно соответствует область давлений от 100 до О,! Па. Взмокай вакуум характеризуется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул значительно превышает характерный ляг нейный размер (А ~ О.

Высокому ва.- кууму обычно соотвегствуег область давлений от 0,1 до !О ' Па. Сггркгьиокий гакиум характеризуется давлением газа, прн котором не про исходит заметного изменения свойств поверхности, первоначально свободной от адсорбироваиного газа, за время, существенное для рабочего процесса. Сверхвысокому вакууму обычно соответствует область давлений менее 1О ' Па. 1.2. Термины и определения Основные термины. применяемые в вакуумной технике, соответствуют ГОСТ б!97 — 85 (СТ СЭВ 4751 †; СТ СЭВ 4339 — 34; СТ СЗВ 4840 — 84); ГОСТ 26790 — 85; ГОСТ 27753 — 88, Кроме того, пряведены термины, широко распространенные в технической литературе. Общие понятая Гаэ — состояние вещества, при котором движение молекул практически не ограничено межмолекулярными силами, и вещество может занимать любое доступное пространство.

В вакуумной технике втот термин широко применяют н к неконденсирующемуся газу, н к пару. Давление газа на аз ран ичшяиощую яогеркность — отношение нормальной составляющей силы, действующей со стороны газа на ограничивавшую по. верхность, к плшцадн втой поверхности. Давление г определенной вочяе газо. гого просвранстга — отношение скорасти переноса нормальной составляю. щей количества движения, которое определяется движением молекул в обоих направлениях через область на воображаемой плоскости, проходящей через рассматриваемую точку, к площади этой области (при наличии потока молекул газа указывают ориентацию плоскости по отношению к вектору этого потока). Откачка — уменьшение молекулярной концентрации газа прн помощи устройств, удаляющнх или поглощав. шнх гаэ. Время откачки — время, необходи.

мое для уменьшения данления в отка. чиваемом сосуде до определенного эна. чеиия насосом конкретного типа нли вида. Остаточный гаэ — газ, оставшийся в вакуумной системе после откачки. Предельное остаточное даглениг— наименьшее давление, которое может быть достигнуто в определенных условиях при использовании конкретных устройств для откачки.

Форгакуум — вакуум, создаваемый насосом более низкого вакуума прн последовательной работе нескольких насосов. Абсомотное дагление газа — давление газа, отсчитываемое от нулевого. Атмосферное давление — абсолютное давление атмосферы, Нормалыюг ахтолниг газа — состояние газа при нормальных условиях: давлении 10! 325 Па и температуре 273 К.

Разреженный газ — гаэ„ молекулярная концентрация которого меньше его концентрации при нормальных условиях. Парциальное давление — давление определенного компонента газовой смеси. Полное давление — сумма парциальиых давлений компонентов газовой смеси, Количвююо газа — произведение объема, занимаемого газом, на его давление. Пар — газ, температура которого ниже коитической (газ, который можно перевести в конденсированную фазу только повышением давления).

Нагеацгнный нар — пар, находя- щийся в термодинамическом равнове. сии с одной ив конденсированных фаз рассматриваемого вещества прн дан- ной температуре. Ненасыщенный аар — пар, давле- ние кетового меньше давления насы- щенного папа данного вещества прн той же температуре, Свгнень насыщения — отношение давления пара к давлению насыщен- ного пара. Молгкулланая концентаацил число молеку л газа в единице объема. Плотность газа — масса единицы объема газа.

Плотность газа, приведенная к еди- нице давления, — отношение плот- ности газа к его давлению. Длина ггобаднаго лтии молекула— длина пути молекулы между двумя последовательными столкновениями с другими молекулами. Средняя длина сгабодного лути моле- кули — среднее арифметическое рас- стояний. которые молекула проходит между двумя последовательными столк- новениями с другими молекулами. Число столкновений г единицу гре- мели — среднее ариФметическое столк- новений молекулы за единицу времени с другими молекулами. Эффгктигнал длина ггободного лути молекул — отношение средней длины свободного пути молекул к вероятности определенного пооцесса (явления) в ре- зультате одного столкновения (под вероятностью опоеделенного процесса понимают отношение числа столкнове.