Выбор типоразмеров насосов окончательной откачки

Выбор типоразмеров насосов заключается в определении требуемой быстроты откачки и подборе из каталога конкретных марок насосов, обеспечивающих требуемую быстроту откачки. Сначала, в соответствии с разработанной вакуумной системой, выбирается насос окончательной откачки, а затем насосы системы предварительной откачки, а затем насосы системы предварительного разряжения.

Определение требуемой быстроты откачки насосом окончательной откачки S₀ производиться по формуле:

, м³с-¹ (1)

где Q- поток газовыделения в реципиенте (откачиваемом объеме), м³Пас^-1;

P_P- рабочее давление (при обезгаживании изделия, работе испарителя и т.п.), Пас^-1.

Обычно давление при обезгаживании на два-три порядка выше окончательного давления Р_К в реципиенте. Поток Q определяется суммой элементарных потоков газов десорбирующих со стенок и диффундирующих из толщи (нагретых) деталей (при обезгаживании изделия, работе испарителя и т.п.), натекающих через неплотности, а также за счёт испарения легколетучих компонентов материалов, газопроницаемости тонкостенных участков реципиента и ориентировочно может быть найден как

Q_å=åg_mim_i/t_об+åg_FiF_i/t_об+Q_Н+Q_И+Q_{П ,} (2)

где:

g_mi, g_Fi- удельное содержание газа в растворённом (внутри материала конструкции) или сорбированном (на поверхностях, обращенных в вакуум) состоянии для прогреваемых элементов, соответственно, м³Па^.кг^-1 или м³Па^.м^-2;

t_об- время (высокотемпературного Т>300° C) обезгаживающего прогрева, с;

m_i- масса обезгаживаемых прогревом деталей;

F_i- поверхность, обращенная в вакуум и выделяющая газ, м²;

Q»Sg_iF_i- поток газовыделения из непрогреваемых элементов вакуумной системы, м³Па^.с^-1;

g_i- удельное газовыделение с непрогреваемых поверхностей, м³×Па^.м^-2×с^-1.

Q_Н- суммарный поток газа, натекающий через неплотности вакуум­ной системы, м³×Па×с^-1, (определяется чувствительностью ис­пользуемого для контроля вакуумной установки течеискателя);

Q_И=S(Р_НАС-Р_i)V_iF_i- поток газа за счет испарения материалов, обращен­ных внутрь реципиента, м³×Па×с^-1, (при атом Р_НАС, P_i- дав­ление насыщающих паров и парциальное давление вещества в реципиенте Па, V_i=117 м³м^-2с^-1- объем газа, ударяю­щего о единицу поверхности в единицу времени);

Q_П=SF_i^.П^.(DР_i)^1/j.h^-1 - поток газа за счет проницаемости тонких стенок, м³Па^.с^-1 (где П- коэффициент проницаемости; Па^1/jм³×с^-1×м^-1);

DР_i- перепад давлений диффундирующего через стенку газа; Па, j=l для эластомеров, j=2 для металлов, h- толщина стенки, м.

Газосодержание ряда аморфных материалов плохо растворяющих га­зы, но имеющих большую энергию сорбции (например, стекла) определяет­ся содержанием сорбированного на поверхности газа g_F1. Для металлов, эластомеров обычно указывается количество растворенных газов. Некоторые дан­ные по газовыделению и газосодержанию приведены в табл.5.

Таблица 5

Газосодержание и газовыделение вакуумных конструкционных материалов.

Газосодержание основных атмосферных газов в некоторых конструкционных материалах может быть рассчитано на основе данных табл.6, как равновесная концентрация этих газов, образующаяся при плавке по формуле: (3)

где: g_S- растворимость данного газа в материале, мПа/кг;

P_i- парциальное давление газа над раствором (для атмосферного азота Р=7,8×10⁴ Па, для кислорода Р=2,1×10⁴ Па, для водорода Р=5×10^-4 Па, для гелия Р=5,2^.10^-3 Па)

j- число атомов в молекуле газа (при растворении газа в неме­таллах принимается j=l, а в металлах j=2, т.к. молекулы при растворении в металлах диссоциируют на два атома);

Е_S- энергия активации при растворении, кДж/моль;

R- универсальная газовая постоянная;

Т- абсолютная температура;

К_S- константа растворимости.

Таблица 6

(* знак ”-” обозначает, что газы образуют в материале истинные растворы)

На этапе эскизной разработки технического предложения последние четыре компонента формулы (2), определяющие предельное давление ва­куумной системы Р_С'=(Q_S+Q_Н+Q_И+Q_П)/S₀ могут быть определены лишь ориентировочно и обычно задаются потоками, соизмеримыми с допустимым потоком натекания в системе (Q_Н=10^-10 Вт), а затем уточняются на стадии эс­кизного проектирования, после определения конкретных размеров вакуум­ной камеры и внутренней арматуры. Поток Q_S, обычно формирующий ос­новную долю газовыделения из камеры может быть значительно сокращен за счет предварительного прогрева элементов системы, что видно из табл. 5.

Определение типоразмера насоса окончательной откачки заключает­ся в выборе по справочнику (или из табл.7) такой марки насоса требу­емого типа, который обеспечивает

(4)

где:

S_Н- быстрота действия насоса (выбранного типоразмера), м³с^-1.

S₀- требуемая быстрота откачки, м³с^-1.

U- проводимость трубопровода окончательной откачки реципиента, м³с^-1.

Таблица 7

Некоторые характеристики вакуумных насосов

*- в указанном диапазоне давлений быстрота действия насоса снижается (см. столбец 5)

Так как ряды реальных типоразмеров насосов ограничены, то часто приходится выбирать типоразмер имеющий S_Н с большим запасом.

Поскольку на этом этапе расчета трубопровод также еще не выб­ран, то вначале может быть рекомендовано ориентировочное соотношение для определения проводимости трубопровода:

(5)

В проверочном расчете, величина U, принятая как основа для рас­чета размеров трубопровода должна быть уточнена.