Вакуумная техника (стр. 2 )

Sp - быстродействие (скорость откачки) вакуумного насоса при давлении Рраб.

Быстроту откачки Sp можно определить из соотношения

где SH - максимальное (паспортное) значение быстроты откачки высоковакуумного насоса (агрегата), м3/с (л/с);

Рпред.- предельное (минимальное) давление газа, поддерживаемое в сечении впускного патрубка вакуумного насоса, Па;

Рраб. - рабочий вакуум, задаваемый условиями технологического процесса (смотри п.2 режимов обработки).

Приравняв значения Sp и Sq находим искомое расчетное значение быстродействия или скорость откачки высоковакуумного насоса

Подбираем высоковакуумный насос или агрегат так, чтобы

Sн(агр.) > Sн(расч.)

Выбор марки в/в насоса (агрегата) определяется условиями задания, а также учетом следующих факторов, к числу которых относятся:

-  быстродействие (скорость откачки) вакуумного насоса;

-  предельное разрежение или предельный вакуум, создаваемый выбираемыми средствами откачки;

-  диапазон рабочих давлений, в пределах которого быстродействие в/в насоса или агрегата соответствует паспортному значению;

-  селективность, т. е. различная скорость откачки по отдельным газам;

-  чистота получаемого вакуума, т. е. минимальное содержание паров углеводородов;

-  вероятность взаимодействия рабочих органов (или рабочих жидкостей, применяемых в насосах) с агрессивными технологическими средами;

-  воздействие электрических и магнитных полей, механической вибрации и т. д.

По справочным данным (смотри приложения 4-8) подбираем вакуумный насос или агрегат, отдавая предпочтение агрегатированным средствам откачки, и в табличной форме представляем их основные характеристики.

Характеристики вакуумного агрегата
Марка вакуумного насоса (агрегата)
Быстродействие насоса (агрегата), м3/с
Рабочий диапазон давлений, Па
Предельное давление, Па
Диаметр входного патрубка, мм
Марка в/в насоса, используемого в агрегате

Выбор средств откачки для создания предварительного разрежения (давление запуска в/в насоса) осуществляется следующим образом.

1. Если в агрегате (или вообще в вакуумной системе) применяется высоковакуумный насос проточного типа (например, турбомолекулярный), требующий для работы постоянное разрежение, то должно выполняться условие равной производительности средств откачки, которое выглядит так: при максимальной производительности предыдущего (как правило, высоковакуумного) насоса последующий обеспечивает на его выпускном патрубке давление меньшее или равное наибольшему выпускному давлению (давлению запуска)

где SB/B h - паспортное быстродействие в/в насоса, задействованного в агрегате;

Рmах - наибольшее значение рабочего диапазона давлений, в пределах которого сохраняется паспортное значение скорости откачки;

Sф/в н - быстродействие насоса предварительного разрежения;

Рнаиб. вып. - наибольшее выпускное давление.

тогда

Выбираем насос предварительного разрежения исходя из условия

Примечание. Все значения S и Р, используемые в предыдущей формуле, являются паспортными данными соответствующих вакуумных насосов.

2. Если в агрегате задействован высоковакуумный насос поверхностного действия (например, магниторазрядный насос), требующий для его запуска предварительное разрежение, то в качестве средств откачки могут быть задействованы поочередно механический и криоадсорбционный насосы.

Сначала рабочая камера откачивается насосом объемного действия (например, механическим вытеснительным насосом) до давления - 100 Па. Задаваясь временем откачки рабочей камеры в пределах 3-5 минут получаем расчетное значение быстродействия насоса объемного действия

Подбираем марку вакуумного насоса из таблицы технических характеристик насосов объемного действия (например, механических насосов). Далее рабочая камера откачивается адсорбционным насосом до давления запуска, которое является паспортной характеристикой высоковакуумного насоса поверхностного действия. Принимая во внимание, что основным рабочим параметром адсорбционного насоса является объем откачиваемого воздуха, подбираем тип насоса, исходя из соотношения

где Vнас. - расчетное значение объема воздуха, откачиваемого до давления
1 Па;

Vкам. - объем рабочей камеры (смотри условия задания);

P1 - наименьшее значение диапазона давлений, в пределах которого реализуется вязкостный режим течения газа.

Выбираем марку адсорбционного насоса предварительного разрежения так, чтобы

В табличной форме представляем основные характеристики выбранного адсорбционного насоса

Характеристики адсорбционных насосов (агрегатов)
Марка насоса (агрегата)
Быстрота откачки, м3/с
Объем откачиваемого воздуха, м3
Марка сорбента
Количество сорбента, кг
Рабочий диапазон давлений (100 - 1 Па)

3. Составление схемы вакуумной установки

Построение схемы вакуумной системы начинается с формулирования требований, предъявляемых к данному техническому объекту, а именно

Параметр	Технические характеристики
вакуумные параметры	степень разрежения (рабочий вакуум); тип высоковакуумного насоса, применяемого в агрегате; быстродействие вакуумного агрегата; допустимая концентрация паров углеводородов
технологические требования	постоянное поддержание (сохранение) рабочего вакуума в технологической камере; напуск атмосферного воздуха в рабочую камеру без остановки вакуумного агрегата
специальные условия	уровень вибраций при работе вакуумного агрегата; интенсивность электрических (или магнитных) полей при использовании электрофизических средств откачки; требования к ориентации вакуумных насосов в пространстве

Составление схемы выбранной вакуумной установки в условных обозначениях выполняется в соответствии с ГОСТ 2.796-81 "Элементы вакуумных систем" и ГОСТ 2.797-81 "Правила выполнения вакуумных схем". При составлении схемы вакуумной установки должны быть указаны все элементы (вакуумные насосы, ловушки, затворы, клапаны, вакуумметры и т. д.). На рис. 1 приведен пример схемы вакуумной системы на базе высоковакуумного диффузионного насоса.

Рис.1. Схема вакуумной системы на базе в/в диффузионного

пароструйного насоса

CV-рабочая камера; ND-диффузионный насос; NL-механический насос; BL-охлаждаемая (азотная) ловушка; VT-тарельчатый затвор; VII-вакуумные вентили; VE-клапаны для напуска воздуха; РА, РТ-манометрические преобразователи; BS-сорбционная ловушка.

4. Выбор конструктивных размеров соединительных

вакуумпроводов и арматуры

Конструктивные размеры соединительных вакуумпроводов выбирают задаваясь диаметрами входных (или выходных) патрубков вакуумных насосов или агрегатов. В ряде случаев к конфигурации вакуумпроводов предъявляются особые требования, например, задается сечение в виде прямоугольника, щели, конуса, коаксиального канала и т. д.

Основной трубопровод соединяет входной патрубок вакуумного агрегата с присоединительным фланцем рабочей камеры, поэтому диаметр трубопровода должен сочетаться с размерами входного патрубка выбранного в/в насоса или агрегата; при этом длина основного вакуумпровода составляет не более 0,3 - 0,5 м.

Делая проверку на режим течения газа для основного вакуумпровода и найдя проводимость Uосн. рассчитываем эффективную скорость откачки высоковакуумного агрегата.

Критерием правильного выбора вакуумного агрегата является неравенство типа

Диаметр байпасной (вспомогательной) коммуникации и вакуумпровода, соединяющего в/в насос с насосом предварительного разрежения, должен сочетаться с размером впускного патрубка насоса для предварительной откачки рабочей камеры или создания давления запуска в/в насоса. Из конструктивных соображений длина этих коммуникаций не должна превышать 1,5 – 2,0 м. Если коммуникация (вакуумпровод) состоит из нескольких элементов, соединенных последовательно (например, вакуумпровода, ловушки и вентиля), то должно выполняться условие

4. Расчет основных периодов процесса откачки

Расчет основных периодов откачки сводится к расчету времени достижения требуемого (рабочего) вакуума, соответствующего данному моменту процесса обработки изделий в вакууме. Наглядное представление о кинетике процесса дает следующий рисунок.

Ратм. Рзап. Ртехнол. Рраб. Рвыд.