Розанов Л.Н. Вакуумная техника 1990 (1065500), страница 14
Текст из файла (страница 14)
При каких степенях вакуума наблюдается свечение газа при электрическом разряде? $4.1. Общая характеристика вакуумных насосов Вакуумные насосы по назначению подразделяются на сверхвысоковакуумные„высоковакуумиые, средневакуумные и низковакуумные, а в зависимости от принципа действия — на механические и физико-химические. Основными параметрами любого вакуумного насоса являются быстрота действия, предельное давление, наименьшее рабочее давление, наибольшее рабочее давление, наибольшее давление запуска и наибольшее выпускное давление. Рассмотрим схему простейшей вакуумной системы (рис. 4.1), состоящую из откачиваемого объекта 1, манометрическнх преобразователей 2 н 3, насоса 4 и соединительного трубопровода б.
Течение газа из откачиваемого объекта в насос происходит за счет разности давлений (рз — р(), причем рз>р(. Быстроту откачки насоса 5, в произвольном сечении соединительного трубопровода можно определить как объем газа, проходящий через это сечение в единицу времени: 5,=(117/(11.
Объем газа, поступающий в единицу времени из откачиваемого объекта в трубопровод через сечение!1 при давлении рз, называется быстротой откачки объекта или эффективной быстротой откачки насоса: сьф = (1(""9Ф. (4.1) Объем газа, удаляемый насосом в единицу времени через входной патрубок (сеченне 1) при давлении р( — это быстрота де йствия насоса: 3„= б Р'(/бу. (4.2) Отношение эффективной быстроты от.
качки насоса к быстроте действия называется коэффициентом использования насоса: К„= 5,Ф('о „. (4.3) Поток газа, проходящий через входное сечение насоса, называется его п р о и з в о. дительностью, Для стационарного потока выполняется условие сплошности Установим связь между тремя основными характеристиками вакуумной системы: быстротой действия насоса 5н, эффективной быстротой откачки объекта 5,ф и проводимостью вакуумной системы между насосом и откачиваемым объектом (). Согласно (4.4) и (3.38), можно записать 5н=ФР1=( (Р2 Р1)~Р1' 5,ф =И Рз= (у (Рз — РА'Рз (4.5) Если переписать (4.5) в виде Р2 он (Р2 Р1) и озф (Р2 Р1) и то после вычитания первого выражения из второго получим ! ! (4.6) 8, 8„ и ' Уравнение (4.5) называют основным ур а в пением в акуу м но й техники. Его можно также переписать в виде 5, =5„(7!(5„+(7).
(4.7) При условии 5н=(! из (4.7) получим, что 5,ф=0,55,. Если и†оо, то 5,ф — ы5,; при ()-+О следует, что 5,ф — м0. Вводя в основное уравнение коэффициент использования насоса К, согласно (4.3), получим два полезных соотношения: Кн = (7!(5„+ (7); (4.8) и=5„К„!(! — К„). (4.9) Графическая интерпретация уравнения (4.8) приведена на рис. 4.2. Максимальное значение коэффициента использования насоса равно единице. Предельное давление насоса р,р — это минимальное давление, которое может обеспечить насос, работая без откачиваемого объекта.
Быстрота действия насоса при приближении к преки дельному давлению стремится к нулю. Предельное давление большинствз вакуумных насосов определяется газо- и,5 выделением материалов, из которых изготовлен насос, перетеканием газов через зазоры и другими явлениями, п возникающими в процессе откачки. Наименьшее рабочее дав- 5 ление вакуумного насоса р 4 2 3 р„— то минимальное давление, при фнннента использования на ф котором насос длительное времЯ соса от отношения проводимости храняет номинальную быстроту дейст- к быстроте действия насоса вия. Наименьшее рабочее давление 80 Рер Ры Ри РЕ Р н с. 4,4.
Основные характернстнкн вакуумного насоса— зависимость быстроты действня от давления на входе в насос Ряс. 4.3. Диапазоны рабочих давлений механических вакуумных насосов: — промышленные образцы; — —— лаборатерные абразцы $4.2.
Механические вакуумные насосы Среди механических вакуумных насосов можно выделить объемные и молекулярные. Объемные насосы осуществляют откачку за счет периодического изменения объема рабочей камеры. Имеется несколько конструктивных вариантов таких насосов; поршневой, жидкостно-кольцевой, ротационный. Молекулярные насосы работают за счет передачи молекулам газа количества движения от твердой, жидкой или парообразной 8! примерно на порядок выше предельного.
Использование насоса для работы при давлениях между предельным и наименьшим рабочим экономически неоправданно из-за ухудшения его удельных характеристик. Наибольшее рабочее давление вакуумного насоса рб — это максимальное давление, при котором насос длительное время сохраняет номинальную быстроту действия. В рабочем диапазоне от наименьшего до наибольшего рабочего давления обеспечивается эффективное использование насоса. Рабочие диапазоны давлений вакуумных насосов в основном определяются их принципом действия и приближенно показаны на рис. 4.3 (пунктир соответствует лабораторным образцам насосов). Давление запуска вакуумного насосар,— этомаксимальное давление во входном сечении насоса, при котором он может начать работу.
Давление запуска обычно заметно превышает наибольшее рабочее давление. Для некоторых типов насосов, например магннторазрядных, это различие может достигать 2 ... 3 порядков. Параметры вакуумных насосов показаны на основной характеристике вакуумного насоса — зависимости быстроты действия от его входного давчення (рис 4 4) кп Рп В реы г, с, с, Рис, 4 б. Зависимость быстроты откачки и предельного давления от выпускного давления: 1 — быстрота откачки: 2 — прелелькое Лквлеппе Р и с. 4.б.
Диаграмма работы насосов объемного действия быстродвижущейся поверхности. Среди них различают водоструйные, эжекторные, диффузионные, молекулярные с одинаковым направлением движения откачивающей поверхности и молекул газа, турбомолекулярные с взаимно перпендикулярным движением твердых поверхностей и откачиваемого газа. Характеристики таких насосов могут быть рассчитаны на основании закономерностей внутреннего трения в газах.
Дополнительным обязательным параметром механических вакуумных насосов является наибольшее выпускное давление р,— максимальное давление в выходном сечении насоса, при котором он может осуществлять откачку. При выпускных давлениях, меньших давления р„быстрота откачки и предельное давление насосов слабо зависят от выпускного давления. Если выпускное давление превысит значение р„то происходит так называемый срыв насоса, сопровождающийся резким ухудшением его предельного давления и быстроты откачки (рис. 4,6). й 4.3. Объемная откачка В процессе объемной откачки выполняются следующие основные операции: 1) всасывание газа за счет расширения рабочей камеры насоса; 2) уменьшение объема рабочей камеры и сжатие находящегося в ней газа; 3) удаление сжатого газа из рабочей камеры в атмосферу или насос предварительного разрежения Диаграмма работы насосов объемного действия — зависимость объема ьт, и давления р„в камере насоса от времени показана на рис.
4.6. В течение времени /, осуществляется всасывание газа (область 1), в промежутке от 11 до 1в — сжатие газа (область 11), от 1в до 14 — выхлоп (область 1!!), затем цикл повторяется вновь. Кривые 1 и 3 представляют собой соответственно зависимости объема и дав- 82 пения в рабочей камере от времени. Кривая 2 соответствует изменению давления в режиме работы с напуском балластного газа в момент времени 1г Балластный газ напускается при откачке паров воды или органических растворителей, давление насыщенных паров которых рг при рабочей температуре в насосе находится в промежутке от предельного давления р, до максимального выпускного давления. Напуск балластного газа снижает степень сжатия и предотвращае пр т конденсацию откачнваемых паров в объеме насоса.
Геометрическая быстрота объемной откачки равна произведению объема рабочей камеры насоса на частоту циклов откачки и; 5,= = )гкп. Сопротивление входного патрубка уменьшает быстроту откачки. Согласно основному уравнению вакуумной техника (4.7), максимальная быстрота действия насоса 5 „= 5,11/(5„+ У), (4.10) где 1/ — проводимость входного патрубка насоса.
Реальная быстрота откачки окажется еще меньше из-за обратного потока газа в насосе. Обратный поток появляется вследствие перетечек газа и наличия вредного пространства в насосе, а в высоком вакууме — из-за диффузии паров рабочей жидкости из насоса в откачиваемый объект. Производительность откачки при молекулярном режиме течения газа равна разности прямого и обратного потоков: Я=О.-Я.б (4.11) ГдЕ Я=5пр~ ьбп=5глакр При р=р,р производительность откачки Я=О, что позволяет в этом случае, согласно (4.11), записать 4ь)об 4Зп = 5мккрор' Подставляя это выражение в (4.11), получим для любого р 5,=5 .,(1 — р„,/Р) (4.12) С учетом (4.10) это выражение можно записать в следующем виде: З„Гг 5„= " ~~1 — — ) =Ка5, Зт + ~ где К =(/(1 — р р/р)/(5г+ (/) — коэффициент подачи.
Реальная быстрота действия оказывается в Ка раз меньше, чем геометрическая быстрота откачки. Для увеличения быстроты откачки необходимо Увеличивать объем Рабочей КамеРы )тк и пРоводимость входного патрубка У. Частота циклов и имеет оптимальное значение, при превышении которого возможен перегрев насоса или 83 Выклбд )а » (4.16) А=А'+Р,У, — Р,У„ (4.14) (4.17) (4.18) незаполнение рабочей камеры откачиваемым газом. Современные насосы работают при и= 1400 об/мин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
