Если Р2 – это давление газа у впускного патрубка вакуумного насоса, а Sн – быстрота действия насоса, тогда Р2·Sн определяет поток газа или производительность вакуумной системы у впускного патрубка насоса, т. е. на выходе газа из трубопровода. Согласно ГОСТ 5197 – 50 производительность насоса это количество газа, выраженное в единицах PV, удаляемое насосом в единицу времени из разряжаемого замкнутого объёма. В табл. 3 приведены единицы производительности вакуумных насосов в зависимости от единиц давления, объема (количества) газа и времени.
Таблица 3
Связь между единицами производительности вакуумных насосов
Производительность | мм рт. ст. · л сек | кг час | атм · см3 час |
мм рт. ст. × л/сек | 1 | 6,12×10-3 | 4738 |
кг/час | 163 | 1 | 7,73×105 |
атм × см3/час | 2,11×10-4 | 1,29×10-6 | 1 |
При откачке газа из разрежаемой емкости давление у впускного патрубка насоса падает быстрее, чем в самой емкости, что обусловлено сопротивлением потоку газа в трубопроводе. Следовательно, при откачке газа из разрежаемой емкости на концах трубопровода создается разность давлений ΔР = Р1 – Р2, (Р1 – давление в разрежаемой емкости, Р2 – давление впускного патрубка насоса).
В связи с различием быстроты снижения давления в разрежаемой емкости и у впускного патрубка насоса необходимо различать: 1) быстроту откачки разрежаемой емкости; 2) быстроту действия насоса.
Быстрота откачки газа из разрежаемой емкости – это объем газа, поступающий в единицу времени из емкости в трубопровод при давлении Р1. При этом в процессе откачки давление Р1 изменяется, поэтому и быстрота откачки со временем изменяется.
Быстрота откачки газа из разрежаемой емкости рассчитывается по выражению:
, (5)
где Р1 – давление газа в емкости в данный момент времени;
V – объем газа в емкости;
t – время откачки.
Так как значение Р1 в процессе откачки снижается, а значение dV/dt возрастает, поэтому скорость откачки газа из емкости часто остается постоянной, что и обусловливает возможность использования соотношения S =V/t.
Быстрота действия насоса – это объем газа – Vн, удаляемый насосом в единицу времени из присоединенной к нему системы трубопроводов – Vтр и разрежаемой емкости – V. Объем удаляемого газа в этом случае измеряется при давлении Р2 у впускного патрубка насоса.
Быстрота действия насоса рассчитывается по выражению:
, (6)
где Vн – общий объем газа поступающего в насос Vн = V + Vтр.
По аналогии с величинами S и Sн можно оценить быстроту действия вакуумной системы (трубопровода) в любом конкретном сечении по выражению:
, (7)
где Ртр – давление в данном сечении трубопровода, в определенный момент времени;
dV – объем газа, проходящий через данное сечение трубопровода за промежуток времени dt.
Все показатели быстроты действия вакуумной системы S, Sн, Sтр выражаются в одних единицах (табл. 4).
Таблица 4
Связь между единицами быстроты откачки газа
в вакуумной системе
Единицы измерения | см3/с | л/с | л/мин | м3/ч | м3/мин |
см3/с | 1 | 0,001 | 0,060 | 0,0036 | 0,00006 |
л/с | 1000 | 1 | 60 | 3,6 | 0,06 |
л/мин | 16,67 | 0,0167 | 1 | 0,06 | 0,001 |
м3/ч | 277,8 | 0,2778 | 16,67 | 1 | 60,0 |
м3/мин | 16670 | 16,67 | 1000,0 | 0,0167 | 1 |
Эффективность работы вакуумных систем в значительной степени зависит от пропускной способности или проводимости трубопровода – С, которая представляет собой отношение потока газа – Q к разности давлений на концах трубопровода – (Р1 – Р2), т. е.:
. (8)
Размерность пропускной способности является объем газа в единицу времени: л/с; м3/мин.
Величина обратная пропускной способности трубопровода называется сопротивлением трубопровода потоку газа – Z, которое определяется по формуле:
. (9)
Необходимо отметить, что суммарное сопротивление трубопровода потоку газа в вакуумной системе определяется по закону Кирхгофа, аналогично сопротивлению прохождения тока в электрической цепи. Таким образом, при последовательном соединении элементов трубопровода
Zсум = Z1 + Z2 +….+ Zn , (10)
При параллельном соединении
. (11)
Использование формул (10), (11) справедливо лишь при условии, что поток газа Q в трубопроводе имеет постоянное значение для любого сечения трубопровода, включая его начало и конец. Это условие имеет следующий вид:
P1· S = C · (P1– P2) = P2 × Sн = Q . (12)
Из выражения (12) следует, что, если известен поток газа Q, то можно определить быстроту откачки (разрежения) на любом участке вакуумной системы: в начале трубопровода на выходе газа из разрежаемой емкости; в конце трубопровода у впускного патрубка насоса; в любом сечении трубопровода между емкостью и насосом.
Необходимо также отметить, что вследствие сопротивления трубопровода давление Р1 на выходе из разрежаемой емкости больше давления Р2 у впускного патрубка насоса, т. е. глубина вакуума на выходе из емкости меньше, чем у впускного патрубка насоса. Поэтому быстрота откачки газа S из емкости всегда меньше быстроты действия насоса Sн. Равенство S = Sн может выполняться при условии Р1 = Р2, т. е. когда разрежаемая емкость присоединяется непосредственно к насосу без трубопровода и, следовательно, давление в емкости совпадает с впускным давлением насоса. На практике в вакуумной системе всегда требуется соединительный трубопровод, на котором расположены вентили, шиберы, клапаны, фильтры, отстойники и другие элементы. Это создает сопротивление потоку газа, т. е. всегда S < Sн.
Из равенства (12) можно вывести уравнение, связывающее быстроту откачки газа из емкости – S с быстротой действия насоса – Sн и пропускной способностью трубопровода – С.
Для этого из равенства (12) запишем два уравнения:
, (13)
. (14)
Уравнения (13), (14) запишем в следующем виде:
, (15)
. (16)
Вычитаем из уравнения (15) уравнение (16) получаем
. (17)
В результате решения уравнения (17) окончательно получаем: выражения для расчета скорости откачки газа из разрежаемой емкости
. (18)
Если известны пропускная способность трубопровода – С и требуемая скорость откачки газа из емкости – S, тогда можно рассчитать быстроту действия насоса Sн по формуле:
. (19)
Уравнения (18), (19) имеют очень важное значение при расчете и конструировании вакуумных систем.
В заключение данного раздела необходимо отметить, что любая вакуумная система характеризуется:
1) предельный вакуум – это минимальное остаточное давление, которое может быть достигнуто в установке после длительной откачки газа из рабочей камеры, при этом технологический процесс на установке выполняться не должен;
2) рабочим вакуумом, т. е. величиной давления, которое создается в установке во время технологического процесса.
Таким образом, предельный вакуум является постоянной характеристикой установки и зависит от дисорбции газов со стенок деталей и элементов, находящихся в рабочей камере, от величины натекания газа в камеру и от предельного разрежения насосов. Рабочий вакуум зависит от технологического процесса, а также от вида и состояния перерабатываемых в вакууме материалов.
Тип вакуумного насоса для создания и поддержания вакуума необходимого для реализации заданного технологического процесса выбирается по следующим основным параметрам:
- диапазон рабочего давления;
- предельное давление или максимальная глубина вакуума;
- быстрота откачки в заданном диапазоне давления.
Для достижения необходимой глубины вакуума от начального атмосферного давления осуществляют постепенную откачку газа из рабочей камеры с использованием насосов соответствующего типа.
Первоначально проводится предварительная откачка с помощью форвакуумных насосов. Насосы этого типа предназначены также для поддержания давления в выходном сечении высоковакуумного насоса, который только при этом может обеспечивать заданные параметры откачки. В качестве форвакуумных насосов могут применяться механические насосы пластинчато-роторные, золотниковые и др. типы вакуумных насосов, которые создают вакуум до 0,1 Па (1…10-3 мм рт. ст.).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
Основные порталы (построено редакторами)