Для достижения высокого вакуума (10-4…10-6) мм рт. ст., т. е. (10-2…10-4 Па) используются бустерные насосы механического, паромасляного или диффузионного типа. В некоторых схемах бустерный насос устанавливается между форвакуумным и высоковакуумным насосами с целью приведения в соответствие выпускного давления высоковакуумного насоса с выпускным давлением форвакуумного насоса.
Сверхвысокий вакуум порядка (10-7…10-9) мм рт. ст. или (10-5…10-7) Па достигается с помощью насосов ионно-сорбционного типа.
Для предварительного выбора типа насоса в зависимости от требуемого вакуума можно использовать рекомендации, представленные на рис. 2.
Рис. 2. Области рабочих давлений вакуумных насосов разных типов (величины давлений в мм рт. ст.)
2. Порядок выполнения работы.
Каждой подгруппе выдается задание по расчету вакуумной системы, для установки по производству лейкосапфиров или термической обработки изделия. Алгоритм представлен в виде примера:
1. Проанализируем задание на проектирование, представленное на рис. 3 и 4.
Видно, что система имеет трубопровод 5 для предварительной откачки газа из рабочей камеры с помощью форвакуумного насоса. Для достижения рабочего вакуума Рр = 0,6 Па используется диффузионный паромасляный насос 3 с трубопроводом 2.
Рис. 3. Схема камеры печи сопротивления:
1 – токоподводы; 2 – крышка; 3 – стенка корпуса; 4 – экраны;
5 – тигель с металлом; 6 – дно; 7 – уплотнение; 8 – вакуум-провод
На рис. 4 представлена принципиальная схема конструкции рабочей камеры установки. Ёмкость камеры V = 120 л, тогда приведённый объём Vпр равен V/n (n – показатель политропы для воздуха n = 1,2), следовательно, Vпр = 120/1,2 = 100 л.
Согласно конструктивных размеров, указанных на рис. 4, рассчитываются площади поверхностей элементов Fi рабочей камеры. Результаты расчётов представлены в табл. 5.
Используя значения Fi, тип материала для изготовления элементов (см. табл. 5) и удельное газовыделение, а точнее газоотделение gi для расчётных материалов определяется суммарная скорость газовыделения из конструктивных элементов рабочей камеры.
Удельное газоотделение gi (л·Па/м2·с) после откачки в течение 1 часа для различных материалов составляет [1]:
- сталь конструкционная – 0,41;
- сталь коррозионностойкая – 0,175;
- медь – 0,20;
- латунь – 0,33;
- алюминиевые сплавы – 0,60;
- молибден – 0,008;
- вольфрам – 0,003;
- резина вакуумная – 10,0;
- фторпласт – 0,30.
Таблица 5
Размеры внутренних поверхностей печи сопротивления
Узел | Диаметр, мм | Высота, мм | Площадь, м2 | Материал |
Крышка камеры | 500 | - | 0,196 | Коррозионностойкая сталь |
Дно камеры | 500 | - | 0,196 | То же |
Стенки камеры | 500 | 600 | 0,94 | То же |
Экраны: | ||||
Вертикальные | 250 300 350 400 | 400 400 400 400 | 0,340´2 0,376´2 0,439´2 0,502´2 | Молибден |
Горизонтальные нижние | 400 400 400 400 | - - - - | 0,125…0,25 0,125…0,25 0,125…0,25 0,125…0,25 | Молибден |
Горизонтальные верхние | 400 400 400 400 | - - - - | 0,107…0,21 0,107…0,21 0,107…0,21 0,107…0,21 | Молибден |
Токоподвод | 150 | - | 0,018…0,040 | Медь |
Рис. 4. Схема вакуумной печи сопротивления:
1 – камера печи; 2 – соединительный патрубок;
3 – вакуумный затвор высоковакуумного агрегата ВА-2-3;
4 – электромагнитный клапан ДУ-50;
5 – трубопровод предварительного разряжения, Ø 50 мм, L = 2000 мм;
6 – форвакуумный насос
В результате анализа табл. 5 видно, что общая площадь (м2) элементов из коррозионностойкой стали (крышка, дно, стенки камеры) составляет 1,332 м2, площадь молибденовых экранов 5,15 м2, площадь медных токопроводов 0,04 м2. Тогда суммарная скорость газовыделения со всех элементов рабочей камеры составит:
Qк = 0,175 · 1,332 + 0,008 · 5,15 + 0,20 · 0,04 = 0,282 (л·Па/с).
2. Рассчитаем величину общего газовыделения Qобщ в ходе технологического процесса:
, (20)
где 
– газовыделение из элементов рабочей камеры;
– газовыделения из шихтовых материалов;
– газовыделения из материала тигля;
– натекания газа через неплотности соединений вакуумной системы.
Газовыделения из шихтовых материалов составит
,
где 
– удельное содержание газов (см3/г; л/г) в шихтовых материалах;
– масса (вес) шихты (г).
Предположим, что при плавке 100 г исходного корунда Al2O3 выделилось q = 0,0185 л газа. Тогда содержание газа в шихте массой = 1 кг (1000 г) составит:
= (0,0185 : 100) · 1000 = 0,185 л.
3. Рассчитаем необходимую скорость откачки S этого количества газа в соответствии с формулой (5).
- необходимая скорость откачки при вакуумировании в течение 1 часа (3600 с) в перерасчёте на нормальное давление Р = 1 атм = 105 Па составит:
.
- необходимая скорость откачки при вакууме Рв = 10-1 Па должна быть S = 51,4 л/с, а при Рв = 10-2 Па, S = 514 л/с; при Рв = 10-3 Па, S = 5140 л/с.
Величиной газовыделения из тигля принебрегаем, т. к. тигель изготавливается из высокоогнеупорных керамических материалов и насыщение этих материалов газами незначительно.
Допустимую величину натекания принимаем = 0,2 л·Па/с. Таким образом с учётом газовыделения от всех возможных источников согласно формуле (20) необходимая или эффективная скорость откачки составит:
- Рв = 10-1 Па (10-3 мм рт ст) Sэф = 2,82 + 51,4 + 2,0 = 56,22 л/с,
- Рв = 10-2 Па (10-4 мм рт ст) Sэф = 28,2 + 514 + 20 = 562,2 л/с.
Быстрота откачки насоса 
с учётом газодинамических потерь принимается в 1,7…2,0 раза больше эффективной откачки. Тогда для рабочего давления Рв = 10-2 Па (10-4 мм рт. ст.) Sн ≥ 2 · 558 = 1120 л/с.
4. Выберем марку насоса. В соответствие с расчетом предъявляемым требованиям удовлетворяет высоковакуумный паромасляный насос Н-2Т (табл. 6). Наибольшее выпускное давление этого насоса 1,1 мм рт. ст. (~ 10 Па). Для данного давления эффективная скорость предварительной откачки форвакуумного насоса Sн должна быть не менее 1,2 л/с. Поэтому в качестве форвакуумного насоса для обслуживания высоковакуумного насоса Н-2Т можно использовать вращательный насос типа ВН150 (ВН-6Г).
Согласно табл. 7 быстрота откачки воздуха для этого насоса составляет Sн = 155 л/мин = 2,6 л/с, что вполне может обеспечить нормальный режим работы насоса Н-2Т. Предельный вакуум этого насоса – 10-2 мм рт. ст. (~ 1,0 Па).
Таким образом, в результате выполняемых расчетов для обеспечения откачки газа из рабочей камеры от атмосферного начального давления Ро = 1×105 Па до требуемого вакуума Рв = 0,5 Па необходимо провести предварительную откачку механическим форвакуумным насосом ВН-150 (ВН-6Г), а затем при Рв » 10 Па включается высоковакуумный паромасляный насос Н-2Т, который и обеспечивает требуемый рабочий вакуум Рв = 0,5 Па (5×10-3 мм рт. ст.). Необходимо отметить, что предельный вакуум, который может обеспечить данный насос составляет Рпр = 5×10-6 мм рт. ст. (1×10-4 Па).
5. Определим время (длительность) откачки газов от атмосферного начального давления Ро = 1 атм = 760 мм рт. ст. = 10-5 Па до необходимого, рабочего Рр = 0,5 Па = = 5×10-3 мм рт. ст. Для решения этой задачи все время откачки разбивается на несколько стадий с учетом различных режимов движения газа по трубопроводу в зависимости от величины вакуума.
В нашем случае весь диапазон изменения давления от Ро = 1×105 Па до Рр = 0,5 Па разбиваем на следующие стадии.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
Основные порталы (построено редакторами)