Выбор высоковакуумного насоса.

Выбираем паромасляные насосы серии Н с предельным давлением р_пред =3∙10^-4 …4*10^-5 Па и диапазоном быстрот действия от 1,2∙10^-2 до 30 м³/с.

Эффективную быстроту откачки в откачиваемом объёме определяем

S_эф1 =Q/p₁ S_эф1 =4∙10^-3 м³/с .

Н айдем коэффициент исполь­зования на­соса. Пользуясь методикой, из­ложенной в § 9.5, используя рис. 9.22 (Розанов «Вакуумная техника», стр. 211), при n=5 находим оптимальное значе­ние коэффициента использования K_и1 =0,16.

Для нахождения номи­нальной быстроты действия воспользуемся формулой:

S_m1=Q/( K_и1∙p₁-p_пред1) S_m1=0,031 м³/с.

Ближайший по быстроте дей­ствия пароструйный насос НВДС-100 имеет следующие характеристики:

Номинальная быстрота действия, м³/с . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.31

Диаметр входного патрубка, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100

Наименьшее рабочее давление, Па . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10^-5

Наибольшее выпускное давление, Па . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Предельное давление, Па . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1∙10^-5

Диапазон рабочих давлений, Па . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10^-4…4

Выбор насоса для работы в области среднего и низкого ваку­ума.

В соответствии с начальными условиями выбираем серию вращательных насосов типа Н с предельным давлением по воз­духу (с ловушкой) 4∙10^-1…10^-2 Па и диапазоном быстрот действия от 10^-4 до 1,5∙10^-1 м³/с.

Рабочее давление механического насоса выбираем по максимальному выпускному давлению паромасляного насоса с коэффи­циентом запаса φ=2 p₂=4/2=2 Па, что соответствует эф­фективной быстроте откачки S_эф2 =2∙10^-5 м³/с.

По методике, изложенной в § 9.5 и по рис. 9.17 (Розанов «Вакуумная техника», стр. 207), найдем оптимальное значение K_и2= 0,7.

Н оминальная быстрота действия механического насоса S_m2=Q/( K_и2∙p₂-p_пред2) S_m2=2,878∙10^-5 м³/с.

Ближайший по быстроте действия механический насос 3ВМР-1Д имеет следующие характеристики:

Номинальная быстрота действия, м³/с . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,001

Диаметр входного патрубка, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

Предельное давление, Па . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7∙10^-2

Максимальное выпускное давление, Па . . . . . . . . . . . . . . . . . 10⁵

Диапазон рабочих давлений, Па . . . . . . . . . . . . . . . . . .4∙10^-1…10⁵

Определение конструктивных размеров трубопроводов и вы­бор элементов вакуумной системы. Высоковакуумная система.

Найдем общую проводимость участка вакуумной системы от пароструйного насоса до ваку­умной камеры по формуле:

U₀₁=S_н1∙ K_и1/(1- K_и1) U₀₁=0,723 м³/с.

где— S_н1 быстрота действия насоса, выбранного по каталогу.

Составим компоновочную схему рассматриваемого участка ваку­умной системы. На рис.3 показаны внутренние размеры отка­чиваемого объекта и длины трубопроводов.

Рисунок 3

Участок ва­куумной системы состоит из трех элементов: трубопро­водов 1,3,5, затвора 2 и ловушки 4.

Определим проводимости элементов и диаметры тру­бопроводов. Будем считать в первом приближении, что все элементы имеют одина­ковую проводимость. Тогда U_ij=5∙U₀₁=3,615 м³/с. Режим течения газа в тру­бопроводе определим по ра­бочему давлению р₁=10^-2 Па и диаметру входного патрубка насоса d_вх =0,1 м.

Критерий Кнудсена Kn=λ/р₁∙d_вх , λ=28,8∙10^-3 м∙Па, Kn =28,2 , т.е. режим течения молекулярный.

Диаметр первого элемента может быть рассчитан из условия последовательного соединения входного отверстия и трубопровода при L₁=0,1 м:

1/ U₁₁ =1/(91∙d₁² )+ 0.1/(121∙d₁³)=1/3,615

Отсюда получаем d₁=0,23 м. По ГОСТ 18626-73 («Проходы условные элементов вакуумных систем») выбираем услов­ный проход трубопровода d₁= 0,25 м. Тогда проводимость первого участка U₁₁= 4,372 м³/с, проводимость отверстия 5,688 м³/с, проводи­мость трубопровода 18,906 м³/с.

В качестве затвора выбираем ЗВЭ-250 с диаметром условного про­хода d_y=0,25 м (см. табл. 9.11 в Розанов «Вакуумная техника», стр. 221) и проводимостью в молекулярном режиме течения газа 13,4 м³/с.Диаметр трубопровода на третьем участке выберем из условия U₁₃=3,615 м³/с

С учетом размеров предыдущего элемента имеем:

d₃ =0,144 м. Согласно рекомендуемому ряду диаметров выбираем d_y =0,25 м. U₁₃=18,906 м³/с

Выбираем ловушку, имеющую d_у = 0,25 м и проводимость U₁₄ = 18,906 м³/с. Пятый участок по размеру совпадает с третьим участком, тогда U₁₅=18,906 м³/с. d₃ =0,25 м.

Таким образом, U₁₃=18,906 м³/с, а общая проводимость участка с учетом того, что входная проводимость насоса равна бесконеч­ности:

1/ U₀₁=1/ U₁₁+1/ U₁₂+1/ U₁₃+1/ U₁₄+1/ U₁₅=0,462 м³/с,

Общая проводимость выбранного участка вакуумной системы 2,16 м³/с. Коэффициент использования пароструйного насоса:

K_и1 = U₀₁/( S_н1 + U₀₁)

Коэффициент использования K_и1=0,7.

Рассчитаем распределение давления по длине участка вакуум­ной системы от пароструйного насоса до откачиваемого объ­екта. Результаты расчета занесены в табл.1.

Давление во входном сечении насоса:

p_н1= p_пред1 + Q/ S_н1 , p_н1=1,433∙10^-4 Па.

Перепад давления на элементе 5 ∆p₅=Q/ U₁₅=2,116∙10^-6 Па;

∆p₄=Q/ U₁₄=2,116∙10^-6 Па;

∆p₃=Q/ U₁₃=2,116∙10^-6 Па;

∆p₂=Q/ U₁₂=2,99∙10^-6 Па;

∆p₁=Q/ U₁=2,12∙10^-6 Па;

∆p₀=Q/ U_о=7,03∙10^-6 Па.

Все расчеты приведены в таблице №1.

Таблица 1

Название элементов	Проводимость элемента, U,м3/с	Перепад давления на элементах ∆p , Па	Давление на входе в элемент Па	Давление на выходе из элемента Па
Трубопровод №5	18,906	2,116∙10-6	1,454∙10-4	1,433∙10-4
Ловушка №4	18,906	2,116∙10-6	1,475∙10-4	1,454∙10-4
Трубопровод №3	18,906	2,116∙10-6	1,497∙10-4	1,475∙10-4
Клапан №2	13,4	2,99∙10-6	1,526∙10-4	1,497∙10-4
Трубопровод №1: Трубопровод Входное отверстие	18,906 5,688	2,112∙10-6 7,03∙10-6	1,548∙10-4 1,618∙10-4	1,526∙10-4 1,548∙10-4

Схема перепада давления:

Рисунок 4