Расчетное задание / РЗ2 Долгов Р ТФ-12-20

Национальный Исследовательский Университет Московский Энергетический Институт Кафедра ИТФ

Типовой расчет По дисциплине

“Экспериментальные методы исследования” Часть 2

Студент: Долгов Р.Н.

Группа: ТФ-12-20

Преподаватель: Виноградов М.М.

Вариант 5(1)

Задача № 1.

При последовательном соединении используется суммирование сопротивлений элементов

Для проводимости U сужения (воздух, Т=293 К, молекулярный режим течения) используем

где

d - выходной диаметр

D – входной диаметр

Для круглых трубопроводов (воздух, Т=293 К, молекулярный режим течения) использем

l – длина трубопровода

d – диаметр трубопровода

V1 = 10 дм^3

Pн=1.333 Па

Pк=1.333 * 10^-5 Па

Подходящий насос ЭГИН-0.9/0.1

Определим время откачки камеры, предельный вакуум

Будем считать, что течение газа происходит изотермически

Задача № 2.

Вакуумная система для получения сверхвысокого вакуума содержит прогреваемый вакуумный блок 7. Прогрев до 400 градусов Цельсия уменьшает газовыделения всех элементов вакуумной системы, непосредственно подключаемых к насосу для получения сверхвысокого вакуума 4 (крио конденсационные). Камера снабжена манометрами 9, 10, 11, обеспечивающими измерение давления от атмосферного до сверхвысокого вакуума. Манометр 5 контролирует работоспособность насоса 4, манометр 3 отслеживает величину давления в насосе низкого вакуума. Высоковакуумная часть системы собирается на двух насосах: 18 для получения высокого вакуума (турбомолекулярные) и 1 для получения низкого вакуума (пластинчато

– роторные). Клапан 16 служит для подключения течеискателя к вакуумной системе, а манометры 14 и 15 - для измерения давления в области среднего и высокого вакуума. Клапан 2 позволяет выровнять давления на входном и выходном патрубках насосов с рабочей жидкостью во время их остановки. Клапан 6 отключает вакуумную камеру от насоса после достижения в ней рабочего давления. Ловушка 17 служит для улавливания паров или газов с целью

предотвращения или уменьшения их проникновения из одной части вакуумной системы в другую.

Камера снабжена несколькими манометрами 2, 3, 4, обеспечивающими измерение давления от атмосферного до сверхвысокого вакуума. Манометр 10 контролирует работоспособность насоса 12. Манометр 19 контролирует работоспособность насоса 18. Манометры 7 и 20 служат для измерения давления в области среднего и высокого вакуума, а манометр 16 для низкого вакуума.

В качестве манометров можно выбрать:

3,7,16,10 – теплоэлектрические.

Принцип действия основан на зависимости теплопередачи через разреженный газ от давления. Передача осуществляется от тонкой металлической нити к баллону, находящемуся при комнатной температуре. Металлическая нить нагревается в вакууме путем пропускания эл. тока.

19,20,2 - электронный сверхвысоковакуумные ионизационный.

. Электронные ионизационные: принцип действия основан на прямой пропорциональности между давлением и ионным током, образовавшимся в результате ионизации термоэлектронами.

Для защиты откачиваемого объекта от паров рабочей жидкости используются ловушки - устройства для парциальной откачки паров рабочих жидкостей.

К ловушкам предъявляются следующие основные требования: максимальное защитное действие на заданном сроке службы и минимальное сопротивление основному потоку - откачиваемого газа. В качестве дополнительных требований можно назвать возможность регенерации, надежность, простота и технологичность, конструкции, удобство эксплуатации.

пористых материалов. Наиболее эффективно применение элементов из пористого стекла, стекловолокнистых материалов, пористых меди и нержавеющей стали.

Поглощение паров масла в ловушках осуществляется адсорбцией на стенках капиллярных каналов. Период непрерывной работы ловушки - составляет несколько сотен часов, по истечении которых элемент должен быть заменен, очищен продувкой атмосферным воздухом или прогрет до высоких температур (~500° С).

В качестве высоковакуумного насоса выберем пароструйный насос: Н- 0.025-2

Откачивающее действие пароструйного насоса основано на увлечении удаляемого газа струёй пара. В зависимости от скорости и плотности струи и давления газа изменяется как режим истечения струи из сопла, так и механизм захвата удаляемого газа.

Размеры поверхности паровой диафрагмы сопла III ступени определяют скорость откачки насоса; характеристики сопла I ступени определяют давление форвакуума. Указаны также примерные величины скорости откачки S и давления Р в различных ступенях.

Многоступенчатый диффузионный насос является своего рода реализацией последовательного соединения нескольких диффузионных насосов в общем корпусе. В таком насосе обычно применяются общий испаритель и общий паропровод для питания сопел отдельных ступеней (рис. 2.9). Скорость откачки насосов определяется скоростью откачки первой ступени со стороны входа в насос.

Зонтичная струя пара захватывает и увлекает молекулы газа, затем пар конденсируется на охлаждаемой стенке насоса, масло, стекая в кипятильник, выделяет газ в область под струёй. Затем рабочая жидкость в кипятильнике вновь испаряется, поднимается по паропроводу, через сопло опять образует струю пара и т. д., совершая непрерывный кругооборот.

В качестве сверхвысоковакуумного насоса выберем магниторазрядный насос: НМД-0.0063

Принцип действия магниторазрядных насосов основан на сорбционных процессах, инициированных ионизированными частичками газа при разряде Пеннинга (разряде холодного катода). С помощью параллельных

отдельных ячеек Пеннинга насос создает достаточно высокую быстроту действия для отдельных газов.

Ионы ударяются о катод системы разряда с холодным катодом и распыляют материал катода (титан). Титан осаждается в других местах и работает как пленка геттера и адсорбирует реактивные частички газа (N2, О2, Н2). Энергии ионов газа не только достаточно для распыления материала катода, но и для проникновения сталкивающихся ионов глубоко в материал катода (ионная имплантация). Этот процесс сорбции позволяет откачивать ионы всех типов, включая ионы газов, которые не реагируют химически с распыляемым титаном (большинство инертных газов)

При образовании ионов используются компоненты: цилиндрические аноды из нержавеющей стали, расположенные рядом с параллельными катодами, перпендикулярными оси анодов (рис. 2.61). Катоды имеют отрицательный потенциал (несколько кВ) относительно анодов. Система электродов обеспечивает жесткое однородное магнитное поле с магнитной индукцией В = 0,1 Т (Т = Тесла = 104 Гаусс), создаваемое постоянными магнитами, установленными с внешней стороны корпуса насоса. Газовый разряд, создаваемый высоким напряжением, содержит электроны и ионы.

Под влиянием магнитного поля электроны двигаются по длинной спирали (рис. 2.61), пока они не попадут в цилиндр анода

соответствующей ячейки. Длинный путь увеличивает выход ионов, даже при низкой плотности газа (давлении), что достаточно для поддержания газового разряда. Подача электронов от горячего катода не требуется. Т.к. их массы велики, движения ионов не подвергается влиянию магнитного поля данного значения. Они текут коротким путем и бомбят катод.

В качестве низковакуумного насоса выберем пластинчато-статорный насос: РВН-25

Пластинчато-статорные насосы (ПСН) с масляным уплотнением выполняют с одной пластиной. В пластинчатостаторных насосах пластина движется возвратно-поступательно. Процесс всасывания происходит в течение полного оборота ротора.

Достоинства: характерная особенность ПРВН — наличие в рабочих полостях масла, заполняющего зазоры между корпусом и пластинами, а также ротором и пластинами и исключающего перетекание откачиваемой среды через них. Клапаны также покрыты маслом, что повышает их герметичность, уменьшает величину мертвого объема, увеличивает быстроту действия насоса и глубину вакуума.

ПСН имеют большую глубину вакуума,

чем у ПРВН, но меньшую быстроту откачки (так как за один оборот происходит один цикл откачки, а не два, как у ПРВН). Величина мертвого объема у ПСН также меньше, чем у ПРВН.