Фролов Е.С. - Вакуумная техника (1037534), страница 83
Текст из файла (страница 83)
(13 11) где Ви — скорость конденсации иа криопанели; Он = йпэтС о. где йп — коэффициент прнлипаиия; зт — удельная теоретическая быстрота действия. Коэффициент йи (табл. !3.15) учитывает сложность процесса конденсация н влияние различных факторов на его протекание. В табл. 13.16 приведены коэффициенты прнлнпания паров некоторых веществ, легко коидеисируюп|ихся иа криопаиелях, при охлаждении жидким азотом (Т = = 77 К).
Удельная теооетическая быстрота действия зт (для конденсациоиного пасоса — удельная теооетическаи скорость конденсации) зависит от вида течения газа: прн молекулярном течении зт. м = 3,64 )ТСТС/М! (13.13) при нязкостном течении ЪЪОССССОг. С||.И) Значения удельной теоретической скорости конденсации рассматриваемых насосов по некоторым газам при молекулярном режиме течения приведены в табл. 13.17. При вязкостном режиме течения теоретическая скорость конденсации выше, чем при молекулярном (табл.
13.18). Область переходною режнма (рис. !3.9 — за. 392 НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СРЕДСТВА ОТКАЧКИ (КРИОНАСОСЫ) и а* Закввмл Оио завы,инзы имэпи 393 Т а б л и ц а 13. 1,5 Т э б л и ц в 13.18 Значение ап пря температуре крнопэнелв. К зт. и дмо(с. м'), прн Тг = 293 К т,„ц зт, в/зт. м 22,5 17,5 12.б 1б 1О 20 Аг Хв Пары воды 1,67 1,40 1,33 17,9 20,1 24,8 1! 81 1',71 1,69 0,85 1,85 0,73 0,73 300 400 0,85 0,73 0,85 0.73 0,85 0,73 0,90 0,73 0,85 0,73 О 77 300 1,0 0,86 Т а б л ц ц а ! 3.16 НО Мнз СН,ОН С„Н,ОН СС1, Сн,а 0,92 1 СН С! О,82 О,'45 ~ СР,*С),' О 76 1,0 50з 0,74 10 ХзО 06! 1,0 СЙвс! 0,56 0,933 СН СОСН ! 0,55 Т а б л и ц а 13.!7 СО (т)в О, Не На 78 20,4 20,4 4,2 9,4 11,8 11,0 13,9 44,1 6,1 5,7 7,2 22,7 Рмс.
1а. 10. Расчетная свемв коидеисв цвоияого насоса П р и м е ч а н и е. Для СО при криопвнели йп = 1,0. Тг = 77 К и укэзвниых температурах штриховвиа) для скорости конден- сации четко не определена. Однак сохранить скорость конденсации в вяз костном режиме на мпксимальном уров не длительное время невозможно, тэ квк довольно быстро увеличивае толщина конденсатп, следовательно повышается температура поверхн рнс.
13 О. Зависимость теоретической (кривая !] и действительной (крива» 2) анапесты воыденсвции от дввлеыив ари рвзличнмх режимах теченив: ! — молекулвряом; 11 — переходвам; 11! — вязкостнам стного слоя и уменьшается скорость конденсации. Нв рнс. 13.9 показана качественная зависимость скорости конденсации от режима течения газа.
Действительная скорость конденсации Я всегда меньше теоретической Ят. лВто объясняется тем, что всегда йп ( 1, а при няэкостном режиме течения и тем, что затруднен теплооомен между крнопанелью и откэчиваемым газом. ресурс конденсацкониого насоса определяется допустимой толщиной конденсата. Температура Тв говерхностного слоя конденсата иэ-зв на. лнчня температурного градиента (по толщине) не должна превышать температуры, прн которой давление на. сыщенных паров откачиввемых газов превышает допускаемое. Толщина слоя конденсата (криоосадка) И„= Д (Тя — Тж)/(Ф„+ Фя), (13.15) В практических расчетах для области высокого вакуума потоком Фя можно пренебречь Пример расчета.
При расчете змсояовэкуумиых коздеисвциавных иссосав примем следующие допущеяия: режим течения гвэв — моленулярнмй: темперзтурное сопротивление конденсата (криаосзднв) презебрежнма мало; свойства поверхяостеа, нзхадящнхся иэ одыкзковых температурных уровнях, идентичны. Уарощсниую методику рзсчетв рассмотрим нв примере кондеисзцновпого насоса (рис.
!3.10). Требуемзв быстрота действия по азату 3 = 2000 дм'!с. Площадь позеркиостн криопзнелн прв ее темпеРатУРе Т =4,2 К н ковффициевк ~е прнлвпэняв ап 1 (для злата) кряо- аэаели Рп З/(Ек)'и) (Ш 15] П ренебрегзв нзменеыыем «оэффнцнентв зккомадвцнн молекул отквчзвземого гввв ив зкрэне, можяо считать, чта пря Т г = 300 К удельнвя теоретическая скорость коидсисвпны эзотз з = !1,9 дм'!(с,смз). т вероятность пролете молекул врез шеврониый экран Р, 0,29 (см. табл. 13.5). Тогда Рп — — 2000)(11,9 0.29] 509 смз.
Зэдввщнсь соотношением размеров бач. кз 2гб *, найдем диаметр и высоту бачка (э. е. размер крнапвнели): й ~)гтрп/(!.5м) П.5 см. Прв 'определения тепловой нагрузка аз крвапваель примем степень черяатм кввопзиелы вп 9,5 (с учетом покрытия ее слоем коыденсзтв); тогда по формуле (!З.з) получим ф - ОШВ.!О- ° Вт. Для определеии» те~гловой нагрузки ыв теплоззщитиый экран нейдем площадь его поверхности из условия, что он уделен от баюл нв ! см. Прн этом условны Р =- 335 смд При ззчернсннай нчружной паэерхностн теплоззщптного экрана В э 0,9) па формуле (!3.2) получям 0)п 35,5 Пт.
Далее определим потоки через тепло. эые мосты, иаторымн являютсн трубки подвссв гелиевого п азотного бачков. Гелневый бечок подвешен яз двух трубксх длиной ! = (О см, 0,25 длзаы которых контактирует с азота хлвждэечой поверхностью Диаметр труааи 1! мм, толщина стенки Огз мм. Для трубок нз коррозноинастойкой стали по табл. 13.7 э дпзпэзоие 334 ннзкогямнярлтррнын срннсунл отклчкн (крнонлсосы) 323 температур З ...
тт К получен Ф н 0,0)б Вт. Тэплоэой поток нэ азотный бачок передэюгн через дэе трубке гэлнээога бачка (0,25 данны) и дэе трубки азотного бачке (0,5 общей клены трубок гелнеээго бачке): тогда по табл. !а.т: Ф = 0,(а2 + + 0,226 О,бта Вт, Тзэны образок, тепловая нзгрузкз нэ геэнеэый бачок (нрнопэнеэь) Фп Ф + Ф О,па Вт, э нэ азат и.о ы.п ный бачок (экран) Фэ —— Фн ., + Фы э 3),2 Вт. Поснэлннэ этап расчета — определенна расхода крнээгэнтээ По табл.
!З.З, э кошарой прнээкэнэ скорость нспэреннэ крноагентэ нэ ! Вт теплоэога потока, опрааенны расход гелин (0,)1 кы/ч) н жалкого ° вота ( 0,8 ды'/з). Эффективность н экономичность криооткэчки существенно заннсят от конструктивных схем насоса и теплозашитного экрана, а также от распо. ложения насоса относительно камеры. 13.3.
Низковакуумные кондеисациоиные насосы Низкозакуумная откачка газов коидеисациониыми насосами, как и высоковакуумнзя, возможна, если температура криопанелн ниже темнел ратуры насыщенных паров откачиваемого газа. При откачке воздуха до винного и среднего вакуума (от атмосферного до лавления 1 Па) температура насыщенных паров изменяется от 81,6 до 34,5 К. В связи с этим в иизковакуумных насосах наиболее распространены криоагенты, пере- охлажденные откачкой паров жидкого Н тнердого азота, жидкого неона с темпепатурой 75 ... !! К. )(оиструктиаио иизковануумные насосы разделают иа имеющие сборник жидкого конденсата (если откачка воадуха происходит при р 5,9 кПа) н без сборника жидкого конденсата. Прн использовании жидкого криоагеита конструкция насоса включает сосуд для крвоагеита; если криопаиель охлаждается газообразным криоагеитом, то он циркулирует по змеевику, иахолящемуся в тепловом контакте с криоагеитом.
Большая часть низковакуумиых насосоа снабжена предварительнымн теплообменннкамн с жидким азотом, в которых огкачиваемый воздух перед конденсацией иа криопаиели охлаждается до температуры 8О К. Для уменьшения энергозатрат на откачку и количества используемого в насосе крноагеитв его подают в крнопаиели в рефрнжераторном режиме. Основные преимущества иизковакуумных коиденсациониых иасосов— высокая чистота остаточной атмосферы; отсутствие шумов н различных выбросов в окружающую среду; малые капитальные затраты иа изготовление; недостатки — повыш«нные энергоэатраты при откачке газов с давлением, близким к атмосферному! необ.
коднмос(ь усгаиовни для получения криоагента. В настоящее время разработаны иизковакуумвые конденсациоииые на. сосы для откачкк камер объемом от 1 1О э до 120 и"'. Метпдика расчета низковакуумиых ксндевснциоииых насосов. При расчете низкозакуумиык насосов основное внимание уделяют определению массы треоуемого для откачки криоагевта или мощности охлаждающик устройств, а также интенсивности процессов теплообмеиа в предварительных теплообмеиииках и в кондеиси. руюшем элементе для нахождения длительности процесса откачки. В отличие от высоковакуумных иасосоа в иизковакуумиом насосе расход криоагента определяется ие теплопритоками излучением и через тепловые мосты, а количеством теплоты, выде.
ляемой при конденсации. Масса газа, откачиваемого криоиасосом, — (р — Р ). (!а. П) у г Ну э яае' г где )г — объем откачиваемой иамеры; Т, — температура газа в откачнваемой хамере; )( — газовая постояикая; Рэ — начальное давление откачки; Рнэб — давление насыщенных паров откачивземого газа при температуре хриоагепта. Скорость процесса коидеисапии откачиваемого газа в жидкую фазу как правило, превышает скорость поглощения теплоты криоагентом, поэтому время откачки при использовании жидкого криоагентэ !== ~с"э((~уд (бунр) Рв), ((З )а где ((э — количество теплоты, отдааае.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
