Розанов Л.Н. Вакуумная техника 1990 (1065500), страница 45
Текст из файла (страница 45)
10.7. Кривые откачки вакуултной камеры (У=0,1 м', Р= =1 м' Яо=б !О-' м'!с) при различных температурах вакуумной системы и откачиваемого объекта: ! — 998 К; У вЂ” 400 К; 8 БОО К; К 800 К Рис. 106. Кривые откачки вакуумной камеры объемом 0,1 мл н внутренней геометрической поверхностью 1 м' насосом с быст. ротой откачки б 1О-' ма/с: ! — беа учета десорбдии воды; У вЂ” с учетои десорбиии води После интегрирования уравнения (10.27) при 50=сонэ! получим, аналогично (10.23), г'=2,3 — '1а ~ — "" ), (10.30) 243 где рт„ н рт, — начальное н конечное давления воздуха без учета давления паров воды.
Уравнения (10.29) и (10.30) позволяют по известному времени откачки 1 определить конечное давление двух- компонентной смеси, равное сумме давлений сухого воздуха и паров воды. Согласно проведенным исследованиям, время откачки влажного и сухого воздуха при давлениях 10'...1О' Па практически совпадает, заметное влияние адсорбированных паров воды на время откачки вакуумных систем после напуска атмосферного воздуха проявляется при давлении ниже 10 Па, а при давлении меньше 10 ' Па время откачки двухкомпонентной смеси полностью определяется десорбцнонным газовыделением паров воды с внутренних стенок вакуумной камеры.
Пренебрегая наличием паров воды в составе остаточных газов, можно допустить большую ошибку при определении времени откачки. Например, на рис. 10.6 приведены кривые откачки вакуумной камеры при У,=0,1 м', Е,=! м', 5о — — 6 10 ' ма/с. При откачке от атмосферного давления до 10 ' Па реальное время откачки больше, чем рассчитанное без учета десорбцни паров водЫ в 10 раз, а при откачке до!О-' Па — в 100 раз.
Влияние температуры на время откачки показано на рис. 10.7, из которого видно, что для вакуумных систем с предельным давлением больше 10 †" Па нагрев вакуумной системы до 500 К позволяет существенно сократить время откачки и не учитывать присутствие паров воды в составе остаточных газов при определении времени откачки. В том случае, когда (/ зависит от давления р, /г/=У( — 1д ~' +" + — 1д ш +...+ — 1д ~" 1, (10.34) ~ //1 Рг //г Рг-' г (/п Рпг-г / где (/и ..., (/ь ..., (/, — среднее значение в соответствующих диапазонах давления.
$10.4. Расчет времени откачки распределенных вакуумных объектов х ехр — — (2й — 1) т1, аг г 4 где т=И//г= — ; У=Я вЂ” объем трубопровода. (// Для т' з0,1 и к=О уравнение (10.31) можно упростить; 4 / пг р= р,— ехр~ — — т) . и ( 4 (10.32) Отсюда следует выражение для времени снижения давления от р1 до рг в закрытом сечении трубопровода: Ыы — "' 15 — ". = и (10.33) Определим время откачки в нестационарном режиме для трубо- провода с распределенным объемом без учета газовыделения с его стенок. Один конец трубопровода закрыт заглушкой, а другой присоединен к насосу с очень большой быстротой откачки, т. е. в открытом сечении трубопровода давление можно считать равным нулю.
Разность газовых потоков, проходящих через сечения трубо- провода, отстоящие на бх, определяет скорость удаления газа: Рбх — = — (/1 — +И ~ — + — бх), др др / др дгр д/ дх ~ дх дхг где г" — плошадь поперечного сечения трубопровода; (/, 1 — прово- димость и длина трубопровода. Записанное выражение после сокращения можно представить в виде дифференциального уравнения — = — (где г)=(/1/г), др дар д/ дхг имеющего следующие начальные и граничные условия: 1=0, р= =рб х=О, бр(бх=О; х=1, р=О, Решение этого уравнения: р = р, — ~~ соз — (2й — 1) — Х (10.31) х! и «~ (2а — 1) ~2 2 10.5. Расчет форвакуумных баллонов При последовательном соединении вакуумных насосов между ними можно устанавливать дополнительные откачиьаемые объекты, называемые фо р вакуумными баллона м и.
Форвакуумный баллон позволяет во время работы установки выключать на длительное время насос предварительного разрежения. Поток газа, откачнваемый высоковакуумным насосом, попадает в форбаллон и увеличивает давление в нем от минимального р„которое достигается при работающем форвакуумном насосе, до максимального р„близкого к максимальному выпускному давлению высоковакуумного насоса. Промежуток времени, в течение которого может быть отключен форвакуумный насос, удобно выбирать равным времени стационарного режима работы установки.
Если весь поток газа, проходящий через высоковакуумный насос, идет на повышение давления в форбаллоне, то можно записать уравнение сохранения массы Е' = 1/ (р, — р,) где Уе — объем форбаллона; 1' — время работы после отключения форвакуумного насоса. Объем форбаллона из полученного уравнения Уо —— (10.35) рк — ггпу Здесь р„=(0,3... 0,5) р.; р„= ~ики где р,— максимальное выпускное давление высоковакуумного насоса; 5„— быстрота откачки форвакуумного насоса; ʄ— коэффициент использования вращательного насоса при откачке форбаллона до давления р„.
Если в форбаллоне расположить адсорбент, количество поглощенного газа в котором А =Ктрв, где Сг — насыпной объем адсорбента, м', р — давление, Па, А— количество поглощенного газа в м'Па; Кг — коэффициент ад. сорбции при температуре Т (для активированного угля СКТ 245 Кунз=10У...10', Куу=!0'...10'), то уравнение для расчета форбаллона с адсорбентом записывают в таком виде: Фн = Уф (Рн — Рн)+ КР (Рн — Рн), откуда ОУ" — К уо (Рн — уун) (10.36) Ф Рн — Рн где 1" — время работы форбаллона с адсорбентом. Если весь форбаллон заполнен адсорбентом, то 0=Уз.
С учетом пористости адсорбента е уравнение сохранения массы (~Ф"= =еУф(Рн Рн) +КуУф(Рн — Рн), откуда объем форбаллона Еун Уе —— (Рн — рнНКг + н) Сравнивая (10.35) и (10.37), можно определить, во сколько раз увеличится продолжительность работы форбаллона при его заполнении адсорбентом 1'/1"=К+а, где К и 1" — соответственно время работы форбаллона с адсорбентом и без адсорбента.
Для 7=293 К Кудн= 10; е=О 5; 1 1$ = !Он. Для 7=77 К Куу= 10 а=0,5; 1'он=10'. Таким образом, применение адсорбента в форбаллоне при комнатной температуре уменьшает его.объем в 10' раз, а при тем. пературе жидкого азота — 1О' раз. (10.37) $10.6. Методика проверочного расчета Проверочный расчет вакуумной системы в нестационарном режиме работы для определения времени откачки часто выполняется для вакуумных систем, спроектированных из условий стационарного режима работы.
Необходимость такого расчета возникает также при проектировании новых вакуумных систем, работающих только в нестационарном режиме, в связи с малой точностью проектировочных расчетов. Для такого расчета в качестве исходных данных следует задать: 1) вакуумную схему установки; 2) характеристики насосов: быстроту действия, предельное давление, давление запуска; 3) характеристики арматуры и трубопроводов; размеры и проводимости; 4) характеристики откачиваемых объектов: размеры и объем; 5) суммарное газовыделение и на|екание при нестационарном режиме работы; 6) рабочее давление.
Порядок расчета: 1) проверка условия квазистационарности; 2) построение графиков эффективной быстроты откачки насосов в откачиваемом объекте и быстроты натекания; 3) расчет времени откачки объекта до рабочего давления. Условие квазистационарности (10.1) проверяется по характеристикам откачиваемого объекта и трубопроводов, которые имеются 246 в исходных данных. В результате проверки этого условия уточняется характер нестационарного режима работы, что оказывает влияние на выбор расчетных формул для определения времени откачки. При квазистационарном режиме откачки сосредоточенных объемов можно пользоваться формулами (10.25) и (10.29), а прн откачке вакуумных систем с распределенным объемом — формулой (10.34).
Для определения времени откачки строят графики эффективной быстроты откачки всех насосов ~н! уу ~н, + гг! в зависимости от давления для сечений входа в откачиваемый объект; 5„— быстрота действия насоса (в зависимости от входного давления задается в виде графика); (7у — проводимость вакуумной системы от Ого насоса до откачиваемого объекта (определяется по характеристикам арматуры и трубопроводов из исходных данных и в общем случае также является функцией давления). Затем строят график быстроты газовыделения и натекания Зч=Я/р, который в логарифмических координатах, если Я не зависит от давления, имеет вид прямой линии. При выполнении условия квазистационарности расчет ведется по формуле (10.25) с разбивкой на участки с постоянным 5,э в соответствии с рис. 10.5.
Если условие квазистационарности не выполнено, то в молекулярно-вязкостном и вязкостном режимах пользуемся графиком (7(р), разделяя его на участки рь „Ру+у, внутри которых используется среднее значение (7,; расчет ведется по формуле (! 0.34) . Расчет времени работы форбаллонов без адсорбента осуществляется по формуле (10.35), которую можно представить в виде (0,5Рн~нКн — О) УЕ (10.38) йузнАн Если форбаллон полностью заполнен адсорбентом, то из (10.37) получим время работы форбаллона: (ПЛР,— ОЛХ„Кн)1(КГ+ ) Уф 0 (10,39) где Ку и е — постоянная адсорбнруемости и пористость адсорбента.
9 10.7. Методика проектировочного расчета Задачей проектировочного расчета вакуумной системы в неста- ционарном режиме является выбор откачных средств, арматуры и 247 размеров трубопроводов из условия обеспечения заданного времени откачки от начального до рабочего давления, при котором осуществляется стационарный режим работы. Исходными данными для расчета являются; 1) начальное и конечное давления в откачиваемом объекте рз и р,; 2) характеристики откачиваемого объекта: объем г', диаметр и' и длина 1; 3) время откачки в нестационарном режиме 1„; 4) дополнительные условия. Вакуумную схему выбирают в зависимости от требуемой степени вакуума, определяемой по рабочему давлению и диаметру откачиваемого объекта.
Если для откачки до рабочего давления требуется несколько насосов, то общее время откачки должно быть распределено между всеми насосами, Для выбора номинальной быстроты действия насоса примем, что существует квазнстационарный режим работы вакуумной установки. В области низкого вакуума, воспользовавшись формулой (10.23), получим, что для снижения давления от р~ до рз в камере объемом Г за время Ыз требуется насос с номинальной быстротой действия Ю вЂ” 23 1К Рз (10.40) Рз где р; — начальное давление (обычно равно атмосферному); рз— граничное давление в откачиваемом объекте между вязкостным и молекулярно-вязкостным режимами. Коэффициент использования насоса К„, в области низкого вакуума — величина переменная из-за зависимости проводимости элементов вакуумной системы от давления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
