Лекции ОВТ (1074277), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

Указанные выражения показывают, что понятие “степень вакуума" включает два компонента и в повседневной практике трудно сразу определить степень вакуума для каждого конкретного случая.

Примеры

1. При каком давлении P будет создан высокий вакуум в сосуде диаметром 40 мм ?

Т.к.. условие существования высокого вакуума Pd < 0.004 м*Па, то

1. Диаметр трубопровода 10 мм. Определить при каком давлении процесс откачки изменится с вязкостного (низкий вакуум ) на молекулярно- вязкостный (средний вакуум) ?

Т.к. условие существования низкого вакуума Pd > 1.2 м*Па, то смена режимов течения газа по трубопроводу произойдет при давлении

Чтобы избежать проведения постоянных расчетов на практике используют следующее “повседневное” деление вакуума по степеням:

1. Низкий вакуум 10⁵ Па-100 Па

2. Средний вакуум 100 Па-10^-1 Па

3. Высокий вакуум Р < 10^-1 Па

В вакуумной технике существует такое понятие «сверхвысокий» вакуум, но это понятие определяется уже другим критериям – способностью поверхности сохранять свою «ювенильность » (чистоту на атомарном уровне). Принято на практике:

4. Сверхвысокий вакуум Р < 10^-4 Па

Лекция №7

Основы процесса откачки. Термины и определения.

Простейшая вакуумная система, рис.14 состоит из следующих элементов:

1 – насос;

2 – вакуумопровод;

3 – реципиент (откачиваемый объём).

Символами обозначены:

Р₁ - Р₂ – движущая разность давлений, Па;

S₀=dV₀/dt – быстрота откачки рециниента

(объекта), м³с^-1;

S_H =dV_Н/dt – быстрота действия насоса, м³с^-1;

S=dV/dt – быстрота откачки (в рассматри-

ваемом сечении трубопровода), м³с^-1;

Q=d(PV)/dt – поток газа, количество газа

проходящего через рассматриваемое

сечение трубопровода в единицу времени,

м³ Па с^-1

W=(P₁-P₂)/Q – сопротивление трубопровода,

с м^-3

U=1/W=Q/(P₁-P₂) – проводимость трубопро –

вода, м³с^-1 . Этот термин более удобен

Рис.14 для расчётов и поэтому только он

. используется на практике.

Когда мы имеем дело со стационарным (постоянным во времени) или квадистационарным потоком, то для любого сечения трубопровода можно записать:

Q=P₁S₀=P₂S_H=PS

Вывод основного уравнения вакуумной техники.

Для стационарного режима откачки реципиента можно записать равенство:

Q=S₀P₁ =S_HP₂=U(P₁-P₂)

Это равенство может быть преобразовано в два выражения:

; .

Рассмотрим обратные величины полученных выражений:

;

Разница между первым и вторым выражением

даёт выражение называемое основным уравнением вакуумной техники, которое обычно записывается:

или

Это уравнение связывает параметры трёх основных компонентов вакуумной системы: быстроту действия насоса, проводимость трубопровода и быстроту откачки реципиента.

Расчёт времени откачки вакуумной системы .

Рассмотрим процесс откачки простейшей вакуумной системы, рис.15,

Рис.15

при этом V –объём реципиента (камеры); P – давление в откачиваемом объёме. За период времени dt количество откачиваемого через вакуумопровод газа составит:

dG₁=S₀ P dt

То же самое количество газа dG₂ = dG₁, вышедшее из камеры приведёт к уменьшению в ней давления на величину dP

dG₂= -dPV

откуда следует:

G₁=G₂=S₀Pdt= - dPV

После разнесения переменных:

В реальной вакуумной системе давление при откачки стремится не к нулю, а предельному давлению Р (см..рис.16), поэтому мы можем предыдущее выражение переписать.

Рис.16

Выведем уравнение для расчёта времени откачки объёма V от начального давления P₁ до конечного давления Р₂. Для этого возьмём интеграл от полученного выражения в интервале от P₁ до Р₂ :

после интегрирования получаем выражение:

которые в интервале от от P₁ до Р₂ может быть рассчитано как:

,

после преобразования

;

откуда после замены натуральных логарифмов на десятичные:

,

В последнем выражении , поэтому числитель логарифма может быть упрощён. Окончательно:

График изменения давления во времени удобно представлять в логарифмической шкале, где он описывается прямой линией, рис. 17:

Рис.17

Если мы учтём суммарный поток газов , выделяющихся из вакуумной системы (поток газовыделения + поток натекания + обратный поток), то уравнение для расчёта времени откачки примет вид:

Лекция №8.

Средства получения вакуума.

Имеются два пути получения вакуума: основной путь – использование вакуумных насосов и второй – использование ловушек, которые обычно служат для улучшения вакуума, получаемого вакуумными насосами.

Все вакуумные насосы удаляют газ одним из трех способов: отсекают определенный объем газа, сжимают его и выбрасывают в область высокого давления, другим способом обеспечивают откачиваемому газу достаточное количество движения, чтобы удалить его из вакуумной системы, либо забирают у газа это количество движения химически связывая или конденсируя его на поверхности.

В первом и втором случаях требуемое для переноса газа из камеры в атмосферу количество движения обеспечивается какой-либо рабочей субстанцией (поршнем, струёй газа или ротором, вращающимся с большой скоростью.

Во втором случае процесс управляемой сорбции обеспечивается присутствием в вакуумной системе сорбентов, поверхность которых реагирует с попадающими на неё молекулами газов. Если энергия сорбций превышает тепловую энергию молекулы, то последняя остаётся на поверхности. Этот процесс можно обеспечить либо выбором сорбентов с большой энергией сорбций (например, на основе титана T_i или циркония Z_r) либо охлаждая сорбент жидким азотом (до температуры 77 К), чтобы снизить тепловую энергию попавших на поверхность молекул.

В зависимости от степени вакуума все насосы, рис. 18, могут быть отнесены к следующим группам:

Рис.18

1. Насосы предварительного разряжения (форвакуумные насосы, служащие для получения низкого и среднего вакуума), область рабочих давлений 10⁵-10^-1 Па.

2. Высоковакуумные насосы (10^-1-10^-5 Па)

3. Сверхвысоковакуумные насосы (P<10^-5 Па)

Соотношение скоростей откачки насосов предварительного разрешения и высоковакуумных (сверхвысоковакуумных) насосов соединённых последовательно в одну линию, рис.18а, может быть определено из уровнения стационарного потока:

Q₁=Q₂=P_н S_н=P_фS_ф

где S_н - быстрота действия высоковакуумного насоса.

S_ф - быстрота действия форвакуумного насоса.

P_ф -давление на входе с форвакуумного насоса (или на выходе высоковакуумного насоса).

Рис.18а

Быстрота действия высоковакуумного насоса, последовательно соединённого с форвакуумным определятся:

Таким образом, если мы хотим согласовать быстроту действия , например, пароструйного диффузионного насоса, работающего при давлении P_н=10^-3Па, последовательно соединённого с форвакуумным имеющим параметры Р_ф=10² Па, S_ф=10^-4м³с^-1, то быстрота действия «согласованного» диффузионного насоса составит:

S_н =10^-4м³/с 10²Па/10^-1Па=10 м³/с

Если тот же диффузионный насос работает при максимальном рабочем давлении, составляющем Па, то его «согласованная» быстрота откачки составит:

S_н =10^-4м³/с 10²Па/10^-1Па=10^-1 м³/с.

Из приведённого примера видно, что если мы желаем обеспечить надёжную «согласованную» работу форвакуумного и высоковакуумного и высоковакуумного насосов, их согласование производят при максимальном рабочем давлении высоковакуумного насоса. Рассмотрим определения основных параметров вакуумных насосов.

-Предельное давление, Па – минимальное давление, создаваемое насосом на входном патрубке при длительной (более 10 часов) работе «на себя», (при закрытом впускном патрубке, когда быстрота откачки равна нулю).

S_H –Быстрота действия насоса, м³с^-1 – объём газа откачиваемый насосом в единицу времени при данном впускном давлении, S_H=dv/dt

P_{вп min} –минимальное впускное давление, Па, при котором насос обеспечивает паспортную быстроту откачки.

P_{вп max} –наибольшее впускное давление, Па, (давление на впускном натрубке) при котором насос обеспечивает паспортную быстроту откачки.

P_{вп max}- P_{вп min} –диапазон рабочих давлений насоса, Па.

Q_max= P_{вп max} S_H –максимальная производительность насоса, м³ Па с^-1

P_вып –выпускное давление (давление на выпускном патрубке насоса), Па.

Р_{вып max} – максимально допустимое выпускное давление насоса, при котором насос нормально работает.

Лекция №9

Вращательные насосы

(Механические “масляные” насосы)

Немецкий инженер Геде в 1911 году сконструировал два типа механических вращательных насосов (пластинчато-роторный и пластинчато-статорный) которые практически без существенных изменений используются до настоящего времени.

Принципы работы насоса заключается в том, что вращающийся ротор и неподвижный статор образуют замкнутый объём, увеличивающийся в размере и всасывающий газ. Для уплотнения движущихся частей насоса используют жидкости (вакуумное масло ВМ-4) с низким давлением насыщенных паров. Первоначально Геде пытался использовать ртуть, которую затем заменил на масло.

Характеристики

Список файлов лекций