Розанов Л.Н. Вакуумная техника 1990 (1065500), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Ионный ток измеряется усилителем 3. Воздух вместе с галогенами, выходящими из камеры, засасывается в датчик вентилятором 4. Вакуумный датчик (рис. 8.10, б) подключается к вакуумной системе с помощью фланца 1 и содержит; так же как и атмосферный, платиновую спираль 3 и коллектор ионов 2, соединяемых через электрические выводы в вакуум в корпусе 4 с измерительным блоком 6, индицирующим течь стрелочным прибором или звуковым сигналом, и с источником питания 6. Технические характеристики течеискателей, выпускаемых промышленностью, приведены в табл. П.11. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какие Вы знаете абсолютные методы измерения газовых потоков? 2. Какие Вы знаете косвенные методы измерения газовых потоков? 3. Какие едкннпы используются для измерения газовых потоков? 4.
Как нзмернть пронзводнтельность вакуумного насоса? 8. Каине существуют методы теченсканкяг б. Каковы преимущества н недостаткн кспользованкя в течексканнк пробных жидкостей н газов? т. Определить требования к пороговой чувствительности течеискателя для проверкн герметичности объекта объемом 1 л, если допустимое повышение давления 1О-' Па прк хранения его в нормальных условиях в течение суток. 8. Определить требования к пороговой чувствнтельнсстн течеискателя для проверка герметичности объекта, снабженного насосом с быстротой откачки 1О л1с, если в откачнваемом объекте должно поддерживаться давление 1О-'Па. 185 Рю/Ре 9.
Как можно повысить чувствительность масс-спектрометра при работе в режиме течеискателя? 1О. В чем преимущества и недостатки атмосферных и вакуумных датчиков галогенных течеискателей? Рассмотрим молекулярный режим течения газа, когда С постоянная Разделяя перемен ные и интегрируя уравнение (9.4) в пределах от ре до р, и от О до х, получим ГЛАВА 9 СТАЦИОНАРНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЪ| ВАКУУМНЪ|Х СИСТЕМ 8 9.1. Распределение давления в вакуумной системе Я=С вЂ”, бр дх (9.1) где С вЂ” коэффициент пропорциональности, Будем считать, что трубопровод по всей длине имеет постоянную форму поперечного сечения с периметром П, а газовыделение с единицы поверхности равно д.
Тогда дифференциальное уравнение баланса массы можно записать в виде бО(х) (9.2) дх при граничных условиях Я=1,1о, х=1 (рис. 9.1). Газовый поток в различных сечениях трубопровода может быть найден в результате интегрирования (9.2): а=4(1-х) П-)-ао. (9.3) Исключая Я из уравнений (9.1) и (9.3), получим дифференциальное уравнение стационарной откачки; С вЂ” =д (1 — х) П+О . бр дх 5 ря зн ЗФ Р и с.
9.1. Простейшая вакуумная система (9.4) Для стационарного режима характерно постоянство во времени потоков и давлений во всех сечениях вакуумной системы. Газовый поток не остается постоянным по длине вакуумной системы, а увеличивается от одного элемента к другому за счет натекания и газовыделения. Для расчета распределения давления по длине вакуумной системы запишем дифференциальное уравнение баланса сил в трубопроводе: С(,,-Р,1= =4П ~х1 — — "1+()сх, 2! (9.5) откуда следует выражение для распределения давления по коор- й динате х Р и с.
9 2. Распределение давле- дП !' хт '1 ~ х ния по длине трубопровода: Р =Р!! С 1 — — ) г —,ьгс' при молекулярном режиме: г — о 0: С?жео: т — Ое с; о 0'. при нянкоетном (9 б) Режиме: э — о о; ОВФО; е — ~',е о; оем' Примеры такого распределения даны на рис. 9.2 (кривые 1 и 2). Давление рт при х=1 можно записать как Р =Р+ — 10о+ — ~. ! 2 оп! т С '1 (9.7) Если Яо»дП1/2, то влиянием собственного газовыделения трубопровода на распределение давления можно пренебречь. Обозначая С/1=11, с учетом сделанного допущения (9.7) можно преобразовать к виду а=и(Р, Р,), (9.8) аналогичному (3,38). Распределение давления в этом случае становится линейным, а газовый поток постоянен во всех сечениях вакуумной системы: 11= Рклл = Рту н = Рсо еф.
(9.9) Из (9,8) и (9.9) следует основное уравнение вакуумной техники (4.7) я 8нер 3„+и ' Вводя в основное уравнение коэффициент использования насоса Кя=Юнф/Юн получим полезные соотношения (4.8) и (4.9): К„=- Я„+ 1! У=Я„ Ки 187 Рассмотрим вязкостный режим течения газа по трубопроводу, когда проводимость трубопровода прямо пропорциональна давлению газа, т. е. С=И=Сюр Используя такие же преобразования, как и прн выводе уравнения (9.6), найдем давление в произвольном сечении: 2 2суП ! хю ! 2х Р (х) Р!+ — 1Х вЂ” — + — 11ю Сю ~ 2 ) Сю (9.10) Примеры распределения давления по длине трубопровода при вязкостном режиме течения даны на рис. 9.2 (кривые 3 и 4).
При х=1 давление на конце трубопровода, соединенного с откачивае. мым объектом, С ~ 2 (9,11) 9 9.2. Соединения арматуры и откачиваемых объектов Арматура (коммутационные элементы, ловушки, трубопроводы) и откачиваемые объекты, соединяясь друг с другом, образуют сложные вакуумные системы. Место соединения двух элементов и более называют узлом вакуумной систем ы. В узле сумма газовых потоков, проходящих через все К соединенные каналы, равна нулю, т. е. К „'Ее=о (9.15) 188 Зависимость давления от длины трубопровода при вязкостном режиме течения в случае 1,"1ю)) — параболическая. Обозначая чт 2 11=Сю(Р!+Рю)У'(21), вновь получим уравнение (9.8). Давление р, можно найти из условия Яю=(72(рю — рг), где 1Ую — проводимость входного отверстия при соответствующем режиме течения. Давление р1 определяется характеристиками насоса.
Если принять теоретическую зависимость быстроты откачки насоса Я„от давления в виде функции В„=В„(1 — р„,!'р!1, (9.12) где Зю,— номинальная быстрота действия насоса; р,р — предельное давление насоса, то рабочее давление насоса Р = 0 0 (9.13) зю ююс(! Рюр!Р!) Решая это уравнение относительно р!, получим Р =Рс,+~И..
(9.14) Если в узле находится вакуумный насос, то (9.15) можно переписать в виде К-1 ')'„!',1! = Я„р„, (9.16) ! 1 где Зю и Р— быстрота действия и давление насоса. При наличии в вакуумной системе нескольких узлов для каждого нз них Р "ю 9.8. Паралдюльааю сююдиможно записать уравнение вида кение тРУбопРоводов (9.15). Решая систему алгебраических уравнений, можно определить давления во всех узлах вакуумной системы. Параллельное соединение трубопроводов (рис.
9.3) позволяет увеличить поток газа между двумя соседними узлами вакуумной системы. Давления р! и рю на концах всех трубопроводов одина. ковы, а суммарный поток, который протекает между узлами, с учетом (9.8) к ю Я =,''У Ф=(р — Р,) ~ (7, 1-! 1-! где Я1 — поток, протекающий через 1-й трубопровод. Расчетную схему вакуумной системы можно упростить, считая, что узлы связаны одним эквивалентным трубопроводом проводимостью 11: к и='~ и, (9.17) 1-1 При обобщенном молекулярно-вязкостном режиме течения газа при постоянной температуре и молекулярной массе проводимость трубопровода является функцией давления и геометрических размеров трубопровода: А)13 Всгю -à — Рсрс (9.18) 11 1! где А,  — постоянные; !1 и 1 — диаметр и длина трубопровода; Р р — СрЕдНЕЕ даВЛЕНИЕ В трубОПрОВОдЕ: рср=(р1+рю)/2.
Перепишем (9,17) с учетом (9.18): АКю ВН '11 с!~ — + — р,р-— -А ')„'— +Вр, ~ — '. (9.!9) 1-1 1-1 1 Записывая равенство коэффициентов в левой и правой частях !89 (9.19) при одинаковых степенях р,р, получим два уравнения 4»г 4»! е4 1-! 1-1 из которых можно найти диаметр с( и длину 1 эквивалентного трубопро- Р» Рг вода. и и Последовательное соединение эле- 21 4! ментов (отверстий и трубопроводов) Рис. 9Л. Последовательное показано на рис. 9.4.
При одинаковом потоке газа во всех элементах можно соединение трубодраводов записать Ч(/ =Р; — — Ра (9.20) Складывая все и уравнений системы (9.20), получим 1 ! 1, 1 (ч/~ — + — +" + — + + — )=Рг — Р ° (»1 (гг ( 1 ('л I Для всей системы последовательно соединенных элементов можно также записать (9.21) (//(/ — Рь Ры Сравнивая (9.20) и (9.21), получим, что общую проводимость последовательно соединенных элементов можно рассчитать по формуле (9.22) (/= ~~~~ (1/(г») 1 1 Для расчета сложных вакуумных систем методами механики сплошной среды сделаем следующие допущения; 1) при последовательном соединении элементов с различными диаметрами условных проходов в местах суженая проходного сечения возникают дополнительные сопротивления потоку газа; 2) места раса»иренин проходного сечения в вакуумных системах дополнительного сопротивления потоку газа не оказывают.
При молекулярном режиме течения система последовательно соединенных отверстий и длинных трубопроводов может быть заменена эквивалентным отверстием, подключенным к бесконечно большому объекту. Для системы, показанной на рис. 9.4, с учетом того, что проводимость круглого отверстия (/ы =Сд»/(1 — д» /д»), где С вЂ” постоянная, д» вЂ” диаметр отверстия, »»» ! — диаметр пре- 190 дыдущего элемента, а проводимость длинного трубопровода (/~2= =А»!»2/!н согласно (9.22), получим 1 ! — иве! 1 — е» 1/л» 21 2 2 2 с»»1 = сег + "+ с4»г +" + т 1 l а здесь пг — число сужений трубопровода; и — число трубопроводов в системе.
Решая записанное уравнение, можно найти диаметр д отверстия, проводимость которого равна проводимости сложной системы последовательно соединенных элементов. При вязкостном режиме течения также можно определить размеры эквивалентного трубопровода. Если пренебречь сопротивлением отверстий, то систему уравнений (9.20) можно переписать с учетом общей формулы проводимости трубопровода при постоянной температуре (/»=ВН,4(р, 1+р,)/(2Ц в следующем виде: 211 г 2 =Р»-1 — Р ° Ве4 Сложив все уравнения, получим 2() Г!! 1,, !л! 2 е» +'''+ 14 +''' 1 е» ~ Р1 Рл ! 1 О откуда следует, что диаметр д и длина ! эквивалентного труба.
провода должны удовлетворять условию + 1 + + л Е» Е4 ''' »4 ''' !4 (9.23) ! ! л Задаваясь длиной эквивалентного трубопровода 1, из (9.23) можно определить его диаметр»!. Параллельное соединение откачиваемых объектов к одному насосу (рис. 9.5, а) часто применяется при откачке небольших приборов. Записав уравнение (9.15) для узла с давлением рь, найдем 2~ ча(ль+(Го) Рь= ч (г (9.24) х„(г, Давление в любом откачиваемом объекте р» зависит от рг. Согласно (9.8), получим Р» =Я»/(/1+ Рь (9.25) Для последовательного соединения откачиваемых объектов .(рис.
9,5, б) давление рд определяют по формуле (9.24), а давлю 19'4 Я»ньл~~~'-'Я-'-'д-'-~ ~ 5н Рл » Р»»(ьР» Й Н Р! Рл Р» »»1 Р и с. 9.6. Соединения откачиваемык объектов: а — параллальноа; б — послалоаатальноа; а— параллельно последонатальноа ~ч.; 0» Р Ро+, + и„' и,' давление в любом откачивае. » ",ь: ()1 р,=р',+ ~' =р»+1+ '-', + — "' . (9.27) СУ» К 9 9.3. Соединения насосов В вакуумных системах с большими газовыми потоками используют параллельное соединение насосов (рис. 9.6, а).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
