, с. б. нестеров1, Ю. К. васильев1
Московский энергетический институт (технический университет)
1, Москва
Особенности использования аналитических методов расчета характеристик разреженного газа в приложении к сложным технологическим системам
В данной работе показаны основные особенности анализа и проектирования сложных вакуумных систем для больших технологических установок, используемых в термоядерной энергетике, физике плазмы, ускорительно-накопительных комплексах и в других ответственных приложениях.
При проектировании вакуумных систем для сложных и больших технологических установок необходимо учитывать ряд факторов, характерных именно для таких систем – необходимость откачки больших объемов, существенное влияние газовыделения, структурная сложность и т. п. Это особенно необходимо при разработке систем для ответственных приложений, где «цена ошибки» очень высока.
На примере процесса проектирования вакуумной системы для большой технологической установки показаны основные аспекты, которые нужно учитывать при анализе таких систем – газовыделение, сложность конструкции, динамическое изменение характеристик, результаты экспериментального моделирования рабочих параметров на малых системах.
В рамках данной работы разработан и создан экспериментальный стенд (рис. 1), состоящий из модельной вакуумной камеры, средств откачки и измерительной аппаратуры, с помощью которого получена экспериментальная зависимость газовыделения со стенок вакуумной камеры от времени откачки, изучено влияние типа присоединения откачного оборудования на его характеристики.
По результатам экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:
- зависимость газовыделения со стенок электрополированной нержавеющей стали имеет степенной характер;
- при расчете времени откачки необходимо учитывать газовыделение со стенок камеры, поскольку при высоком вакууме (P<10-3 мбар) основной вклад в газовый поток вносит именно этот компонент;
- модельная вакуумная установка позволяет на этапе проектирования получать данные, которые можно использовать при расчете анализируемой системы, и, таким образом, увеличивать точность прогнозирования ее характеристик.
Рис. 1. Схема экспериментального стенда
С помощью различных подходов (традиционным методом [1-2], методом пробной частицы [3] и с использованием соотношений, предложенных исследовательским отделом компании Pfeiffer [4]) проанализировано несколько вариантов компоновки вакуумной системы установки и выработаны рекомендации по учету основных факторов, оказывающих влияние на вакуумные характеристики установки большого размера как на этапе предварительной откачки, так и в процессе работы. С учетом всех полученных данных выбрана наиболее удачная компоновка установки, где используется минимальное число трубопроводов, которые «зарезают» быстроту откачки системы, а следовательно и увеличивают время откачки.
Список литературы
1. Вакуумная техника: Справочные материалы / , , и др. М.: Реклама. 1975. С.158.
2. Вакуумная техника: Справочник / , и др. Под общ. ред. , . М.: Машиностроение. 1985. С.360.
3. Основы вакуумной техники: Учебник для техникумов: 2-е изд., перераб. и доп. / , и др. М.: Энергоиздат. 1981. С.432.
4. Working with turbopumps. Introduction to high and ultra high vacuum production. Pfeiffer Vacuum Press. 2004.
