Расчёт вакуумных систем технологического оборудования (1074260), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Проверочный расчет должен подтвердить правильность размеров тру­бопровода и типоразмера насоса, т.е. гарантировать условие (5), сог­ласна которому реальная быстрота откачки будет не меньше требуемой, опpeдeлeннoй по Формуле (1).

2.7 Выбор насоса высоковакуумной откачки.

Если окончательная откачка происходит в сверхвысоком вакууме, то есть при давлении Р<10^-4 Па, т.е. вакуумная система, как правило, имеет три вида насосов сверхвысоковакуумные, высоковакуумные и форвакуумные.

В этом случае расчет вакуумной системы помимо выбора средств окончательной (сверхвысоковакуумной) откачки должен включать выбор средств и расчет трубопроводов высоковакуумной откачки, которые про­изводятся аналогично. Так быстрота откачки высоковакуумной системы должна обеспечивать:

(16)

где:P_P - минимальное рабочее давление высоковакуумного насо­са, Па, (табл.7).

Требуемая быстрота действия насоса и проводимость трубопровода определяется аналогично методике приведенной для этапа 4. Рекоменду­ется выбирать S_Н из соотношения:

Типоразмер (марка) насоса определяется по данным табл.7. Пра­вильность выбора насоса уточняется при проверочном расчете быстроты откачки реципиента после выбора размеров высоковакуумного трубопровода.

2.8Определение размеров трубопровода высоковакуумной откачки

Этот раздел расчета аналогичен этапу 5.Выделяется расчетная схема высоковакуумной откачки (см.рис.11).

При штенгельной откачке ЭВП обязательной частью высоковакуумного трубопровода является штенгель (рис. 11а), размеры и проводимость которого в молекулярном режиме течения газа определены на этапе 5. При штенгельной откачке ЭВП общая проводимость трубопровода, определяемая в соответствии с формулой (7), может быть принята рав­ной проводимости штенгеля см. Формула (14). Поскольку размеры штенгеля известны, размеры остальной части трубопровода выбираются ана­логично методике данной для этапа 5.

При бесштенгельной откачке ЗВП (рис.11б) или откачке камер тех­нологического оборудования высоковакуумный трубопровод обычно подво­дится к камере в стороне от сверхвысоковакуумного трубопровода.

При бесштенгельной откачке реципиента размеры L_В=L и d_В=d, свя­занные с заданной проводимостью U выражением (6) выбираются анало­гично этапу 5.

Рис.11. Расчетные схемы высоковакуумной откачки (сверхвысоковакуумных установок): а) ЭВП на откачном посту; б)ЭВП при бесштенгельной откачке.

2.9Определение типоразмера форвакуумного трубопровода

Форвакуумный насос в соответствии с выбранной вакуумной схемой должен быть согласован по производительности с насосом окончательной откачки

<22)

S_НS_Оф (17)

где Р_Вmax - максимальное рабочее давление высоковакуумного насо­са, Па;

Р_фmin - минимальное рабочее давление форвакуумного насоса, Па;

S_Н, S_Оф - быстрота действия форвакуумного насоса и быстрота откач­ки объекта этим насосом, м³с^-1.

Рекомендуемая быстрота действия насоса:

S_Н1,5Q/P_Ф , (18)

где р_ф- выбранное давление форвакуумного насоса.

Типоразмер (марка) форвакуумного насоса выбирается на основании величины по данным табл. 7. Правильность выбора уточняется при про­верочном расчете быстроты откачки после выбора размеров трубопрово­да.

2.10Определение размеров трубопровода форвакуумной откачки.

Выделяется расчетная схема форвакуумной откачки.

При штенгельной откачке ЭВП обязательный элемент Форвакуумного трубопровода - штенгель (например рис.12а), лимитирующий быстроту откачки реципиента.

При бесштенгельной откачке (рис.12б) форвакуумный вакуумопровод обычно имеет постоянное сечение и может подводиться к объекту независимой линией.

Рис.12. Расчетные схемы форвакуумной откачки: а) ЭВП с золотником в области низкого вакуума; б) ЭВП при бесштенгельной откачке.

Длина форвакуумного трубопровода определяется конструктивным расположением форвакуумного насоса относительно реципиента и обычно колеблется в пределам 0,5 - 3 м. Ориентировочное значение диаметра может быть найдено из выражения:

d_Ф , м (19)

где V - объем откачиваемого объекта, м³;

L - требуемая длина форвакуумного трубопровода, м.

Найденное значение d_Ф(м) округляется до стандартного значения D_У (см. табл. 10.).

2.11Определение времени откачки.

Время откачки включает время, необходимое для достижения давле­ния, требуемого для проведения процесса обезгаживания, а также вре­мя, требуемое для достижения окончательного давления в ЭВП после обезгаживания катода (или время, требуемое для достижения рабочего давления в камере элионного оборудования после обезгаживания испари­телей в УВН, источников в МЛЭ).

Время откачки реципиента до начала процесса обезгаживания скла­дывается (см. рис.9) из суммы времен откачки форвакуумным t_Ф, высоковакуумным t_В и сверхвысоковакауумным (если он есть) t_СВ насосами от атмосферного давления до давления обезгаживания Рр, определенного на основе анализа техпроцесса. При откачке объекта от атмосферного дав­ления до давления обезгаживания происходит смена режима течения газа в трубопроводах и смена самих трубопроводов путем переключения кла­панов и затворов, поэтому общее время от начала откачки до начала обезгаживания определяется как сумма времен откачки по расчетным ин­тервалам. Время откачки в каждом из интервалов определяется как:

(20)

где: V - объем откачиваемого объекта, м³;

P₁ - начальное давление для рассматриваемого интервала от-качки, Па;

P₂ - конечное давление для рассматриваемого интервала откач­ки, Па;

-предельное давление насоса, Па

Q - суммарный поток газовыделения в рассматриваемый этап от­качки, м³Пас^-1;

S₀ - быстрота откачки на данном этапе, м³с^-1.

При ориентировочных расчетах величиной Q/S₀ можно пренебречь. Как видно из формулы (20), для расчета времени откачки в каждом из интервалов давлений неодолимо знать быстроту откачки реципиента и граничные давления интервала. Быстрота откачки реципиента опреде­ляется для каждого интервала давлений по формуле (15) соответствую­щими быстротой действия насоса и проводимостью трубопровода. Для этого для каждой из расчетных схем, по формулам (13) определяются граничные давления интервалов давлений, ограничивающие режим течения газа, по формуле 12, в зависимости от режима течения газа, опре­деляется проводимость участков трубопровода, затем по формулам 7,8 - суммарная проводимость трубопровода. Для того же интервала давлений из табл. 7 берется быстрота действия насоса. Очевидно, что для пер­вого интервала давлений при откачке от атмосферного давления: P₁ = 10⁵ Па, P₂ - граничное давление смены вязкостного режима на молекулярно-вязкостный в самом тонком участке трубопровода. При штенгельной откачке ЭВП таким участком является штенгель. Поскольку штенгель, как правило, является лимитирующем участком трубопровода, то в этом случае при ориентировочные расчетах можно быстроту откачки при­нимать равной проводимости штенгеля U_шт (т.е. S₀U_шт, если U_штS_H, U_штU₁, где U₁ - любой из остальных участков последовательно соеди­ненного трубопровода).

2.12Определение времени обеэгаживания.

Расчетное время обезгаживания t_обр, необходимое для удаления газов, сортированных и растворенных в материалах обращенных в вакуум реципиента уже было введено нами в формулу 2. Для поддержания потока газовыделения Q на максимально допустимом уровне (для ускорения процесса) нам нужно иметь практически безинерционную систему автоматического регу­лирования нагрева внутривакуумной арматуры и корпуса реципиента. Ре­альные реципиенты: - электровакуумные приборы, особенно крупногаба­ритные - такие как ЦЭЛТ, а также технологические вакуумные камеры обладают большой инерционностью нагрева и охлаждения. Кроме того, для стеклянных ЗВП, вследствие неравномерности нагрева, вызывающего заметные температурные градиенты, скорость нагрева ограничена растрескиванием изделий из-за возникновения внутренних напряжений.

Так, допустимая скорость нагрева ЭВП из стекла С93-1 составляет V_H=0,14 град/с, охлаждения V_ox=0,10 град/с, (при температуре обезгаживания T_ОБ=300-400 С).

Тогда время нагрева изделия до температуры обеэгаживания.

t_Н=(T_об-20)/V_H, с (21)

Время охлаждения:

t_ОХ=(T_об-20)/V_ОХ, с (22)

Для цельнометаллических реципиентов скорости нагрева и охлажде­ния могут быть резко (на порядок) увеличены. Технически это достига­ется использованием галогенных ламп. В то же время скорость охлаждения внутренней арматуры ограничена низкой теплопроводностью остаточных газов (теплопроводностью вакуума) и часто определяется только тепловой радиацией.

После обезгаживания арматуры в соответствии с технологической диаграммой проводится обезгаживание катода или испарителя, проводи­мое при более высоких температурах (700 - 1000° С) и давлениях Р_обк (Р_обк=(3-10)Р_об) и определяется особенностями техпроцесса:

(23)

где m_к - масса нагреваемых деталей катода (испарителя и матери­ала); g_к - газосодержание деталей катода (испарителя и материала).

(Для оксидных катодов газовыделение определяется скоростью разложения карбонатов)..

Суммарное время обеэгаживания реципиента составит

t_об=t_обр+t_Н+t_ох+t_обк (24)

После обезгаживания катода в ЭВП (или испарителя электронного, ионного источника в технологической установке) давление в реципиенте падает от величины Р_обк до величины Р_к (окончательного давления) за время t_к, которое рассматривается по Формуле 20 в которой принимается P₁=P_обк, Р₂₌Р_к. После достижения в ЭВП давления Р_К начинается отпай прибора, а в технологической элионной установке - техпроцесс обработки изделия.

Следует отметить, что подобный расчет процесса, когда давление при обезгаживании принимается постоянным является упрощенным.

Давление при обезгаживании системы может поддерживаться постоянным с помощью системы автоматического регулирования температур, которая автоматически увеличивается по мере уменьшения потока газовыделения с поверхностей обращенных в вакуум. Но надо помнить, что подобные системы не обеспечивают строго постоянного давления, а поддерживают его в заданных границах, выход на режим обезгаживания представляет сложный переходный процесс.

Обычно вакуумные системы обезгаживают при постоянной температуре, Тоб. Выход на эту температуру происходит за время tнагр (см. раздел) обеспечивающее сохранность (нерастрескивание) стеклянных и керамических деталей.

Расчет времени откачки с учетом процесса обезгаживания даст результаты близкие к реально достигаемым на практике цифрам, которые резко отличатся от расчета идеально обезгаженной системы.

Ниже на двух примерах рассмотрим аналитический и графический методы расчета времени откачки с учетом газовыделения стенок камеры при постоянной температуре. Оба расчета дают время откачки начиная с давления Ро при котором газовыделение со стенок начинает влиять на процесс откачки

Для проведения расчетов напомним основы физической адсорбции.

2.13 Расчет времени откачки с учетом процессов сорбции- десорбции

При рассмотрении физической адсорбции количество поглощенного газа обычно относят к единице поверхности твердого тела. Если вакантные места заняты молекулами, то говорят, что заполнение поверхности твердого тела равно одному монослою. Заполнение поверхности адсорбированным газом можно характеризовать коэффициентом покрытия .

Характеристики

Список файлов книги