Определение размеров трубопроводов окончательной откачки

производится исходя из требуемых значений проводимости. Для этого целесообразно из разработанной вакуумной схемы выделить расчетную схему окончательной откачки, на которой фиксируются все ограничения в размерах трубопровода, вызванные конструктивными, технологическими или иными соображениями, как это показано на рис.10.

Так при штенгельной откачке ЭВП наибольший диаметр стеклянного штенгеля (6-7 мм) ограничен газовыделением стекла в мо­мент отпая (из большого штенгеля больше поток газа при отпае), диаметр медного штенгеля (15 мм)- усилием пережима. Ми­нимальная длина штенгепя ограничена габаритами механизма отпая (ме­ханизма пережима) штенгеля и конструкцией откачного гнезда. При от­качке камер технологического оборудования диаметр трубопровода огра­ничен размерами присоединительного Фланца насоса окончательной от­качки, а длина- суммарной длиной высоковакуумного клапана (затвора) и присоединительных фланцев.

В простейшем случае, когда трубопровод может быть представлен длинной (L>lOd) цилиндрической трубой постоянного диаметра его проводимость может быть определена (для воздуха М=29, Т=293 К, молекулярный режим течения газа):

, м³с^-1 (6)

где:d- расчетный диаметр трубопровода окончательной откачки, м;

L- расчетная длина трубопровода окончательной откачки, м.

Наличие клапана или затвора с таким же диаметром прохода учиты­вается увеличением длины L на величина (2-6) d.

Диаметр отверстия трубопровода d обычно принимают равным услов­ному диаметру прохода Д_у присоединительного фланца насоса.

При штенгельной откачке ЭВП обычно имеет место более сложный вариант расчета, т.к. трубопровод состоит не менее чем из двух участков различного диаметра.

Первый участок трубопровода- штенгепь, лимитирующий откачку ЭВП представляет стеклянную или медную трубку малого диаметра, с по­мощью которой ЗВП присоединяется к вакуумной системе. По окончании откачки стеклянный штенгель "отпаивается" (разделяется сквозным проплавлением), а медный "пережимается" (перекусывается "тупыми" но­жами, обеспечивающими герметичность места пережима).

Рис.10. Расчетные схемы окончательной откачки: а) ЭВП на откачном посту (см. рис.1,а), 6) ЭВП на машине с золотником в области вы­сокого вакуума (см. рис.5,а); в) технологической камеры (см. рис.4,б); г) ЭВП метолом бесштенгельной откачки (см. рис.8,в).

Размеры штенгелей, обычно используемых для откачки ЭВП приведе­ны в таил.8.

Таблица 8

Размер стандартных штенгелей ЭВП

Второй участок трубопровода представляет собственно вакуумпровод окончательной откачки, который на расчетных схемах может быть представлен трубопроводом постоянного сечения, если элементы конс­трукций клапана, откачного гнезда, ловушки, золотника не диафрагмируют этот трубопровод.

В общем виде суммарная проводимость трубопровода состоящего из последовательно соединенных проводимостью U_i:

, м³с^-1 (7)

где: m- количество последовательно соединенных участков трубоп­ровода, учитываемых при расчете;

Суммарная проводимость трубопровода состоящего из параллельно со­единенных участков (например, в золотниковых машинах):

, м³с^-1 (8)

где: n- количество параллельно соединенных участков. Проводимость тонкой диафрагмы (длина L®0 определяется только ее площадью А:

, м³с^-1 (9)

где: Т- температура газа, К;

М- молекулярный вес газа, Кмоль;

V_i- объем газа, ударяющегося о единицу поверхности в единицу времени, V_i=ll7 м³м^-2с^-1 (при М = 29, Т = 293 К).

Проводимость трубопровода по сравнению с диафрагмой того же диаметра уменьшается за счет отражения молекул от стенок и их частичного возвращения в первоначальный объем, что может рассчитываться либо с помощью Формулы 7 (для этого надо знать проводимость участков следу­ющих за "диафрагмой"), либо учитываться коэффи­циентом Клаузинга:

(10)

где:N_S- суммарное число молекул, вошедших в трубопровод через впускное сечение;

N_обр- число "обратных" молекул, отраженных от стенок и вернув­шихся через впускное сечение.

В этом случае проводимость трубопровода произвольной формы может быть найдена как:

U=U_Д×K, (11)

где:U_Д- проводимость входного сечения рассматриваемого трубопровода.

Расчет проводимости по 11,10 обычно проводится для трубопроводов сложной конфигурации и для нахождения коэффициента К используют метод имитационного моделирования. Формулы для расчета проводимости участков трубопроводов с наиболее часто встречающейся конфигурацией (для молекулярного и вязкостного режимов течения газа) даны в табл.9.

При откачке в молекулярно-вязкостном режиме течения газа проводи­мость трубопровода может определяться:

U_МВ=0,9U_М+U_В (12)

где:U_МВ, U_М, U_В- расчетная проводимость трубопровода в молекуляр-

но-вяэкостном, молекулярном, вязкостном режимах, соответственно.

Таблица 9

Формулы для расчёта проводимости трубопроводов для газа, М=29, Т=293 К

Форма сечения трудопровода	Проводимость
длиной l, м	Молукулярный режим течения газа	Вязкостный режим течения газа. (Рср- среднее давление в трубопроводе, Па)
круг диаметром d
равносторонний треугольник со стороной а
кольцо наруж. диам. d1 внутр. диам. d2
прямоугольник со сторонами а,b (a>b)

Для определения режима течения газа используется pd критерий, где d- в метрах, p- в Паскалях:

pd ³ 1,2 МПа - вязкостный режим (низкий вакуум);

1,2 > pd > 0,004 МПа - молекулярно-вяэкостный режим (средний вакуум);

pd £ 0,004 МПа - молекулярный режим (высокий вакуум). (13)

При штенгельной откачке ЭВП, поскольку общая проводимость тру­бопровода обычно лимитируется штенгелем, проводимость трубопровода может приниматься равной проводимости штенгеля. При молекулярном режиме откачки:

, м³с^-1 (14)

С помощью формулы 14 могут быть определены минимальные размеры штенгеля d_Ш, L_Ш (см. табл.8), обеспечивающие откачку потока газа из прибора с помощью выбранного насоса, т.е. обеспечивающие соотношение (5).

Примечание. В том случае, если проводимость выбранного штенгеля оказывается несколько ниже требуемой по соотношению (5), задача мо­жет быть решена увеличением времени обезгаживания прогреваемых дета­лей, что несколько уменьшит поток газовыделения, в соответствии с формулой (2).

В том случае, если проводимость штенгеля оказывается значитель­на меньше требуемой, должен быть принят метод бесштенгельной откачки ЭВП в камере, в которой прибор, разделённый предварительно на две части после откачки герметизируется. Опре­деление размеров трубопроводов производится с использованием формул 6 - 13, как указано выше. При этом следует помнить, что откачивае­мый объём равен уже не заданному объему ЭВП, а объему камеры V_К, в ко­торой размещается прибор объемом V (V_K»30 V). Расчетная (вакуумная) схема от­качки обычно упрощается, но кинематическая схема установки становится гораздо сложнее.

При штенгельной откачке ЭВП размеры d, L вакуумпровода оконча­тельной откачки (между насосом и штенгелем) выбираются минимальными, с учетом конструктивных соображений:

1) Диаметр d рекомендуется выбирать не меньшим, чем условный ди­аметр прохода D_у используемых клапанов, затворов, ловушек из стан­дартного ряда диаметров, а с другой стороны, не большим, чем диаметр впускного патрубка насоса окончательной откачки (см. табл.10).

Таблица 10

Условные диаметры прохода Д_У трубопроводов и коммутирующей вакуумной арматуры, 10^{-3 м}

Примечание: Д_У со знаком * не рекомендуются к применению.

2) Длина L обычно получается не меньше чем сумма длин присоеди­нительные патрубков насоса, откачного гнезда клапана, золотника и определяется конструктивно.

При проверочном расчете по формулам 13, 12 определяется прово­димость каждого из участков расчетной схемы трубопровода, затем по формуле 7 или 8 определяется суммарная проводимость трубопровода, после чего определяется реальная быстрота откачки реципиента:

(15)

где S_Н - быстрота действия насоса в данной области дав­лений, м³с^-1.

U - суммарная проводимость трубопровода, м³с^-1.

Проверочный расчет должен подтвердить правильность размеров тру­бопровода и типоразмера насоса, т.е. гарантировать условие (5), сог­ласна которому реальная быстрота откачки будет не меньше требуемой, опpeдeлeннoй по Формуле (1).