Розанов Вакуумная техника 1990 (1248470), страница 45
Текст из файла (страница 45)
!0' , , г териала и его предварительной обработки, Конструктивным способом борьбы с диффузионРис, 103. Зависимость безразмерного потока ! иа границе газ — твердое те. ло и зффективности массообмепа 2 от выбоР матеРиалов, предварибезразмерного времени тельно прошедших обезгажи- вание при высокой температу. ре (более 1000сС) в печах вакуумного нли водородного отжига. Для материалов, не допускающих высокотемпературной обработки, используется их охлаждение в процессе работы. Рассмотренный случай газовыделения или газопоглощения относится к деталям, расположенным внутри вакуумной камеры.
Для стенок вакуумной камеры кроме нестационарного диффузионного газовыделения из объема материала наблюдается газопроницаемость — дополнительный поток, являющийся следствием разно. сти давлений газа в объемах, разделяемых перегородкой. Рассмотрим газопроницаесносго через стенку вакуумной камеры, имеющей форму неограниченной пластины, при несимметрич. ных граничных условиях. Будем считать, что концентрация газа в пластине и давление со стоРоны вакУУма зо и Рс, а со стоРоны атмосферы — 8, и р,.
Начальная концентрация газа в пластине ди дга Равна зо. МатематическаЯ фоРмУлиРовка задачи: — =0 —. д! дЕг Граничные условия: 5=0; 8(х,0)=зо; х=07 8(0,!)=8о; !=со; 8(х,оо)=(8,— 8,) — +8,; х=2й; 8(2й,!)=8. (10.11) Решение задачи можно записать в функции безразмерного времени т=Иг1Ь' мБЛ 0,0 1,00 0,0 0,75 0,4 0,50 0,2 0,25 0 0,2 0,4 0,5 0,3х,72Л 0,57 ! !5 1 а) 0! Рис 104 Газопроницаемость стенки вакуумной камеры л — распределение ксвнантрвннн, б — количество газа, выделнвмееск нз стенки в дл (О, !) (> (з, — рр) дх 2й тг ( — 1)" ехр ~ — — ~ . (10.13) 2 (кз ао) !.> Г пгйгт 3 2Ь к'а 4 ! Общее количество газа, проникшего в вакуумную камеру за время Г, е г ~ ! (аа — ао) т" + (ав — ао) Ь 2 3 о 4(кв ко)й ч~~~ ( 1) ! пгйгт з 0 1 ° ехр ( —— (10.14) лг йг и ! На рис. 10.4, а показано распределение концентрации газа в стенке вакуумной камеры, а на рис.
10.4, б — количество газа, выделив>пееся из стенки в вакуумную камеру за время т. При т>0,67 уравнение (10.13) можно упростить: (10.16) (10.12) (10.16) 239 ее и 8(Хз )=80-Г -1- г, ав — ио 2 (ав — ло) мч ( — 1) Х 2Ь и й й-1 йих ! игйгт 1 Хз)п — ехр)1 — — ~. 2Ь 1 4 Тогда скорость газопроницаемости в момент времени т 233 Это упрощенное уравнение позволяет рассчитать количество га.
за, выделившегося в вакуумную камеру: в (ав — кр) 5> Г (2Ь)г 1 2Ь ) 62> ! Результаты расчетов по уравнению (10.16) показаны пунктиром на рис. 10.4, б. При т~0,67 газопроницаемость считается равной нулю, а время задержки (10.17) )'О У'Л Газовый поток натекания через течь меняетс)) при изменении давления в вакуумной камере: О =(7 (Р Р) (10.18) где (),— проводимость течи; р~ и рэ — давления снаружи и внутри вакуумной камеры.
Снижение давления в камере увеличивает поток натекания. Проводимость течи может уменьшаться по мере снижения давления при существовании в ней различных режимов течения газа. Условный диаметр течи для цилиндрического капилляра длиной 1, равной толщине стенки при молекулярном режиме течения, можно определить по формуле (10.19) 121 (р~ — рз) Режим натекания определяют по критерию Кнудсена для среднего давления в капилляре (р~+р~)/2.
З том случае, когда гипотеза о существовании молекулярного режима течения не выполняется, Н„, можно пересчитать по формулам для молекулярно-вязкостного и вязкостного режимов (см. табл. 3.7). 2 1О.З. Расчет времени откачки сосредоточенных объектов Определим время откачки объекта в условиях квазистационарного режима работы вакуумной системы. Будем считать, что условие (10.1) выполняется, Дополнительно предположим, что на внутренней поверхности нет адсорбированных газов, а течение газа происходит изотермически, т. е.
Р)г=сопз1. Продифференцировав это равенство, поделив обе его части на б( и учитывая, что д )г761=5, получим бг'= — — . ) пр (10.20) Яр Проинтегрируем уравнение (10.20) в пределах от 1~ и р, до 2э и рз.. Рю ~2 ~1 (10.21) ) чр 240 В общем случае быстрота откачки объекта в нестационарном режиме 5 в подынтегральном выражении уравнения (10.21) есть функция давления 5=5„ʄ— Я р, (10.22) где 5„— быстрота откачки насоса; ʄ— коэффициент использования насоса; .т„=, (7 — проводимость; р — текущее давлеи 2„+и * ние; Я вЂ” суммарное газовыделение и натекание. Рассмотрим частные случаи: 1. Пусть 5=сонэ(.
Такой случай возможен для высоковакуумных насосов при молекулярном режиме течения газа по трубопроводу, когда 5,=сонэ(; ()=сопэ1; ЯжО. Тогда из (10.21) время откачки объекта от давления р~ до рз Ы,=23 — 1д Р' (10.23) оикн Рэ 2. Пусть 5,=сопз1; ()=Ср; Я=О. Этот случай характерен для работы вращательных насосов при вязкостном режиме течения газа по трубопроводу.
Аналогично выражению (10.21) будем иметь Р Р (10.24) В общем случае, когда упрощения недопустимы и О нельзя считать равным нулю, необходимо пользоваться графоаналитическим методом расчета времени откачки. Построим графики эффективной быстроты откачки вакуумных насосов в откачиваемом объеме 5.е;=~;(р) и быстрот газовыделения и натекания 5ч= =Фр на рис. 10.5, где предполагается, что в вакуумной системе имеется три последовательно работающих насоса. Разобьем весь диапазон давлений от атмосферного до рабочего на несколько участков, в каждом нз которых определим среднее значение: Ф и — 2ой+ А~(+ ) — 8а;+ 1) 5,р,— Время откачки в этом случае может быть рассчитано по формуле (10.23), применение которой на всех участках дает М, = 2,3Р' ~ — 1и — + ... + — ! я — + ... + — 1ц — ), 1 Р4 1 Р~ 1 Р 2ср! Рэ 2аы Р~+к асти Ра~-ь (10.26) 241 дп и ур !б" Ра Р, Р Рлы Р; !О Р и с.
10.6. Графоаиалнтический расчет времени откачки в вакуумнмх системах с сосредоточенным откачиваемым объ- ектом уб где а в число участков, на которое разбит весь диапазон изменения давления в установке. При отсутствии предварительного прогрева стенок вакуумной системы необходимо при определении времени откачки учитывать десорбцию паров воды при изменении давления в вакуумной камере. Для расчета времени откачки вакуумной системы, содержащей двух- компонентную смесь сухого воздуха и паров воды, запишем два уравнения изотермического процесса откачки: пг убт Мк Юу грч !С М' убк М' С,с Р1Ук =сопз!т (10.26) Р9У к+ау".„= сопи!, — т50лт =О. 6Р1 б! (10.27) ӄ— + 50 рх+ гт„— =О, бР9 да к б! 9 т (10.28) где 50 — эффективная быстрота откачки насоса, мв/с.
Подставляя в уравнение (!0.28) выражение для а, в соответствии с уравнением Фрейндлиха (10.3) после интегрирования при условии 50 = соп51 получим 1 1 оо т Рхк I оо(1 и) 1 где рт„и рк,— начальное и конечное давления паров воды при откачке. Пользуясь уравнением (10.29), можно найти время откачки 1, необходимое для снижения давления паров воды в камере от начального давления рх, до конечного ра,.
242 где рт —,давление воздуха без учета давления паров воды, Па; ра — давление паров воды в воздухе, Па; а — количество паров воды, адсорбированное на единице геометрической поверхности камеры, м'Па)мх) г,— геометрическая площадь поверхности камеры, м'1 У,— объем камеры, м'. Продифференцировав уравнения системы (10.26) и разделив на Й, считая, что адсорбцнонное равновесие устанавливается мгновенно, получим Рис. 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
