2. Выбор средств контроля и измерения вакуума и определение их места размещения в вакуумной схеме

Приборы для измерения давления газа ниже атмосферного называются вакуумметрами. Большинство вакуумметров состоит из двух элементов: манометрического преобразователя сигнала давления в электрический сигнал и измерительного блока.

По принципу действия вакуумметры можно свести в следующие классы:

1) жидкостные вакуумметры, непосредственно измеряющие давление (U-образные вакуумметры и их модификации);

2) компрессионные вакуумметры, действие которых основано на законе изотермического сжатия идеального газа;

3) деформационные вакуумметры, использующие в качестве чувствительного элемента сильфон, мембрану и т. п.;

4) тепловые вакуумметры, использующие зависимость теплопроводности газа от давления; эти приборы подразделяются на термопарные и вакуумметры сопротивления;

5) ионизационные вакуумметры, в которых используется ионизация газа; большая группа приборов этого класса подразделяется в свою очередь на:

• электронные ионизационные, ионизация газа в которых осуществляется потоком электронов, эмитируемых термокатодом;

• электроразрядные, в которых ток разряда возникает при низких давлениях под действием электрического и магнитного полей;

• радиоизотопные, ионизация газа в которых осуществляется потоком α-частиц, образующихся при радиоактивном распаде.

Основываясь на характеристиках вакуумметров, выбираются средства контроля и измерения вакуума.

Для измерения низкого вакуума применим теплоэлектрический вакуумметр ВСБ-1 с преобразователем МТ-6, который имеет диапазон измеряемых давлений 1… 4·10³ Па и имеет погрешность измерения ±30%. Для измерения высокого и сверхвысокого вакуума применим ионизационный вакуумметр ВИ-14 с преобразователем ПМИ-12-8, который имеет диапазон измеряемых давлений 1·10^-8 … 1·10¹ Па и имеет погрешность измерения - ±50%. Вакуумметры размещаем в соответствии с возможностями насосов, т.е. на низковакуумных насосах ставятся теплоэлектрические, а на высоковакуумном и сверхвысоковакуумном насосах – ионизационные вакуумметры. По данным средствам контроля давления можно определить исправность насосов. Также контроль давления должен осуществляться и на откачиваемом объекте (камере).

3. Расчет стационарного режима работы вакуумной установки

Проектировочный расчет выполняется при разработке новых вакуумных машин и установок. Целью такого расчета является выбор откачного оборудования, арматуры и определение размеров соединительных трубопроводов из условия обеспечения заданного рабочего давления в вакуумной камере. Основные технологические процессы в вакуумной камере осуществляются в стационарном режиме работы вакуумной установки. Для стационарного режима характерно постоянство во времени потоков и давлений во всех сечениях вакуумной системы. Газовый поток остается постоянным по длине вакуумной системы.

1. Выбор средств получения и поддержания вакуума

Произведем выбор сверхвысоковакуумного насоса.

Эффективную быстроту откачки в откачиваемом объекте определим по формуле:

Определим коэффициент использования сверхвысоковакуумного насоса, пользуясь графиком на рисунке 3.1. При n=4 находим для S_эф1=6,3·10^-1 м³/с оптимальное значение коэффициента использования К_и1=0,21.

Рисунок 3.1. - Оптимальные коэффициенты использования сверхвысоковакуумных насосов в зависимости от эффективной быстроты действия S_эф и числа элементов между насосом и откачиваемым объектов n

Определим номинальную быстроту действия:

Принимаем 3 магниторазрядных насоса с быстротой откачки 1,2 м³/с каждый. Модель НМД-1. Характеристики насоса приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1. - Характеристики магниторазрядного насоса НМД-1

Номинальная быстрота действия,	1,2
Диаметр входного патрубка, мм	250
Наибольшее рабочее давление	2·10-3
Давление запуска, Па	10-3
Предельное остаточное давление, Па	7·10-8

Произведем выбор высоковакуумного насоса.

Рабочее давление насоса выбираем по наибольшему рабочему давлению магниторазрядного насоса с коэффициентом запаса φ=2. Тогда:

Эффективная быстрота откачки:

Определим коэффициент использования высоковакуумного насоса. Пользуясь графиком на рисунке 3.2, при n=4 находим для S_эф2=1,9·10^-2 оптимальное значение коэффициента использования К_и2=0,19.

Рисунок 3.2 – Рекомендуемые коэффициенты использования Ки вакуумных пароструйных и турбомолекулярных насосов в зависимости от эффективной быстроты действия S_эф и числа элементов на участке от насоса до откачиваемого объекта n

Определим номинальную быстроту действия:

Принимаем диффузионный насос с быстротой откачки 0,24 м³/с. Модель НВДС-100. Характеристики насоса приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2. - Характеристики диффузионного насоса НВДС-100.

Номинальная быстрота действия,	0,24
Диаметр входного патрубка, мм	100
Диаметр выпускного патрубка, мм	25
Наибольшее выпускное давление, Па	40
Предельное остаточное давление, Па	10-5

Произведем выбор низковакуумного насоса.

Рабочее давление насоса выбираем по наибольшему выпускному давлению диффузионного насоса с коэффициентом запаса φ=2. Тогда:

Эффективная быстрота откачки:

Определим коэффициент использования высоковакуумного насоса. Пользуясь графиком на рисунке 3.3, при n=4 находим для S_эф3=9,5·10^-7 оптимальное значение коэффициента использования К_и3=0,38.

Рисунок 3.3 – Рекомендуемые коэффициенты использования Ки вакуумных насосов в низковакуумных системах в зависимости от эффективной быстроты действия S_эф и числа элементов на участке от насоса до откачиваемого объекта n

Определим номинальную быстроту действия:

Принимаем диффузионный насос с быстротой откачки 0,001 м³/с. Модель 3НВР-1Д. Характеристики насоса приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3. - Характеристики механического насоса 3НВР-1Д.

Номинальная быстрота действия,	0,001
Диаметр входного патрубка, мм	10
Диапазон рабочих давлений, Па	4·10-1 – 105
Предельное остаточное давление, Па	10-1