Московский государственный институт электроники

и математики (технический университет)

Кафедра "Технологические системы электроники"

Курсовая работа по курсу «Вакуумная техника»

на тему «Расчёт вакуумной системы»

Выполнил:

Тихонов Д.А.,

гр. Э-71

Проверил:

Плотников Ю.Д.

Москва 2011

Содержание

1. Определение суммарного газовыделения - - - - 3

2. Выбор вакуумных насосов или вакуумных агрегатов - - 4

3. Составление схемы вакуумной установки - - - - 6

4. Выбор конструктивных размеров соединительных

вакуумпроводов и арматуры - - - - - - - 7

5. Расчёт основных периодов процесса откачки - - - - 9

1. Определение суммарного газовыделения.

Расчётный газовый поток определяется на момент достижения заданного рабочего вакуума.

Для данного вакуумного расчёта будем полагать, что газовый поток имеет три составляющих.

Q = Q_конст. + Q_{технол.} + Q_нат.

Q_конст. – это газовый поток, обусловленный поверхностной десорбцией из конструкционных материалов, применяемых для изготовления рабочей камеры;

Q_{технол.} – технологическое газовыделение, обусловленное высокотемпературной диффузией газов, растворённых в толще изделий.

Q_нат. – это поток газа, обусловленный натеканием атмосферного воздуха через сквозные микродефекты в сварных и паяных соединениях, а также через неплотности в разборных соединениях.

Q_конст. = q_дес ∙ А_пов,

где q_дес – удельный поток газа, десорбирующийся с единичной поверхности материала при комнатной температуре,

А_пов – площадь поверхностей стенок камеры и устройств, “обращённых” в вакуумную полость.

lg q_дес = A – B ∙ t

А, B – эмпирические константы,

t – время десорбции, с.

q_дес = 10^{(A – B ∙ t)} = = 10^-7,41 = 3,91 ∙ 10^-8

А_пов = А_стен + 2 А_дна = 2πrh + 2πr² = 2 ∙ π ∙ 0,3025 ∙ 0,725 + 2 ∙ π ∙ (0,3025)² =

= 1,38 + 0,57 = 1,95 [м²]

Q_конст. = q_дес ∙ А_{пов =} 3,91 ∙ 10^-8 ∙ 1,95 = 7,65 ∙ 10^-8

Q_нат. в данном расчёте полагаем постоянным и равным величине

5 ∙ 10^-7

Q_{технол.} = q_диф ∙ А_изд

q_диф – удельный поток газа из материала при температуре, заданной технологическим процессом;

А_изд – площадь поверхности изделий.

q_диф = = = ≈ 11,46 ∙ 10^-5

А_изд = (2 ∙ А_дна1 + А_стен1 ) ∙ 30 = (2 ∙ 3,14 ∙ 0,0075 ∙ 0,2 + 2 ∙ 3,14 ∙

0,0075^2 ) ∙ 30 = (0,00942 + 0,00035) ∙ 30 = 0,293 [м²]

Q_{технол.} = q_диф ∙ А_изд = 11.46 ∙ 10^-5 ∙ 0,293 = 3,36 ∙ 10^-5

Q = Q_конст. + Q_{технол.} + Q_нат = 0,765 ∙ 10^-7 + 336 ∙ 10^-7 + 5 ∙ 10^-7 =

= 3,42 ∙ 10^-5

2. Выбор вакуумных насосов или вакуумных агрегатов.

Выбор вакуумных насосов или вакуумных агрегатов производится при установившемся режиме откачки, который отличается фиксированным газовым потоком при заданном рабочем давлении.

Расчётное значение быстродействия или скорость откачки высоковакуумного насоса будет определяться выражением:

S_н(расч) =

P_пред. – предельное давление газа, поддерживаемое в сечении впускного патрубка вакуумного насоса, Па;

P_раб. – рабочий вакуум, задаваемый условиями технологического процесса.

S_н(расч) = = = 0,11

Подбираем вакуумный насос или агрегат так, чтобы S_н(агр) > S_н(расч).

Выбираем насос НМД-0,63, имеющий быстродействие 0,65 [м³/с].

0,65 > 0,11 => выполняется условие S_н(агр) > S_{н(расч).}

Характеристики высоковакуумного насоса
Быстродействие насоса, м3/с	0,65
Рабочий диапазон давлений, Па	2 ∙ 10-1 – 4 ∙ 10-5
Предельное давление, Па	7 ∙ 10-8
Диаметр входного патрубка, мм	250
Марка высоковакуумного насоса	НМД-0,63

Выбор средств создания предварительного разрежения.

Сначала рабочая камера откачивается насосом объёмного действия (механическим вытеснительным) до давления 100 [Па].

Пусть требуемое время откачки составляет 3 минуты, тогда расчётное значение быстродействия насоса будет следующим:

= = 0,008 [м³/с]

Выбираем насос НВР-16Д, имеющий быстродействие 0,016 [м³/с].

Характеристики механического насоса
Быстродействие насоса, м3/с	0,016
Рабочий диапазон давлений, Па	105 – 10
Предельное давление, Па	0,67
Диаметр входного патрубка, мм	40
Марка форвакуумного насоса	НВР-16Д

Далее рабочая камера откачивается адсорбционным насосом до давления 0,1 [Па].

При давлении 100 [Па] имеем в камере количество газа, равное P∙V = 100 ∙ 0,208 = 20,8 [Па∙ м³]

Выбираем насос ЦВН-0,1-2, способный откачать количество газа, равное P∙V = 100000 ∙ 0,01 =1000 [Па ∙ м³].

Характеристики адсорбционного насоса
Быстродействие насоса, м3/с	0,002
Рабочий диапазон давлений, Па	100 – 0,1
Объём откачиваемого воздуха при P = 105 Па, м3	0,01
Предельное давление, Па	2 ∙ 10-2
Марка сорбента	Цеолит 5А
Количество сорбента, загружаемого в насос, кг	0,1
Марка адсорбционного насоса	ЦВН-0,1-2