Розанов Л.Н. Вакуумная техника 1990 (1065500), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Для расчетов с запасом принимаем для Киз минимальное значение, соответствующее стационарному режиму течения при давлении рз. Методика выбора оптимального К„по эффективной быстроте откачки и числу элементов на участке вакуумной системы от насоса до откачиваемого объекта изложена в гл. 9. В качестве эффективной быстроты откачки приближенно может быть принято значение, определенное по формуле (10.40) при Киз — — 1.
В области среднего вакуума давление изменяется от рз до рз. Коэффициент использования насоса К„, определяется с запасом при давлении р, и соответствует молекулярному режиму течения газа. Номинальную быстроту действия насоса определяем по формуле, аналогичной (10.40): (10.41) аззКиз Рз В области высокого и сверхвысокого вакуума за время Ыз 248 откачки осуществляется от давления рз до давления р,, которое равно рабочему давлению, заданному в исходных данных. Номинальная быстрота действия насоса может быть определена из уравнения 1а— 2,3У Рз иззКиз Р» (10.42) где К,з — коэффициент использования высоковакуумного насоса, определяемый по методике, изложенной в гл.
9. Общая проводимость между насосом и откачиваемым объ- ектом Кц ~аз' ~ — Киз (10.43) где) — номер соответствующего насоса. Определенное по формуле (10.43) значение общей проводимости У,1 соответствует давлению рз — нижней границе вязкостного режима течения в откачиваемом объекте, У,з — давлению рз —. нижней границе молекулярно-вязкостного режима течения в откачиваемом объекте. Далее выбор элементов вакуумной системы не отличается от уже рассмотренного прн стационарном режиме. Общая проводимость выражается через проводимости последовательно соединенных элементов, Разрабатывается компоновочная схема, из которой определяются длины трубопроводов. Выбирают стандартные элементы — клапаны, ловушки. По проводимостям и длинам трубопроводов находят их диаметры. В случае необходимости проектируют нестандартные элементы, составляя их эквивалентные схемы из элементов с известными проводимостями.
После определения размеров трубопроводов необходимо найти их объем и проверить принятое условие квазистационарности (.10.1). Объем форбаллона из условия его работы в течение всего времени существования стационарного режима можно определить, воспользовавшись формулой (! 0.35); Ф. 0,8р, — 0, (Я„К„) (10.44) где р,— максимальное выпускное давление предыдущего насоса; Би, Ки — быстрота откачки и коэффициент использования последующего насоса. В том случае, если объем, рассчитываемый по формуле (10.44), соизмерим с объемом трубопровода, то от применения форбаллона можно отказаться. Если величина объема велика, соизмерима с размерами вакуумного агрегата, то можно применять форбаллон с адсорбентом, объем которого определяется по формуле 249 Таблица!1,1 Фе [уев [О 5рв — (7!(ЗиКи)1 (Кг + е> Температура, 'С Температура, 'С Материалы Митериелы 000 20 КОНТРОЛЪНЫЕ ВОПРОСЫ 10Б 1От !о 1О"е 10-1 10 в 10-' 1О ' Ртуть 11инк Индий Золото 10-' 10 " 10 'е Серебро Олово Алюминий Медь (10.37), которую в данном случае можно записать в виде где Кг н а в постоянная адсорбируемости и порнстость адсорбента.
1. В чем отличия между стационарным, квазистационарным и нестационарным режимамн работы вакуумных установок? 2. Каповы источники газовых нагрузок при работе вакуумной системы в нестационарном режиме? 3. Каково влияние паров воды на время откачки вакуумных систем? 4. При иаких условиях при расчете диффузионного газовыделения реальное тело может считаться бесконечным в направлении диффузии? 5. Чем определяется время задержки прн газопроннцаемостн? 6. Что такое условный диаметр течи? 7. Зачем применяется прогрев стенок вакуумной камеры перед ее откачкой? 8. Каково назначение форвакуумного баллона? 9. Зачем адсорбент размещают в форвакуумном баллоне? 10.
Каковы задачи проверочного и проектировочного расчетов вакуумной системы, работающей в нестациоиарном режиме? ГЛАВА 11 КОНСТРУИРОВАНИЕ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ $11.1. Конструкционные вакуумные материалы Конструкция вакуумных систем во многом определяется свойствами используемых материалов. В дополнение к обычным требованиям — прочности, технологичности, легкости и т. д. — вакуумная техника выдвигает к конструкционным материалам ряд специфических требований: 1) упругость паров материала при рабочей температуре должна быть значительно ниже рабочего давления; 2) газовыделение материала при рабочем давлении и температуре должно быть минимальным; 3) газопроницаемость материала в рабочих условиях должна быть минимальной; 4) вакуумная герметичность при малых толщинах; 5) коррозионная стойкость; 6) отсутствие ползучести вплоть до температур 500 †6'С; 7) немагнитность. Если упругость паров материалов при рабочей температуре больше или равна рабочему давлению, то это приводит к интенсивному распылению указанного материала и нежелательному образованию напыленных слоев на поверхностях различных деталей, например изоляторах электрических вводов и т.
д, 250 давление насыщенных паров конструкционных вакуумных материалов при раааичных температурах В табл. 11.1 приведены упругости паров некоторых конструкционных материалов при двух характерных для вакуумных систем рабочих температурах. Если латунь разогревать в высоком вакууме до температуры 500'С, то входящий в ее состав цинк испаряется и образуется пористый газопроницаемый материал. Наличие в вакуумной системе смазок и масел ограничивает возможности получения низких давлений (см. табл.
2.6). Газовыделение материалов при рабочем давлении и температуре определяется наличием в объеме материала растворенных газов, а на поверхности — адсорбированных. Для удаления газов, растворенных в металлах, применяют их переплав под вакуумом. Поверхности вакуумных материалов должны быть тщательно очищены от загрязнений, являющихся дополнительным источником газовыделения. Для улучшения условий очистки внутренние поверхности элементов вакуумных систем желательно обрабатывать до средней высоты микронеровностей 5 ... 10 мкм для высоковакуумных и 0,5...1 мкм для сверхвысоковакуумных систем.
Газовыделение конструкционных вакуумных материалов (табл. 11.2) зависит от способа предварительной обработки. Эффективным способом уменьшения газовыделения является высокотемпературное вакуумное обезгаживание, уменьшающее концентрацию газов, растворенных в объеме материала. Уменьшения газовыделения водорода из нержавеющей стали можно добиться созданием оксидных пленок или нанесением покрытия из алюминия, серебра, меди и т. д, Наличие поверхностной пленки затрудняет переход растворенных атомов из кристаллической решетки на поверхность, что при неизменной концентрации растворенных газов значительно снижает газовыделение.
Гаэопроницаемосгь материала в рабочих условиях свойственна многим материалам, но в некоторых случаях она особенно велика. Так, серебро пропускает кислород; железо, никель, платина, палладий — водород; стекло — гелий и водород; резина — гелий, во- 251 Таблица !1.2 Газовыделеиие нержавеющей стали Скорость газовыдезенк», ме Па)(с м') Время с начала откачки, ч Способы обработки ш зр Без обработки Механическая полировка Ультразвуковая очистка Хонингованне стеклянными шариками Химическая очистка Химическое полированне Электролитическое полирование Вакуумное обезгаживание при 300'С н течение 2 ч Высокотемпературное вакуумное обезгаживанне Окисление на воздухе при 7=450'С Покрытие алюминием 410' 4 10"' 410' 410 ' 10 — з 7 10 1 ° 1О ' 210' 2 1О-в 4.10 " 5ГОв 210' 2 10-' 110' 210' 110' 310 ' 510' 810 ' 410 ' 810 ' 210' 2 10-в 310 ' 310 г 1.10-в 4.10"' 2 10-г 1О 710" 5 10 дород и азот. Проницаемости некоторых вакуумных материалов представлены в табл.
11.3. Таблица!13 Газопроницаемость вакуумнык материалов при различных температурах (толщина стенки ! мм, перепад давлений 1 Па) Проннпае- масть, м' Па.мм/ (м'с Па) Проннпае- мость, м' Па мм( (м' с Па) Газ Матернвлы Газ Материалы Температура, с Температура, с взо 252 Железо Железо Палладий Медь Серебро Кварц Кварц Стекло С47-1 Стекло С89-2 Стекло С38.1 Нз !'[з Нз Нз Оз Нз Не Не Не Не 10-в 10 " 10-7 10с Ы 10 — йз 10 " 1О " 1О-'з 10-(з 10-зз 10 в 10 — з 10-ь 1О ' 10 ' 10-(о 10 ' 10-' 10-зз 10 в Резина 7889 Резина 9024 Резина ИРП-1015 Фторопласт-4 То же Полиэтилен То же Хз Хз Мз мз Оа Не Нз Нз НзО Не 10 в 10 ' 1О в 10-в 10 10-в 10 ' 1О-а !о 10-в Вакуумные материалы при малых толщинах должны быть герметичны. Литые материалы чаще всего не удовлетворяют этим требованиям,так как обладают пористой структурой.
Листовой и сортовой прокат имеет неодинаковые вакуумные плотности в различных направлениях. Шлаковые включения образуют волокна в направлении деформации материала при его обработке. Негерметичность таких волокон часто можно обнаружить только после прогрева в вакууме. Ремонт деталей, в которых обнаружены такие течи, практически невозможен, так как припой не смачивает шлаковые включения, а при разогреве во время сварки из них выделяются газы, образующие поры. При проектировании тонкостенных деталей нужно следить за тем, чтобы шлаковые волокна не были направлены поперек стенки, например при проектировании днищ нежелательна замена листового проката сортовым и т. д. Наилучшей вакуумной плотностью обладают металлы, подвергнутые вакуумному переплаву. Коррозионная стойкость необходима вакуумным материалам в связи с тем, что коррозия увеличивает газовыделение материалов, уменьшает прочность тонкостенных деталей, сопровождается появлением натеканий.
Требования к коррозионной стойкости материалов особенно велики при создании сверхвысоковакуумных установок, которые должны регулярно прогреваться при температуре 400...600'С. Медь, например, при такой температуре в воздушной среде настолько быстро корродирует, что ее нельзя применять в качестве материала для изготовления часто прогреваемых деталей, соприкасающихся с атмосферой. Нагруженные детали прогреваемых вакуумных установок не должны обладать заметной ползучестью вплоть до максимальных рабочих температур 600 ...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
