- •Криовакуумная техника
- •Лекция №1
- •1.1. Понятие о вакууме
- •1.2. Степени вакуума
- •Лекция №2
- •2.1. Вывод уравнения состояния для идеального газа
- •2.2. Законы идеальных газов
- •2.3. Испарение и конденсация
- •2.4. Термины и определения вакуумной техники
- •Лекция №3
- •3.1. Расчетные понятия вакуумной техники
- •3.2. Понятие о процессе откачки газа из вакуумной системы
- •3.3. Режимы течения газа по трубопроводу
- •Лекция №4
- •4.1. Взаимодействие газов с твердыми телами
- •4.2. Основные понятия теории массообмена
- •Лекция №5
- •5.1. Перенос теплоты в вакууме
- •5.2. Вязкость газов
- •Лекция №6
- •6.1. Тепловые нагрузки на криогенные вакуумные насосы
- •6.2. Классификация вакуумных насосов
- •6.3. Области действия вакуумных насосов
- •6.4. Объемные вакуумные насосы
- •6.4.1. Поршневые насосы
- •6.4.2. Жидкостно-кольцевые насосы
- •6.4.3. Роторные вакуумные насосы
- •Лекция №7
- •7.1. Молекулярные вакуумные насосы
- •7.2. Струйные вакуумные насосы
- •Лекция №8
- •8.1. Ионные вакуумные насосы
- •8.2. Испарительные насосы
- •8.3. Криогенные вакуумные насосы
- •Лекция №9
- •8.1. Криоадсорбционные вакуумные насосы
- •8.2. Криоконденсационные вакуумные насосы
- •Лекция №10
- •10.1. Конструкция криоконденсационных насосов
- •10.2. Другие типы сорбционных вакуумных насосов
- •Лекция №11
- •11.1. Техника измерения общего и парциального давлений газа
- •Лекция №12
- •12.1. Специфика измерения вакуума при низких температурах
- •12.2. Герметичность вакуумных систем
- •12.3. Измерение и контроль основных параметров вакуумных насосов
- •Лекция №13
- •13.1. Запорно-регулирующая арматура вакуумных систем
- •13.2. Элементы вакуумных систем
- •13.3. Ловушки
- •Лекция №14
- •14.1. Типовые схемы вакуумных установок
- •Лекция № 15
- •15.1. Методика расчета вакуумных систем
- •Лекция №16
- •16.1. Выполнение принципиальных вакуумных схем
3.1. Расчетные понятия вакуумной техники
Быстрота откачки – объем газа при данном давлении, откачиваемый в единицу времени S, м3/с (относится к сечению, в котором измерено давление).
Время откачки – время, необходимое для понижения давления в откачиваемом сосуде до определенного значения.
Поток газа – расход газа, в котором количество газа выражено произведением давления на объемный расход т. е. , Па·м3/с.
Проводимость элемента вакуумной системы – отношение потока газа, проходящего через элемент вакуумной системы, к разности давлений на его концах
.
Сопротивление элемента вакуумной системы – величина обратная проводимости элемента вакуумной системы
.
Геометрическая быстрота действия Sг. Для механических насосов Sг определяется произведением объема рабочей камеры насоса и частоты вращения.
Производительность (истинная быстрота действия) вакуумного насоса – объемный расход газа во входном сечении насоса Sн, м3/с.
Объемный КПД механических насосов – отношение геометрической быстроты действия Sг к истинной быстроты действия Sн, т.е. .
Эффективная быстрота действия вакуумного насоса – объемный расход газа, обеспечиваемый насосом на конце трубопровода, присоединенного к откачиваемому сосуду Sэф, м3/с.
Наибольшее рабочее давление вакуумного насоса – наибольшее давление, при котором насос длительное время сохраняет номинальную производительность Рб, Па.
Наименьшее рабочее давление – это минимальное давление, при котором насос длительное время сохраняет номинальную производительность Рм, Па.
Наибольшее выпускное давление вакуумного насоса – наибольшее давление в выходном сечении вакуумного насоса, при котором насос еще может осуществлять откачку, Па.
Наибольшее давление запуска вакуумного насоса – наибольшее давление во входном сечении насоса, при котором насос может начать работу Рз, Па.
Предельное давление откачки – это минимальное давление, которое может обеспечивать насос, работая без откачиваемого объекта. Предельное давление определяется газовыделением материалов, из которых изготовлен насос, а также перетеканием газов через зазоры и уплотнения.
Типовая характеристика вакуумного насоса приведена на рис.3.1.
Рис. 3.1. Зависимость быстроты действия
от давления на входе в вакуумный насос
3.2. Понятие о процессе откачки газа из вакуумной системы
Рассмотрим схему простейшей системы, состоящую из откачиваемого объема 1, манометров 2 и 3, вакуумного насоса 4 и соединительного трубопровода 5 (рис. 3.2).
Будем считать, что вакуумная система герметична и внутри нее нет газовыделения, а температура газа постоянна. До начала работы вакуумного насоса давление во всей системе одинаково т.е.
р1= р2. С началом работы вакуумного насоса 4 начинается перемещение газа из объема 1 по трубопроводу 5. Количество газа в вакуумной системе непрерывно уменьшается, а так как температура и объем системы остаются практически неизменными, происходит понижение давления вакуумной системы. При этом давление р1 у входа в насос падает быстрее, чем давление р2 в откачиваемом объеме, т.е. создается разность давлений (р2– р1), которая обусловлена тем, что трубопровод оказывает сопротивление проходящему по нему газу. Разность (р2– р1) принято называть движущейся разностью давлений.
В связи с различием в быстроте снижения давления в откачиваемом объекте и у входа в насос следует различать понятия: быстрота откачки объекта и быстрота откачивающего действия насоса (быстрота действия насоса).
Объем газа, поступающий в единицу времени из откачиваемого объекта в трубопровод через сечение ІІ при давлении р2, называется быстротой откачки объекта или эффективной быстротой откачки насоса:
(3.1)
Объем газа, удаляемый насосом в единицу времени через входящий патрубок (сечение І) при давлении р1, называется быстротой действия насоса:
(3.2)
Отношение эффективной быстроты откачки насоса к быстроте действия насоса называется коэффициентом использования насоса:
(3.3)
Количество газа, проходящего в единицу времени через поперечное сечение вакуумного трубопровода, принято называть потоком газа.
Поток газа, проходящий через входное сечение насоса, называется его производительностью:
(3.4)
Для стационарного потока выполняется условие сплошности:
(3.5)
Падение давления вдоль вакуумного трубопровода, т.е. движущая разность давлений (р2– р1), возникает из-за того, что трубопровод оказывает сопротивление потоку газа:
, (3.6)
где – проводимость системы (зависит от сечения, от степени вакуума).
Тогда (3.1) и (3.2) запишутся так:
или , (3.7)
или (3.8)
Основное уравнение вакуумной техники:
или . (3.9)
Тогда (3.3) с использованием (3.9) запишется как
(3.10)