- •Выбор вакуумной схемы установки
- •Vt1, vt2, v1,…, v5 - клапаны; p1,…,p5 – манометры; ns1, ns2 – сорбционный насос; nm – магниторазрядный насос; cv – камера;
- •Выбор средств контроля и измерения вакуума и определение их места размещения на вакуумной схеме
- •Расчет стационарного режима работы вакуумной установки
- •3.1 Выбор средств получения и поддержания вакуума
- •3.2 Определение конструктивных размеров соединительных трубопроводов и выбор элементов вакуумной системы.
3.2 Определение конструктивных размеров соединительных трубопроводов и выбор элементов вакуумной системы.
Высоковакуумная система.
Найдем общую проводимость участка вакуумной системы от диффузионного насоса до вакуумной камеры по формуле
где Sm1 – быстрота действия насоса, выбранного по каталогу.
На рисунке 3.3 показаны внутренние размеры откачиваемого объекта и длины трубопроводов. Участок вакуумной системы состоит из двух элементов: клапана 1 и ловушки 2.
Рисунок 3.3 Схема высоковакуумного участка
Определим проводимости элементов и диаметры трубопроводов. Будем считать в первом приближении, что все элементы имеют одинаковую проводимость. Тогда
U1j=3·U01=3·0,28=0,84 (м3/с)
Режим течения газа в трубопроводе определим по рабочему давлению р1=6·10-2Па и диаметру входного патрубка насоса dвх=0,63м. Критерий Кнудсена
Kn=L/dэф=L1/(p*dвх)=7,5*10-3/(2*10-3*0,25)=15>1.5
Т.е. режим течения молекулярный.
При молекулярном режиме течения учитывается проводимость отверстий, следовательно общая проводимость будет определяться проводимостью трубопровода и отверстия. Диаметр четвертого трубопровода можно рассчитать из условия последовательного соединения входного отверстия и трубопровода:
Отсюда получаем d11=0,138 м. По ГОСТ 18626—73 выбираем условный проход трубопровода d11=0,160 м. Тогда проводимость участка U14=2,31м3/с, проводимость отверстия 2,33 м3/с, проводимость трубопровода 0,5 м3/с.
В качестве затвора выбираем ЗВЭ-160 с диаметром условного прохода DN=160 мм и проводимостью в молекулярном режиме течения газа 3,34 м3/с.
Диаметр трубопровода на третьем участке выберем из условия U23=0,84м3/с, тогда с учетом размеров предыдущего элемента
=0,11 мм
Выбираем d13=0,125 мм, тогда U23=1,18 м3/с.
Общая проводимость участка с учетом того, что входная проводимость насоса равна бесконечности
Коэффициент использования паромасляного насоса
Коэффициент использования близок к оптимальному значению.
Рассчитаем распределение давления по длине участка вакуумной системы от высоковакуумного насоса до откачиваемого объекта. Результаты расчета занесены в табл. 3.2.
Таблица 3.1 - Распределение давления на участке вакуумной системы от механического насоса до откачиваемого объекта
Название элементов |
Проводимость элемента U, м3/с |
Перепад давления на элементах ∆р, Па |
Давление на входе в элемент, Па |
Давление на выходе из элемента, Па |
Трубопровод 3 6 |
1,18 |
4,24·10-3 |
8,41·10-3 |
4,17·10-3 |
Затвор |
3,34 |
1,5·10-3 |
9,91·10-3 |
8,41·10-3 |
Трубопровод 1 (по длине) |
0,5 |
0,01 |
19,91·10-3 |
9,91·10-3 |
Трубопровод 1(входное отверстие) |
2,33 |
2,15·10-3 |
22,06·10-3 |
19,91·10-3 |
Давление во входном сечении насоса
Перепад давления на элементе 3 . Аналогично находим перепады давлений на остальных элементах, рассчитываем давления на входе и выходе каждого элемента и по полученным результатам строим график распределения давления.
Низковакуумная система
Найдем общую проводимость участка вакуумной системы от механического насоса до вакуумной камеры по формуле
где Sm2 – быстрота действия насоса, выбранного по каталогу.
На рисунке 3.4 показаны внутренние размеры откачиваемого объекта и длины трубопроводов. Участок вакуумной системы состоит из трех элементов: трубопроводов 1, 3 и клапан 2.
Рисунок 3.4 Схема низковакуумного участка
Определим проводимости элементов и диаметры трубопроводов. Будем считать в первом приближении, что все элементы имеют одинаковую проводимость. Тогда
U2j=3·U02=4·0,19=0,76 (м3/с)
Режим течения газа в трубопроводе определим по рабочему давлению р2=30Па и диаметру входного патрубка насоса dвх=0,04м. Критерий Кнудсена
Kn=L/dэф=L1/(p2*dвх)=7,5*10-3/(0,1*0,25)=0.3<1.5
Т.е. режим течения молекулярно-вязкостный.
Диаметр первого трубопровода можно рассчитать при среднем давлении в трубопроводе рср=р2=0,1 Па по проводимости
Решая полученное уравнение, имеем d1=0,053 м
Выбираем условный проход трубопровода d1=0,063м.
На втором участке выбираем клапан КВМ-63 с диаметром условного прохода DN=63мм и проводимостью 0,18 м3/с.
Диаметр третьего трубопровода можно рассчитать при среднем давлении в трубопроводе рср=р2=30 Па по проводимости
Решая полученное уравнение имеем d3=0,035 м
Выбираем условный проход трубопровода d3=0,04м.
Откуда U02=0,11 м3/с
Коэффициент использования диффузионного насоса в системе
Коэффициент Ки1=0,93.
Рассчитаем распределение давления по длине участка вакуумной системы от диффузионного насоса до откачиваемого объекта. Давление во входном сечении насоса равно
Рн2=рпр2+Q/Sm2=0,5+2*10-1/8*10-3=25,5Па
Перепад давления на элементе 7
∆Р3=Q/U23=2*10-1/0,56=0,36Па
Аналогично находим остальные перепады давлений, рассчитывая давление на входе и выходе каждого элемента. Полученные результаты заносим в таблицу 3.2
Таблица 3.2
Распределение давлений от механического насоса до откачиваемого объекта
Элемент |
Проводимость м3/с, |
Перепад давлений, Па |
Давление на входе, Па |
Давление на выходе, Па |
Трубопровод 3 |
0,56 |
0,36 |
25,86 |
25,5 |
Клапан 2 |
0,18 |
1,11 |
26,97 |
25,86 |
Трубопровод 1 |
0,67 |
0,3 |
27,27 |
26,97 |
Форвакуумный участок
Найдем общую проводимость участка вакуумной системы от механического насоса до диффузионного насоса по формуле
где Sm2 – быстрота действия насоса, выбранного по каталогу.
На рисунке 3.5 показаны внутренние размеры откачиваемого объекта и длины трубопроводов. Участок вакуумной системы состоит из трех элементов: трубопроводов 1, 3 и клапан 2.
Рисунок 3.5 Схема форвакуумного участка
Определим проводимости элементов и диаметры трубопроводов. Будем считать в первом приближении, что все элементы имеют одинаковую проводимость. Тогда
U3j=3·U03=3·0,11=0,33 (м3/с)
Режим течения газа в трубопроводе определим по рабочему давлению р2=30Па и диаметру входного патрубка насоса dвх=0,04м. Критерий Кнудсена
Kn=L/dэф=L1/(p2*dвх)=7,5*10-3/(30*0,04)=0.00625<1.5
Т.е. режим течения молекулярно-вязкостный.
Диаметр первого трубопровода можно рассчитать при среднем давлении в трубопроводе рср=р2=30 Па по проводимости
Решая полученное уравнение, имеем d1=0,053 м
Выбираем условный проход трубопровода d1=0,063м.
На втором участке выбираем клапан КВМ-63 с диаметром условного прохода DN=63мм и проводимостью 0,18 м3/с.
Диаметр третьего трубопровода можно рассчитать при среднем давлении в трубопроводе рср=р2=30 Па по проводимости
Решая полученное уравнение имеем d3=0,041 м
Выбираем условный проход трубопровода d3=0,04м.
Откуда U03=0,11 м3/с
Коэффициент использования диффузионного насоса в системе
Коэффициент Ки1=0,93.
Рассчитаем распределение давления по длине участка вакуумной системы от диффузионного насоса до откачиваемого объекта. Давление во входном сечении насоса равно
Рн2=рпр2+Q/Sm2=0,5+2*10-1/8*10-3=25,5Па
Перепад давления на элементе 7
∆Р3=Q/U23=2*10-1/0,56=0,36Па
Аналогично находим остальные перепады давлений, рассчитывая давление на входе и выходе каждого элемента. Полученные результаты заносим в таблицу 3.3
Таблица 3.3
Распределение давлений от механического насоса до откачиваемого объекта
Элемент |
Проводимость м3/с, |
Перепад давлений, Па |
Давление на входе, Па |
Давление на выходе, Па |
Трубопровод 3 |
0,56 |
0,36 |
25,86 |
25,5 |
Клапан 2 |
0,18 |
1,11 |
26,97 |
25,86 |
Трубопровод 1 |
0,67 |
0,3 |
27,27 |
26,97 |