4. Выбор конструктивных размеров соединительных вакуумпроводов и арматуры.
Основной трубопровод соединяет входной патрубок вакуумного агрегата с присоединительным фланцем рабочей камеры, поэтому диаметр трубопровода должен сочетаться с размерами входного патрубка выбранного высоковакуумного насоса или агрегата; при этом длина основного вакуумпровода составляет не более 0,3-0,5 [м].
Эффективную скорость откачки высоковакуумного агрегата рассчитываем по формуле:
Sэф.агр.
= 
В данном случае течение газа происходит в молекулярном режиме.
D = 250 [мм], L = 0,3 [м].
Uо.тр
= 38,1 ∙ 
= 38,1 ∙ 
= 8,01 
Как видно из схемы вакуумной системы, последовательно с трубопроводом подсоединёны два тарельчатых затвора.
Марка затворов – ЗЭПл-100 (U = 15000 л/с).
Тогда проводимость основной коммуникации будет определяться по формуле:
= 
+ 
= 
+ 
+ 
=
0,26 
Uосн = 3,87
Sэф.агр.
=
= 
= 
= 0,56
Критерием правильного выбора вакуумного агрегата является неравенство типа:
Sагр. (расч) ≤ Sэф.агр. < Sагр.
0,11 < 0,56 < 0,65
Следовательно, выбор осуществлён правильно.
Диаметр байпасной (вспомогательной) коммуникации и вакуумпровода, соединяющего высоковакуумный насос с насосом предварительного разрежения, должен сочетаться с размером впускного патрубка насоса для предварительного разрежения. Из конструктивных соображений длина этих коммуникаций не должна превышать 1,5 – 2 [м].
При откачке механическим вытеснительным насосом течение газа происходит в вязкостном режиме.
D = 40 мм, L = 1,5 [м].
Uбп.тр
= 1360 ∙ 
∙ Pср
= 1360 ∙ 
∙ 
= 116,05 
Как видно из схемы вакуумной системы, последовательно с трубопроводом подсоединены два вентиля и затвор.
Марка вентиля – КЭУн-40 (U = 170 л/с).
Тогда проводимость первой вспомогательной коммуникации будет определяться по формуле:
= 
+ 
+ 
=
+ 
+ 
=
= 0,0086 + 5,88 + 5,88 + 0,67 = 12,44
Uбп1. = 0,08
Sэф.
= 
= 
= 
= 0,0133
0,0133 < 0,016
Следовательно, выбор осуществлён правильно.
При откачке адсорбционным насосом течение газа происходит в смешанном режиме.
Uсмеш = 0,9 Uмол + Uвязк
Uмол=
0,9 ∙ 38,1 ∙
= 0,9 ∙ 38,1 ∙ 
= 0,0056
Uвязк
= 1360 ∙
∙ Pср
= 1360 ∙ 
∙ 
= 0,1452
Uсмеш = 0,151
Как видно из схемы вакуумной системы, последовательно с трубопроводом подсоединены два вентиля и затвор.
= 
+
+
=
+
+
=
= 6,62 + 5,88 + 5,88 + 0,67 = 19
Uбп2. = 0,053
Sэф.
=
= 
= 
= 0,00193
0,00193 < 0,002
Следовательно, выбор осуществлён правильно.
5. Расчёт основных периодов процесса откачки.
Расчёт основных периодов откачки сводится к расчёту времени достижения требуемого (рабочего) вакуума, соответствующего данному моменту процесса обработки изделий в вакууме.
Расчёт начального периода откачки tнач (т.е. времени откачки атмосферного воздуха из рабочей камеры насосом предварительного разрежения через байпасную коммуникацию) с учётом вязкостного режима течения газа выполняется по формуле:
= 
∙ 
ln
=
= 
∙
ln
≈ 74 [с] =
= 1,25 [мин].
объём рабочей
камеры.
= 0,416 м3
C = 1360 ∙ = 1360 ∙ = 2,32 ∙ 10-3
P1 – давление, при котором начинается откачка адсорбционным насосом (100 Па);
Pпред – предельный вакуум, создаваемый насосом предварительного разрежения (0,67 Па).
Далее аналогично рассчитаем время откачки адсорбционным насосом.
=
∙ 
ln
=
= 
∙
ln
≈ 3273 [с] =
= 54,5 [мин].
P1,5 – давление, при котором начинается откачка магниторазрядным насосом (0,1 Па);
Рассчитаем вакуум в рабочей камере, соответствующий первой секунде после открытия затвора, отделяющего работающий вакуумный агрегат от технологической камеры.
=
0,1 ∙ 
= 0,1 ∙ 
= 6,7 ∙ 10-3
[Па].
Подготовительное время tподг определяется из уравнения:
lg
= A
– B∙
tподг
lg
= –3,4 – 7,3∙ 10-5∙
tподг
–3,5 = –3,4 – 7,3∙ 10-5∙ tподг
tподг
= 
= 1370 [с]
≈ 22,8 [мин].
Рассчитаем давление в рабочей камере, соответствующее первой секунде обработки изделий.
+ 
= 
+
∙
10-9
= 1,59
[Па].
Qизд – газовыделение из материала изделий, соответствующее времени обезгаживания, равному одной секунде.
Qизд
= Аизд
∙
qдиф
= 0,293 ∙ 27,5 ∙ 
7,5 
Далее расчёт tтехнол предусматривает последовательное увеличение значений tобезг и определение промежуточных значений вакуума в рабочей камере согласно формуле:
Pкам
= 
+
Pкам
(1с) = 
+ 
≈ 11,01 ∙ 10-2
[Па]
Pкам
(1ч) = 
+
≈ 1,83 ∙ 10-3
[Па]
Pкам
(2ч) = 
+
≈ 1,29 ∙ 10-3
[Па]
Pкам
(4ч) = 
+ 
≈
9,18 ∙ 10-4
[Па]
Pкам
(6ч) = 
+
≈ 7,49 ∙ 10-4
[Па]
Pкам
(8ч) = 
+
≈ 6,49 ∙ 10-4
[Па]
Pкам
(10ч) = 
+
≈ 5,81 ∙ 10-4
[Па]
Pкам
(12ч) = 
+
≈ 5,3 ∙ 10-4
[Па]
Pкам
(14ч) = 
+
≈ 4,91 ∙ 10-4
[Па]
Pкам
(16ч) = 
+
≈ 4,59 ∙ 10-4
[Па]
Процесс обработки изделий в вакууме завершается выдержкой (временным интервалом, в течение которого изделия остывают в вакууме до комнатной температуры для предотвращения взаимодействия "горячих" изделий с атмосферным воздухом).
Поэтому сначала определяется давление в рабочей камере, соответствующее первой секунде выдержки изделий при комнатной температуре.
Pкам(6)
= 
+
= 
+
≈ 3,99 ∙ 10-4
[Па]
Конечной точкой расчёта является определение давления в камере в момент окончания выдержки согласно соотношению:
Pкам(7)
=
+
= 
+
≈ 3,93 ∙ 10-7
[Па].