IV. Требования к отчету по работе.

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

• Название лабораторной работы;

• Цель работы;

• Конспект теоретического введения;

• Схему экспериментальной установки;

• Порядок выполнения лабораторной работы;

• Таблицу результатов измерений давления компрессионным и термопарным манометрами;

• Выводы по работе.

V. Контрольные вопросы.

Вопросы для допуска к работе:

1. Назвать цель работы.

2. Рассказать о порядке выполнения лабораторной работы.

3. Изобразить схематично конструкцию компрессионного манометра.

4. Описать принцип работы компрессионного манометра.

5. Что означает термин «укороченный» компрессионный манометр?

6. Каким способом поднимают уровень жидкости в компрессионном манометре?

7. Какие из них пригодны для ртути и масла?

8. Методы линейной и квадратичной шкалы.

Вопросы для защиты:

1. К какому типу относится компрессионный манометр? Его диапазон измеряемых давлений.

2. Основные элементы компрессионного манометра.

3. Объяснить принцип работы компрессионного манометра.

4. Для чего необходимо изготавливать измерительный и сравнительный капилляры с одинаковым внутренним диаметром?

5. В чем заключаются преимущества использования ртути в качестве рабочей жидкости в компрессионном манометре?

6. Какие причины ограничивают верхний и нижний пределы измерения давления масляным компрессионным манометром?

7. Как влияет давление паров рабочей жидкости манометра на величину давления в вакуумной системе и на измеряемую величину? Как можно уменьшить это влияние?

8. Как проверить, хорошо ли дегазировано масло в компрессионном манометре?

9. Каким требованиям должна удовлетворять рабочая жидкость, используемая в компрессионном манометре? Каковы достоинства и недостатки используемых рабочих жидкостей?

10. Какие причины могут вызвать погрешности при измерении давления компрессионным манометром?

11. Перечислить типы манометров, показания которых зависят от природы газа?

12. Достоинства и недостатки компрессионных манометров.

VI. Список литературы.

1. Б.С.Лысов, А.Н. Малахов, Н.И.Полунин. Техника эксперимента / Раздел: Вакуумная техника: г. Москва 1989.

2. http://www.pro-vacuum.ru Дата обращения 10.08.2013.

3. http://www.ngpedia.ru Дата обращения 25.08.2013.

Приложение 7.1. Градуировочная кривая «Давление – ТЭДС» для термопарного манометрического преобразователя ПМТ-4М.

Лабораторная работа № 8.

МЕХАНИЧЕСКИЕ И ДИФФУЗИОННЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ

I. Цели работы.

1. Освоить приемы работы, связанные с эксплуатацией механических масляных и диффузионных вакуумных насосов.

2. Проверить выполнение основного уравнения вакуумной техники.

3. Изучить методики определения технических характеристик насосов.

II. Теоретическое введение.

2.1. Механические (форвакуумные) насосы с масляным уплотнением.

Механические ротационные насосы (МН) с масляным уплотнением разделяются на три основные группы: пластинчато-роторные, пластинчато-статорные и золотниковые.

Принцип действия насоса рассмотрим на примере пластинчато-статорного насоса. Принципиальная схема насоса показана на рис. 8.1. В цилиндрической камере 1 насоса эксцентрично расположен ротор 2. Зазор между ротором и камерой должен быть минимально возможным и в то же время должен обеспечивать возможность вращения ротора вокруг продольной оси камеры. Сверху к ротору пружиной прижимается пластина 3, которая разделяет пространство между ротором и камерой на две полости А и Б. При вращении ротора по часовой стрелке объем полости А увеличивается, в ней создается разрежение, и в нее всасывается газ из вакуумной системы через патрубок 4. Объем полости Б при вращении ротора уменьшается, давление газа в ней увеличивается. Сжатый воздух открывает клапан и выходит через патрубок в атмосферу. Для создания лучшей герметизации и предотвращения попадания атмосферного воздуха в насос выпускной клапан и камера насоса расположены под слоем масла. Масло проникает в зазоры роторного механизма и за счет их уплотнения предотвращает обратный переход газа из полости А в полость Б.

Рис. 8.1. Схема пластинчато-статорного насоса.

1 – корпус; 2 – ротор; 3 – пластина; 4 – патрубок для впуска газа; 5 – клапан.

Наибольшее впускное давление механического насоса, т.е. наибольшее давление у входного патрубка, при котором насос может работать, равно атмосферному, поэтому механическими насосами начинают откачку вакуумных систем на самой первой стадии. В начальный момент работы механического насоса из его полостей удаляется газ, находящийся под атмосферным давлением. Поэтому клапан 5 открывается в самом начале процесса сжатия газа в полости Б. Не следует допускать длительную работу насоса при высоком впускном давлении, т.к. это может привести к значительному уносу масла. Включать насос необходимо только при перекрытом входном патрубке. После того, как из самого насоса будет удален воздух, можно начинать откачку объекта. Целесообразно с помощью крана ограничить поток газа в насос в начальный период откачки. Длительная работа насоса возможна при давлении не выше 10³ Па. Перед остановкой насоса снова перекрывают входной патрубок, а сразу после остановки в насос следует впустить воздух, для чего предусмотрен специальный кран.

Остаточное давление P_ост насоса, т.е. предельно низкое давление, которое может создать насос при отсутствии поступления газов из вакуумной системы (впускной патрубок насоса перекрыт), представляет собой то давление, при котором поток газа в насос равен потоку газов и паров из насоса. Полное остаточное давление складывается из парциального давления паров, в том числе паров рабочей жидкости и парциального остаточного давления газа. Для насосов, в которых используется та или иная рабочая жидкость, полное остаточное давление примерно в 10 раз больше давления остаточных газов. Остаточное давление газа обусловлено выделение растворенных в масле газов (в масле растворяется до 10 % об. воздуха), недостаточной герметичностью корпуса и масляного уплотнения, «вредным» пространством насоса, откуда воздух не может быть удален.

Механические насосы с масляным уплотнением характеризуются геометрической и истинной быстротой действия. Геометрическая быстрота действия насоса представляет собой тот расчетный объем газа, который может откачать насос при отсутствии сопротивления движению газов внутри насоса при отсутствии сопротивления движению газов внутри насоса и обратного потока газа. Для расчета геометрической быстроты действия необходимо объем рабочей камеры в конце всасывания V_в умножить на число оборотов ротора в единицу времени:

(8.1)

где n – число оборотов ротора в секунду.

Истинная быстрота действия, или просто быстрота действия насоса S_н – объем газа, поступающего в насос в единицу времени при данном впускном давлении:

(8.2)

Быстроту действия насоса определяют экспериментальным путем.

Истинная быстрота действия всегда меньше геометрической, во-первых, вследствие того, что переходы на пути газа от входного патрубка до рабочей камеры создают сопротивление движению газа; во-вторых, вследствие обратного потока газа через входной патрубок. Быстрота действия рассматриваемых механических насосов практически не зависит от природы откачиваемого газа, поскольку в них почти отсутствует поток выброса газа из камеры в камеру всасывания, и пропускная способность переходов внутри насоса для различных газов практически одинакова.

По мере уменьшения впускного давления и приближения его к остаточному давлению быстрота действия насоса уменьшается и делается равной нулю при равенстве этих давлений. Эффективность работы насосов определяется объемным КПД (отношение S_н и S_геом). При сравнительно высоком впускном давлении (10² Па) объемный КПД равен 0,75-0,85; при впускном давлении, равном остаточному, объемный КПД равен нулю. Производительностью насоса Q называется поток газа, поступающий в насос, т.е. количество газа, которое откачивает насос через входной патрубок в единицу времени:

(8.3)

где P – впускное давление.