Фролов Е.С. - Вакуумная техника (1037534), страница 15
Текст из файла (страница 15)
При централизованной откачке насосов давление р„ выби- рают меньше максимального выпуск- ного давления рвзпах высоковакуум- ного насоса Быстрота действии пасоса 3. - Е,(/,/((/,р. — Е,), где Е, = гл ~~ Е!01 — суммарная про. 1ю! иэводительность откачяи; р, — давле- Рйс. 3.21. Рас етнз» сесна пентрзлнаованной вакуумной системы няе в сечении коллектора, соответствующем подключению первого откачиваемого сосуда.
Диаметры сом(инительных трубо~роводов длинами 1,, ..., /„определяютгя их проиодимостями (/! —— Е!/Лри где Лр( — заданный перепад лаелеиий между коэлептором н откачиваемыми сосудами. 3.9. Процесс откачки газа из вакуумной системы При расчетах вакуумных систем часто необходимо определять время выхода установки на режим, т. е. длительность откачки от начального давления до заданного, которое не. обходимо поддерживать в откэчивас. мом сосуде.
При этом обычно возникает нестационарный режим течения, когда давление и скорость течения газа в каждой точке вакуумной системы непрерывно меняются. Д.5я упрощения расчетов времени откачки рассматривают квэзистациоиарный режим течения газа при условиях разност~ давлений на концах трубопровода мала по сравнению со средним д.5вленнем в нем; объем трубопровода значительно меньше объема откачнваемого сосуда; режим течения газа в трубопроводе постоянный по времеви. Условии существоеяиня квазнста. ционпрного режима течения можно выразить в виде уи — = — Ъ(!.
1з ЯзР! где 1, = — Р/3, и !з = ! 1/(/ — посто янные времени сткачиваемого сосуда н трубопровода; (! — объем откачн. ваемого объекта, м'1 (/ -- проводи- ТЕЧЕНИЕ РЯЭРЕД(ВННЫД ГЯЗОВ (,с г ДР 52 )02 /07 нзм нус Вр' 5 5;Ус /0 умз 701 5 р,ла 101 0 /04 5 7 )07 5 )г 5 3, 10 5 10! й)1 /04 Рвс. 3.22. Схрыр ззхууынсй систрмы мость трубопроиода, м'/с; 5„— быстрота откачки объекта, мз/с; Р— площадь поперечного сечения трубопровода, м') ) — длина трубопрово. да, н, В реальных вакуумных системах последнее условие практически всегда выполняется: исключение составляет начальный период откачки от атмосферного давления.
Продолжитель. ность этого периода обычно весьма мала по сравнению с полным временем откачки, ч процесс откачки л(ожно рассматривать как квэзистацяонарный, а проводимости трубопроводов — оп. ределять по известиым формулам стационарного режима течения. Пусть за время <(! из сосуда (рис. 3.22) объемом Ур откачивается объем г(У газа при давлении Рр, т. е. поток рс(У, За это же время в сосуд в результате газовыделения стенок н натекання вз окружающей среды попадает поток г((32 =- г(игр+ г(Ои где Огв и Он — потоки соответственно газовь)деленна и натекание извне. При давлении Р поток г(()х соответствУет р объемУ Вфх/Р .
. В результате давление в системе изменится на ВР. Тогда согласно уран. нению политропного процесса можно записать Р,(У, — 0У+ ВЕ./Р,)"- (Р,+ЯР) УО, ' (3,30) где и — покззатель нолитропы. Разложив в ряд выражение (3.39) при условии прбнебрежения члеиамя ряда высших порядков малости, по- лучим ' ВУ У 0 ! 0()д р Р 0) яр, В!+ р, а (3АО) Процесс откачки можно описать уравнением полнтропы только в иа. чальный момент откачки при турбулентном н ламинарном режимах течении; при молекулярном режиме процесс изменении состояния газа яв. ляется с достаточной степенью точности нзотсрмическим.
Так как г(У/г(! = 5р н Ур/и = У— приведенный объем, то в общем случае уравнение (3.40) можно переписать в виде 5 - — — — + —, (3.4!) У ВР О'х 0/ Р, ' где <,)и БЦВ/<(). считая (3' н 50 постоянными, после интегрирования получим У Ро — О'х/'50 ! — )и , , (3.42) 54 Ро л(хг/50 ' гпе Рр Н Р," — начальное и конечное давлейня в огкачиваемом сосуде. Для определения времени откачки объекта от атмосферного до требуемого давления прн любом режиме течения газа вместо уравнения (3.42) можно использовать номограмму (рис. 3.23).
йТЗ )0 /О" Рзс. Ь.ЗЬ. Нсм рзмыз Хля рзрсасзсннх врсмссн ртхзч«и рбьлхтз з зззсссырств рт крвтысгс Хззлрыся Прсыср Ратста зррзрдиыссты сыэтсст тррбрлпзырра Например, для"определения времени ! откачки сосуда объемом У = 6 мз насосом, обеспечивающим быстроту от- качки 54 = О, ! м'/с, до давления Р 6,7 Па точку У = 6 БР соеди- няют с точкой 5р = О,! мр/с прямой линней. Продлив эту линию до шкалы У/5,, соединяют полученную точку с точкой р = 6,7 Па. Пересечение этой новой прямой со шкалой ! данг время 1 = 700 с, необходимое для откачки сосуда до заданного давле- ния р.
Дли определения времени откачки, например того же сосуда, от давления Р' = 6,7 Па до давления Р' = 6,7Х х )Оз Па тем же насосом (54 = = О, ! м'/с) точку, найденную иа шкале У/54, соединяют с точкой на шкале й!л = Р'/р' = (00 прямой ли- нией, пересечение которой со шкалой 1 дает время ! = 230 с, Прн длительной откачке давление в сосуде постоянно и равно предельно- мУ давлению Рп — иаименьшемУ дав- лению, достигаемому в сосуде с по- стоянным потоком газа <сх' = О„» + + л/в = Рпр5р. Если проводимость трубопровода на- много больше быстроты действия на- соса ((/ 2 5и), например прн тур- булентном и ламинарном режимах те- чения, н истоками газовыделения и иатеканий можно пренебречь, то урав- нение (3.42) примет внд ! = (У/5в) Х Х )и (Рр/Рр).
При определении времени откачки прелполагают, что быстрота откачки объекта 5, ие зависит от времени н давления. В действительности, если лаже быстрота действия насоса не зависит непосредственно от давления, то оиа зависит от проводимости тру- бопровода, а следовательно, в вяз- костном и молекулярно-вязкостном ре.
'кимах течения н от давления. В связи с этим при определении времени от- качки ззвиснмость 5𠆆- / (Р) необ- ходимо разделать на участки, иа ко- "орых можно считать 54 = сопз( нли описать зависимость 54 = / (Р) аналитическим выражением. Определив врейя )! для каждого участка, нз уравнения (3.4!) можно зайти по~нос время откачки, равное сумме 6! 3.)О. Пример расчета проводимости сложного трубопровода И с х а д з ы р л з з з ы с. Трубссрсзад (рзс.
3.24), сссдрхяющхй ртхрчиззс- ыыВ сосуд 1 с ззхууывыы ззсрсры б, ссстсвт сз цылсхдрхчсскргр трубссрсвода 2 хругзсгр ссчсхвр Ллззай 1, = 1 м р двзыстрры О, 0,5 и, переходника 3 Дзхзсй 1Б 0,23 и з ДззыстРсы О 0.38 ы, пряысгс рзхуумхсгр затвора 4 (О = 0,38 ым) Ллвхсй 14 О,ЗВы з дззыстрсы О, 0,38 и, хрйсхз б ср стррр. язых 1' О,бВ и х 1 0,38 и х дязыстрсы Б Ол = О,б и. Определяющий рззмрр ст.
хзчзззсысгс сссудз О, =!О и, быстрота лрйстзвя ззхууыхсгр сзсссз В = 5 ыбс и ррз дззлсхзз зс зхсдзсы сзтрубхс р, = 10-з Пз. Откзчяззсмый гзз — зсздух прз тсыхсрртурс 293 К. Опрслслзть бы. Стрсту СтКЗЧКИ Ва СРСУДЗ, АЗЗЛСЗХС Рл р сосуде х прсзсдкмсстл трубрпрсзадз Р с ш с р з с. 1. Молекулярный режим тсчсзхя. Длр ряррдслсхсз рсжхыз гсчсязз з кслене б трубОпровода рзссчятрсм чвслс Кхудссяз А 4,7 !О- 4,),Ю-Б Кз = — = Оз Р Оз .
10 'О.б тз» хзх Кп ) 0,33, режи» з «слсзс тру. брпррзрдз — ырлскулярвый. Пррзрдымссть хслсвр трубслрсзрдз (сы. (ЗЛВ) ! О, )юй Р = !Ю 0.370 0,198 8.427 ы'/с. гас й 0,370(сы. Рыс. 3.13) прх 14/Ер —— З,зз 1;/я„- ьбзг Р, яо)/4- 0,195 ы' Из сссгхржсххя О = 5 р О (Рр— — р,) дрзлсвзс рз «р входе з Калева тру. брпрсзсдр р,-р,(В„+ О,)/и,= Ю- ° <54- + 8,427)/8,427 1,593.19 ° Пз. Прсзсрсы рсжзы тсчсхср з хрлсхс б х ззхууыир» зртзарс 4; Кв 7.754 > > О.з) Рзт.
° .ЗВ. стыр р ррсчсту рррррдзырсгс щнйрвррэвйл ТЕЧЕНИЕ РЛЭРЕ/КЕННЫХ ГАЗОВ Олр»д»»»кнс лро»однлоста мюп»дам Ра»ем»а кааффвцивцтаа записать Проводамость вакуумного ам»вора (см. (3.28) ] ((, 1168»Р» 1!б О,б!4 О.! 13 6,762 м»(с, где а, О,щ» (см. »абл.
3.3) цра !»/О» - ПО; Р,'- кп!(» - 0',!!З м». Ив соотношення Е О, (р» — Р»1 Двв ленце р» на входе в в»»вор 4 Р, - Р, + Е/и, 1.593.19- + 5 10- ° (В.у~а- 2,332 10 ' Па. Проверам режим течения в вагнере 4 ц переходцаке 8: !о» Кц = 4,7 — В,ЗОЗ > О,ЗЗ. О.ЗВР» Так к»к вход в переходцнк 8 н» цн. лнндрнческого трубопровода 7 необхо- дима р»осматривать к»к большую дка- фр»гму (О»/О, = !.316), определим про- водкмость 3 переходнцк» с учетом влня- кяя нам»некая пложадв сеченая цо фор- мулам (3.28) ц (3.!9)г (/» Пбй»Р»» Пб 0,632 О,ПЗ и Р» — Г» О,!96 — 0,113 где й, 0,832 (см. табл. 3.3) прв !,/О, 0,605: Р пО»5(4 0,113 м»: Р - нО!(4 -аа,!95 'м». Давленце ца входе в переходнцн 8 р, = и„+ Е/(/, = 2,ЗЮ.!О- + + 5 1О' ° (19,653 =: 2,583 10 ° Па. Проверим ремам тече»ця на выходе в» нцлнндрнческога участка 2 трубопро- воде» а,т.ш- ° 4,7 щ-' Кн ' „' =3,632> р»О» 10" ° ОА 2 588 > 0.33.
Так к»к О,/О, = 20, ввод а ццлцндрн- ческай участок рассматрцавем как малую дна4»регму; цро»фднмосгь . Г/» 1158»Р» 116 0.359 0.196 8,182 м'/с, где 8» 0,359 (сы. »вбл. 3.5) црн !»/О» 2,0. Давлецве в откачав емок сосуде р, = р, = р, -Ь Е (г, = 2, ММ )О-» + + 5 О- ° /3,15! =ЗЛТО!.10-» Пв. Провернм режем тачанка в явлвадра. чацком участке »,7 10 ° Кп -! О-.'.6,5.3801 - 2 Взу > О Зз е.
а. Режкм течецца молекулярвмй. Вмстротв откачки сосуда ! 8» Е(Р» = 5. О»/(3.201 ° 10-») !.552 м»/а. Проводямость асш'о»рубапровода и е/(Р— р ) 5 !о" /[(з,эа!— — 1) 1О »] = 2 272 м'(с. 2. Вя»костный режим течення (давае. цне во»сюзанна насос» р» =- 1,5 Па). Проверни режим течеаая ь колене ! 4 7 10 ° ».7 10 ' Кп О» РО» 1,50,5 6.267 1О ° ( 0.01, т.
а. Режем теченн» вявкостный. Твк хак давление в ост»льных частя» трубопровода вмше, а для вакуумного»втвора 4 н переводнак» 8 с нааменьшнмн днаме»р»мц О» =- О, =. 0,35 м вя»костаый режим вечаааегск с давленк» 4,7 Ю » »,7 10 Кце» 10 «'038 то в остальных частях трубопровода наблюд»ется вяахостный режим течення. Примяв поток га»» Е постоянным во всем трубопроводе, а» ур»саек»» погона Е О (р, — р,) ц уравнения (3.!») апре. делим давление на входе е колено б: / !ре + -У "+ 1.626.7,6-1-0,03 7,6 ° 630 0,5' 1,605 П ».
где Е 8нрб 7,5 Па м /с) (, !5 + + (5 + 1.33О» 1.625 м (см. [3.48) ). Проводнмосгь колена 5 О = Е/)р — р,) тжуадаб 7),ЗЗ м ус. Давление кв входе в ввкуумвмй вь. твор 4 определим, в»меана ега, цак выше, вквквалеатнай »рубая: !,е + о,озе» » а + 680О» 1,702 Па. Проводвмость затвора 4 (!» = Е((Р» — Р») 7,5Ю,097 77,32 м»/с. Давлекке р' нв ь»оде в переходник 3 определим бе» учета впаянна нвменення плащ»дн вход» от Р» до Р» ав урвввевня ($.!!) в уравнепвя потока Р' ТРУ Р(+— !»е з ЕУ 5ВОО$ 1.70ж». 3' О'И» =! 757 Па О.
23 7.5 63а.0,33» Проаодкмосгь псреходннка 3 Оэ Е г(д' Р ) 7.6/0,03» Зы.з м»Ус д»влеане р» на входе в переходник „ »сант»ем с Учетом влнанца большой „ц»фрагмы. котоРой является вход, со. вместным решеанем (3.9), введя ко»ффцццент Р»ДР» — Р»). н уравнецня потока црн т = Р»(Р» > 0,528: 766та т!» а )» Р Р» — Р, ' где Р» О,!96 м»; Р» = 0,113 м». решка ур»ввенце метОдом последов»тельных прнблвжецнй, палучнм т = 0,999 н . р, = 1,739 Па. Перел»д давлеццй Р— р; очень мал, » со»»аму влцяццем больюой диафрагмы пренебрегаем.
Давление р, р» в сосуде ! !,е ф о,озе 680О( 1,739'+ ' 1,8П». =У 580 ОЛ» Проводимость ццлнндрнческого' трубопровода 2 П~ = Е/(Р С,) = ?,5/0,061 122,96 м»/с, Быстрота откачки 8, - Е/р, = 7.5(),З - 4, Гбт м (с. Проводимость всего трубопровода О = Е((П» Р ) 7,5(0,3 = 25 м»/с. 3.11.
Определение проводимости вакуумных систем методом угловых коэффициентов Проводимость элементов вакуумных систем (вентилей, затворов. участков трубопроводов) и систем в целом, а также распределение молекул по поверхности вакуумной системы нли отдельных ее участков можно рассчитать с помощью угловых коэффнцпентов, используемых для определения теплообмеиа излучением. В общем случае элементарную площадь ЕЕ) поверхности Е/ вакуумной системы покидает поток молекул, плотность которого О! = Ео! + () — а) 0'; (З.4З) где Оа/ — плотность потока молекул, испускаемых площадью»(Е! (напри. мер.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
