Фролов Е.С. - Вакуумная техника (1037534), страница 84
Текст из файла (страница 84)
мой откачиваемым газом прн охлаж" денни до температуры конденсации в при кояденсацин; Фул (ЬТ„р) — тепловой поток прн иипення криоагеита! Ров площадь поверхности криопанелн. При откачке в рефрижераторном режиме (р = шгаэ!(), (13. 13) где ф) — холодопроизводнтельиость хрногенной рефрижераторной установки. Масса Расходуемого при откачке жидкого криоагеита тк =- п(Дэ/г, (13.20) где г — скрытая теплота нарообра- эоваиия крионгеита. Мощность.
затрачиваемая на откачку в рефрижераториом режиме: Аг = Мэ(р = й(эшг4эУ() (13 21) где й(э — мощность электрооборудования криогенной установки. Если иизковакууыиый насос снабжен теплообменником для прелварительного охлаждения откачиваемого газа иа температурном уровне, от. дачном от температуры конденсации папрныер, при использовании жидкого азота, кипящего при атмосферном тану)сини), то интенсивное)ь охлажде.
пия газа зависит от режима течения газа (турбулентное или ламинарное) и определяется критериальныы уравнением Р) и =- 1 (йе, Рг, 1!У„ где )(п, Ве н Рг — критерии Нуссельта, Рейиольдса и Прандгля; 1 — длина участка охлаждения; г( — харантерный диаметр. Значение критерия Нуссельта иоеэоляет рассчитать коэффициент теплоотдачи и температуру, до которой охлаждается гаэ в предварительном теплоооыенипке. При конденсации откачиваемого газа в ииаковакуумноч насосе в твердую фазу время откачки определяется скорщтыо увеличение толщины слоя криоосадка эа охлажденных панелях; грн атом справедливо соотношение 2+31 (13.22) где й — толщина крноосадка! )зн, Рн — СООтав СтвЕНИО ТЕПЛОПООВОД- ность, теплота десублнмецки и плотность крис(кадка! АТн — перепад температуры в нриоосадке; а — коэффициент теолоотдачи от криопанелн к крноагенту.
13.6. Адсорбционные насосы Принцип действия адсорбциониого насоса основан ва температурной обратимости физической вдсорбции, т. е. поглощении газа твердым сорбентом' при снижении температуры и выделении его сорбеитом при повьппении температуры. Адсорбцноиные насосы применяют в системах безмасляиой откачки для нолучеиия как форвакуума. так и весьма иизкию давлений (до 1О ' Па) в замкнутых объемах. В качестве сорбента в насосах применяют пористые вещества с сильно развитой внутренней поверхностью (Рад ж 1ООО мэ)г), к которым относятся синтетические и природные неолиты, активные угли и силикагели. На практике наиболее широко нс. пользуют углеродные гравулнроваиные сорбеиты типа СКТ, специалпзн. роваииый вакуумиыи цеолит СаЕН-4В и специализироаанный углеродный тканый сорбент типа КУТ-2.
Адсорбциоииые насосы создают вакуум, свободный от углеводородов, имеют практически неограниченный срок службы н при эксплуатации ие создают шума. Адсорбционный насос представляет собой устройство, содержащее слой сорбеита толщиной не более 30 мы внутри корпуса иа развитой теплообыеиной поверхности криопанели, омываемой криоагентом. Корпус насоса снабжен, как правило, двуми патрубкамн: один (большего днамет. ра) служит для подсоединения к камере, другой (меньшего диаметра)— для проведения регенерации. Насос включает устройство для нагрева сорбента н предохранителю)ый мембран. ный увел иа случай авэрииного по.
вышеиня давления в объеме насоса. Недостатки адсорбцкониого насосе — необходимость периодической регенерации н значительное время пуска. Основные характеристики адсорбциоииых насосов — быстрота дейст- 396 иизкогемперлтрриые срексгвл отклики <криоилсосы) лвэеречзознма зааээм Таблица 1320 Т в б л н ц в 13, 19 105 0,295 ...
0,315 245 0 325 0 340 400 0,350 ... 0,395 555 0,400 ... 0,425 755 0,415 ... 0,460 80 200 200 350 350 500 500 630 630 1000 1 2 3 4 5 вня по откачиваемому газу н ресурс— определяются температурой сорбентз н его удельной сорбционной емкостью, Температура сорбента в здсорбционных насосах всегда выше температуры крноагентз и характеризуется функцией распределения или полем, кото. рос прн расчете удобно заменить средней темперзтурой тэц, отнесенной к массе сорбентз. Средняя температура сорбентэ определяется системой тепловой защиты. Йля реальных систем прн использовании для защиты сорбентз от теплового потоке шевронныи нли жалюзнйных охлзждаемых тепло- защитных экранов средняя температура на 10 ...
20 К выше температуры нриоагентз. При использовзния пористых теплозашитных экрвнов, изготовленных из медного порошка, средняя температура сорбентз превышает температуру крнозгентэ на несколько градусов. С точки зрения эффективности тепловой эвщнты сорбента, а также технологичности конструкпии насоса пористый теплозащитный вкрзн предпочтителен. Пористые экраны нзготовлшот нз порошков фосфористой меди спекаянем пря температуре 1073 .. !426 К в восстановительной среде прн свободяой нзсыпке в специальные пресс-формы.
При этом используют порошки различных фракций, основные параметры которых, а тзкже получаемых экранов приведены в табл. 13.!9. Лля адсорбцнонных кассет основных видов — плоской, цилиндрической, сферической — с пористыми экранамн среднюю температуру вычисляют по йюрмулам соответстненно: тзн — 0,5 (тэ + Тнр); т, =т„+(т,— т„) х рэ рэ рх 2 !и (Рэ/О ) ро (7 а 7 нр) тэк тир+ Р р э е (13.23) 3 (т, — т„,) 00, Рэ — 0 0 + Рэ где т„р — темпервтурв криозгента; т, — темперзтура на периферии ад- сорбционного слоя, принимаемая рав- ной температуре теплозвщитиого эк. рана; Р и Рэ — дизметры сосуда соответственно для криоагента и теп.
лоззщзтного экрана. Если экран охлаждают отводом теп- лоты на криогенную поверхность через тепловые мосты, его средняя температура Ф П1 Ф„Пэ т,=т„+ — + —,—, пбмйм 12пэХэ4 ' (13. 24) где Фтн — удельный тепловой поток на единицу поверхности экрана; П вЂ” периметр теплозащнтного экрана; 1м и Йм — длине и толщинв теплового моста; и — число тепловых мостов; "ьм и )е — теплопроводность материа- лов соответственно маств и экрана; Нэ — толщина экрвна, Теплопроводность материала экра.
на определяется пористостью П этого мзтериала и теплопроводностью ком- пвктного(монолитного) материала, ис- пользуемого для изготовления эк. ренэ. Теплопроводяость материале эк- рвна можно определить по эмпириче- ской формуле )е = 0,14Л» (1 — Пэ)/(! + Пэ), (13. 25) где ьн — теплопроводяость компакт- ного (монолитного) материала исход. н ого порошке. Удельный тепловой поток для наливных насосов Ф„= „(т', — 'те'), (13.26) где тэ — температура корпуса насоса Принеденную степень черноты для цилиндрической и сферической кассеты определяют по фо))муле (!З.З); для плоской кассеты впр = (1/еэ + 1/еэ — 1) х, (13.27) гле еэ н е, — степени черноты соответственно поверхности экране и внутренней поверхности корпуса (для пористых экранов из порошке фосфорнта меди еэ = 0,3 и практически не зависит от размера частиц и температуры экрана), Лля насосов с охлзждземым корпусом (погружных) тепловой поток определяют опытным путем.
В уравнения для определения средней температуры сорбента не входят его теплофнзнческне периметры, по. снольку стацнонаряое температурное поле в слое сорбента прн отсутствии внутренних тепловых источников полностью определяется граничными условиями, т. е. температурами экрана, ребер н криоагентз. Теплофнэическне параметры сорбента влиюот на время его охлзждення, а такие нз скорость нагрева при регенерзпнн.
В связи с этим для расчета нестационарных тепловых процессов необходимо знать теплофизическне характеристики слоев сорбентз в условиях вакуума н крио.генных температур. Ориентировочные данные для цеолитов приведены в табл. 13 20 Углеродные сорбенты имеют более высокую теплопроводиость, чем цеолиты, поэтому для адсорбционных насосов, в которых используют активные угли, характерна меньшая тепловая инерционность, чем для цеолитовых. Точных данных по теплопроводиости слоев углеродных сорбен. тов в условяях вакуума и кряогениых температур иет. Удельнвя сорбцноннзя емкость сорбента о — основной расчетный пврзметр, который зависит,от давления, температуры н условий подготовки сорбента.
Прн определении удельной сорбциониой емкости фвктор подготовки учитывают коэффициентом регенерации рр, который показывает, какая часть потенциальной сорбцнонной емкости сорбеята резлязуется в насосе. Пля цеолита СзЕН-4В значения каэффициента регенерации в Примечания: 1. а — температуропроводность;, Х вЂ” теплопроводность слоя; ж — коэффициент теплоотдвчн. 2.
Для указанных цеолятов удельная массовая теплоемкость 400 /(ж/(кг. К), степень черноты поверхности слов 0,3 ... 0,4. зависимости от давления темпера| уры и времени регенерации приведены в табл. 13.21. При отклонении реального процессе регенерации от приведенных параметров ориентировочные значения коэффициента регенерации можно определить интерполяцией. При проектных расчетах для углеродных сорбентов с учетом их гндрофобности можно принять Зр — — 0,90 ... 0,95. Лля определения емкостных характеристик сорбентов используют графические эзэиснмости удельной сорбцнонной емкости от давления при постоянной температуре сорбентз (изотермы здсорбции). Нз рис.
13.!1, а приведены изотермы адсорбцни водорода иа яспользуемых в вакуумной технике сорбентзх при Т = 20,4 К. При этой температуре удельная сорбционная емкость сорбентов велика (о > 10э Пз мэ/кг) даже при очень низких давлениях (р (~ я~ 10 4 Пз). Многие промышленные системы не требуют таких нишснх дзвлений, поэтому в ннх допустимы более высокие темпейзтуры. )(з рис. 13.!1, б приведены изотермы адсорбции азота при Т = 77 К.
Для определения удельной сорбционной емкости графическим методом необходима сетка изотерм, Прн ее отсутствии можно воспользоваться аналитической зависимостью удельной 399 ч, Пе от 7/Лз ч,/Га.лз/че Таблица 13.22 ) )ОСЧ Ссй Ю СО оооо оо ! х 3,810з 2,3 10 з 2,3 10 з 1,7 101 1,8 !О-е 5 0.10-з 1,4 !Оз 2,5 101 20 10л 1,0 !01 12 580 9 630 9 830 5 ООО 18 300 585 (л)з о, Аг н СН4 Не оооооооо Ос ИЪ СО СС СО ф О| Ч" Й «Ъ |О Й |О Й й оооооооо '/р' зт 7 87 ' /Ры Р,П )Р- /р-7 е) Ю) »сытырмм здсорбнн«еедерыдк пр«г зе 4, „„ лаа сорбсатоз| 1 — актнвния уголь скт-4; 7 — угольнск тксаь кут-3| 3 — аеылкт скин-4В оооооооо йюййййй= сч сч сч с | сч с| сч оооооооо х й О ы О к й « о Оч ~ й сч й «э я ОООООООО" О|С| СЬСОО | «ЪСЧ оооооооо О|'«$ О||О СО СОС'|Ч $|ОЯС $ О|СОСОСОС'$ СОС| о о о о оооо СО ОСОСОСС| О|СЧ |О СО О О О О В ОООООООО Ч' |О СО Сз «Э СО СО $ О| Ч Ч СО«$«э|О|О«$ тз„/ис оооооооо СОСО СЬСОО С|СЕ -Йл О|ОС-$-$ СО СО СЕ СО СО СО С $ СО с| о о о о о о о й й й йс Й Й йз Й оооооооо Таблица !32 Л.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
