|
|
КРИ-45Д. Курсовая вакуумная. 2 Устройство установки вихрь 1 Обоснование выбора оборудования
СОДЕРЖАНИЕ
1 Введение
2 Устройство установки «ВИХРЬ»
2.1 Обоснование выбора оборудования
2.2 Описание схемы установки
2.3 Расположение оборудования на стенде
2.4 Описание элементов установки
3 Расчёт времени откачки камеры
3.1 Цель расчёта
3.2 Исходные данные
3.3 Методика расчёта
3.4 Результаты расчёта
4 Эксплуатация установки
4.1 Описание панели управления установкой
4.2 Порядок включения установки
4.3 Порядок градуировки
4.4 Порядок отключения установки
|
5 Экономическая часть
5.1 Цель расчёта
5.2 Расчёт стоимости оборудования
5.3 Расчёт стоимости конструкционных элементов
5.4 Расчёт стоимости материалов
5.5 Расчёт зарплаты рабочим
5.6 Сводная сметы затрат
6 Охрана труда
6.1 Требования охраны труда к монтажу установки
6.2 Правила безопасности эксплуатации установки
7 Выводы и рекомендации
1 ВВЕДЕНИЕ
Установка «ВИХРЬ» предназначена для градуировки деформационных вакуумметров.
Градуировка – это операция установления зависимости между показаниями прибора и давлением газа.
Преобразователи для косвенных измерений давления, показания которых не могут быть рассчитаны с необходимой для практики точностью, градуируются путём сличения показаний с показаниями образцовых приборов: механических преобразователей и компрессионных манометров. К таким преобразователям относятся тепловые, электронные, магниторазрядные и радиоизотопные.
Приборы для измерения давления, используемые в качестве исходных для всех других приборов, называются образцовыми средствами измерения первого разряда. Их постоянные или градуировочные кривые рассчитываются по размерам преобразователей и другим значениям, входящих измерительное уравнение. Приборы используемые в качестве образцовых, предварительно проградуированы по другим образцовым приборам называют образцовыми средствами измерения второго разряда.
В данной установке для градуировки деформационного вакуумметра используется радиоизотопный вакуумметр, относящийся к образцовым средствам измерения второго порядка. Целью градуировки является построение градуировочной кривой.
Градуировочная кривая – это график зависимости ионного тока, возникающего в цепи преобразователя ПМР-8 от давления газа.
Для построения градуировочной кривой деформационного вакуумметра определяется градуировочная характеристика.
 ,
где Ii – сила измеряемого тока, А;
S – абсолютная чувствительность, А|Па;
n – показатель степени (0,9…1,4);
p – измеряемое давление, Па.
2 УСТРОЙСТВО УСТАНОВКИ
2.1 Обоснование выбора оборудования
В данной установке используется следующее оборудование: камера вакуумная вместимостью 40л, насос НВР–3Д, вакуумметр ВР-4 с ПМР-8, вакуумметр ВО-18Р, один вентиль Dу25, один вентиль Dу3 и натекатель Dу10.
Вместимость камеры выбрана по рекомендации задания; форма камеры – цилиндрическая, для удобства изготовления. Камера не имеет съёмных крышек, т. к. в камере не предполагается расположение внутренних элементов. Диаметр камеры вместимостью 40л. выбран 350 мм, т. к. это позволяет использовать для удобства использования камеры трубу со стандартным диаметром. Материал камеры – сталь Ст20. Выбор материала проведён с учётом получения наименьших затрат и в связи с тем, что откачиваемым газом является воздух и не предполагается нагрев и низкотемпературное охлаждение камеры.
Насос выбран по рабочему давлению установки, указанному в задании 600 Па, т. к. предельное давление насоса 0,67 Па.
Вакуумметр ВР-4 с ПМР-8 выбраны по рабочему диапазону давлений установки 100000 ÷ 600 Па. Диапазон измерения вакуумметра с преобразователем ПМР-8 0,001 ÷ 100000 Па.
Вакуумметр ВО-18Р выбран по рекомендации задания, т. к. является исследуемым элементом.
Для дозировки натекающего газа в рабочую камеру выбран игольчатый натекатель для регулирования малого потока газа.
В качестве клапанов выбраны вентили с ручным приводом.
Диаметр условного прохода вентилей между камерой и насосом, выбран по диаметру условного прохода входного патрубка насоса. Диаметр условного прохода атмосферных вентилей выбран минимальным с целью уменьшения затрат на установку.
Связь между элементами вакуумной системы осуществляется с помощью соединительных элементов – трубопроводов.
Диаметры соединительных трубопроводов определены с учётом размеров соответствующих патрубков оборудования. Длина трубопроводов определена на схеме расположения установки на основании действительных размеров.
Материалы трубопроводов подобраны с учётом отсутствия агрессивности откачиваемого газа.
Материал трубопровода на входе насоса – резина 7889, с целью гашения вибрации, идущей от насоса.
Материал подсоединительного трубопровода натекателя – медный, с целью удобства монтажа.
Остальные трубопроводы изготовлены из стали Ст 20, т. к. рабочим газом является воздух.
2.2 Описание схемы установки
Принципиальная схема установки представлена на листе формата А2. Схема соединений приведена на рисунке 1. Элементы установки имеют следующие назначения:
CV1 – рабочая камера – является объёмом выравнивающем давление в градуированном и образцовом вакуумметре;
NL1 – насос НВР-3Д – служит для создания потока газа;
PA1 – вакуумметр радиоизотопный - служит для градуировки деформационного вакуумметра;
PA2 – вакуумметр радиоизотопный – служит для контроля работоспособности насоса НВР-3Д;
PD1 – вакуумметр деформационный – является объектом исследования;
VF1 – натекатель с ручным приводом – служит для создания малого потока газа из атмосферы;
VП1 – вентиль с ручным приводом Dу25 – для отсечения камеры от насоса при неработающей установке;
VП2 – вентиль с ручным приводом Dу3 – служит для стравливания насоса атмосферным воздухом при отключении установки.
2.3 Расположение оборудования на стенде
Схема расположения установки приведена на листе формата А2. Элементы установки расположены на стенде с размерами 1700×1300×550 мм.
Рабочая камера расположена в средней части стенда в вертикальном положению
Насос НВР-3Д расположен в нижней части стенда на уровне 100 мм от пола для удобства слива при замене масла.
Преобразователи вакуумметров прикреплены в штуцерно-грибковых патрубках.
Панель вторичного прибора вакуумметра совмещена с передней панелью установки и находится в верхней части стенда на уровне глаз персонала для уменьшения погрешности при снятии показаний.
Все клапаны расположены в верхней части стенда, а их маховики выведены за переднюю панель установки для удобства управления установкой и имеют маркировку указанную на рисунке 2.
2.4 Описание элементов установки
2.4.1 Рабочая камера
Рабочая камера имеет цилиндрическую форму. Её размеры: высота 564мм, диаметр 359 мм. Камера изготовлена из стали Ст20, вместимость 40 л.
Камера имеет 4 подсоединительных патрубка: два фланцевых Dу25 и Dу10, один штуцерно-грибковый Dу25 и один штуцерно-нипельный Dу 10.
Штуцерно-грибковый патрубок служит для подсоединения вакуумного преобразователя ПМР-8, который необходим для измерения давления в
камере при её откачке и градуировке деформационного вакуумметра.
Штуцерно-нипельный патрубок служит для подсоединения деформационного вакуумметра с целью его исследования.
Фланец Dу10 служит для подсоединения медного трубопровода, на который крепится натекатель, который создаёт малый поток газа.
Фланец Dу25 служит для подсоединения трубопровода ведущего к вентилю Dу25.
Охлаждение камеры не требуется, съёмные крышки отсутствуют, смотровые окна отсутствуют, чертёж камеры представлен на листе формата А1.
2.4.2 Насос НВР-3Д
Тип: насос пластинчато-роторный, двухступенчатый, малой производительности Sн=0,003 м 3/c. Насос НВР-3Д относится к группе вращательных насосов с масляным уплотнением, работающих в области низкого и среднего вакуума.
Параметры:
- предельное давление насоса составляет 0,67 Па;
- входной патрубок насоса имеет Dу25;
- габариты 545×433×358 мм.
Особенности монтажа: насосы малой производительности устанавливают на высоте примерно 100-150 мм от пола (для удобства слива и замены масла) на виброгасящих опорах.
Выходной патрубок насоса подсоединяется резиновый трубопровод для гашения вибрации.
Принцип действия: основан на переодическом изменении объёма рабочей камеры.
Пластины разделяют рабочую полость камеры на три полости: всасывания, промежуточную и сжатия. В процессе работы насоса зазоры в роторном механизме уплотняются рабочей жидкостью насоса – маслом. При вращении ротора пластины вращаются, объём полости всасывания увеличивается, в ней возникает разряжение и происходит всасывание газа через входное отверстие. Затем откачиваемый газ попадает в полость сжатия, её объём уменьшается, давление растёт, выходной клапан открывается и газ выходит из насоса.
Особенности конструкции:
- откачной механизм помещён в масло;
- пластины разделяют рабочую камеру на три полости, что уменьшает перетечку газа из полости сжатия в полость всасывания. Это уменьшает предельное давление приблизительно в пять раз;
- поверхность статора в месте касания ротора имеет кривизну
ротора для уменьшения перетечек;
- электродвигатель насоса имеет общий вал с откачным механизмом, что уменьшает общие габариты насоса.
2.4.3 Вакуумметр ВР-4 с ПМР-8
Тип: ионизационный радиоизотопный
Принцип действия: радиоактивный источник -частицы с большой энергией достаточной для ионизации нескольких тысяч молекул, -частицы проходят через газ с измеряемым давлением, ионизируют молекулы, в результате чего образуются ионы и электроны. Ионный ток является мерой давления. Чем больше ионный ток, тем выше давление газа. Верхний предел измерения ограничен возможностью -частицы ионизировать молекулу на всём пути внутри преобразователя. Нижний предел ограничен таким давлением, при котором -частицы на всём пути не сможет ионизировать ни одной молекулы.
Параметры:
- диапозон измерения – 0,001-100000 Па;
- патрубок преобразователя ПМР-8 – Dу25;
- диаметр преобразователя 60 мм, высота 200 мм;
- длина ВР-4 386 мм, ширина 295 мм, высота 275 мм.
Особенности монтажа и эксплуатации:
Показания зависят от рода газа, не боится срыва вакуума, монтируется вертикально в штуцерно-грибковом патрубке Dу10. Имеет недостаток: невозможность измерения давлений ниже 0,001 Па.
2.4.4 Вакуумметр ВО-18Р
Тип: деформационный, образцовый
Принцип действия: основан на зависимости величины деформации чувствительного элемента от перепада давления. В качестве чувствительного элемента используется трубка Бурдона – это металлическая трубка эллиптического сечения загнутая по окружности. При большом давлении газа внутри эллипса, он начинает стремиться к окружности, за счёт разной площади поверхностей «сторон» эллипса. При этом загнутая трубка распрямляется при повышении давлений в трубке и скручивается при понижении давлений в трубке.
Для градуировки требуется другой вакуумметр, так как шкалу невозможно рассчитать заранее.
Преобразователь отсутствует. Размеры его составляют 18049222 мм.
Вакуумметр ВО-18Р устанавливаются так, чтобы его передняя панель являлась частью панели управления установкой.
2.4.5 Коммутационная аппаратура
В данной установке к коммутационной аппаратуре относятся: вентили и натекатель. Коммутационная аппаратура предназначена для управления потоками газа в вакуумной системе. Натекатель служит для подачи в камеру малого потока газа из атмосферы.
Принцип действия всех клапанов основан на изменении диаметра проходного сечения.
В систему задействованы вентили с Dу3 и Dу25 с ручным приводом. Вентиль с Dу3 служит для стравливания насоса. Вентиль с Dу25 служит для отсечения вакуумной системы от насоса. Вентили имеют высокую герметичность, малое газовыделение, хорошую проводимость, незначительную адсорбцию газов внутренними поверхностями, гарантированное число циклов. Вентили подсоединяются фланцами, соответствующего диаметра условного прохода.
Также в системе задействован натекатель Dу10 с ручным приводом. Тип натекателя – игольчатый, состоит из корпуса, седла, патрубка и запорного органа в виде иглы.
Маховики вентилей и натекателя выведены на переднюю панель стенда.
3 РАСЧЁТ ВРЕМЕНИ ОТКАЧКИ КАМЕРЫ
3.1 Цель расчёта
Целью расчёта является определение времени откачки рабочей камеры установки насосом НВР-3Д от атмосферного до рабочего давления. Это время определяет продолжительность основного этапа подготовки установки к работе и позволяет оценить целесообразность выбора соединительных коммуникаций между насосом и камерой, а также соответствие самого насоса данной установке.
3.2 Исходные данные
В расчёте использованы следующие параметры установки и откачиваемого газа:
Т=293 К – температура газа;
Рнач=100000 Па – начальное давление;
Ркон=600 Па – конечное давление;
Sн – быстрота действия насоса;
Ро – предельное остаточное давление;
V – вместимость камеры;
NТ – число возможных течей;
d – диаметр участков;
l1 – длина первого участка;
l2 – длина третьего участка;
q – удельное газовыделение из стали.
3.3 Методика расчёта
Диапазон откачки разбит на 2 части:
1 – поддиапазон 100000 – 22000 Па
2 – поддиапозон 22000 – 600 Па
Путь откачки разбит на 3 участка:
1 участок – трубопровод от насоса NL1 до вентиля VП1;
2 участок – клапан VП1;
3 участок – трубопровод от вентиля VП1 до камеры CV1.
Для каждого участка определены границы между режимами течения газа:
граница между турбулентным и вязкостным режимом, которая находится по формуле 3.1
 (3.1)
РТ=2660(0,025|0,003)22000 Па
граница между вязкостным и молекулярно-вязкостным режимом, которая находится по формуле 3.2
 (3.2)
РВ=1|0,025=40 Па
Расчёт проводимости с учётом типа участка и вида режима течения газа по следующим формулам.
Проводимость первого и третьего участков в первом диапазоне находится по формуле 3.3 для короткого трубопровода в турбулентном режиме.
 , м3|c (3.3)
где  - проводимость длинного трубопровода в турбулентном режиме, м3|с;
 - проводимость входного отверстия, м3|c.
 м3|c
 м3|c
 , м3|c (3.4)
где Рср – среднее давление, Па;
 м3|c
 м3|c
 , м3|c (3.5)
где П –
 м3|c
 м3|c
 (3.6)
где Sо – быстрота откачки;
S01=Sн (3.7)
где S01 - быстрота откачки первого участка;
S01=0,003 м3|c
 (3.8)
где S03 - быстрота откачки третьего участка
U1 – проводимость первого участка, м3|c;
U2 – проводимость второго участка, м3|c.
 м3|c
Проводимость второго участка в первом диапазоне находится по формуле 3.9 для клапана в турбулентном режиме.
 (3.9)
Где Е –
 м3|c
 (3.10)
Где S02 - быстрота откачки второго участка.
 м3|c
Проводимость первого участка во втором диапазоне находится по формуле 3.11, для короткого трубопровода в вязкостном режиме.
 м3|c (3.11)
 м3|c
Проводимость второго участка во втором диапазоне находится по формуле 3.12, для клапана в вязкостном режиме.
 м3|c (3.12)
 м3|c
Проводимость третьего участка во втором диапазоне находится по формуле 3.13, для короткого трубопровода в вязкостном режиме.
 м3|c (3.13)
 м3|c
 (3.14)
Общая проводимость пути откачки для последовательных участков в диапазонах находится по формуле 3.15.
 м3|c (3.15)
 м3|c
 м3|c
Время откачки камеры для первого и второго диапазонов находится по формуле 3.16 для турбулентного режима.
 (3.16)
  с
 с
 (3.17)
Общее время откачки камеры находится по формуле 3.18
 (3.19)
 с
3.3 Результаты расчёта
Расчёт выполнен с помощью калькулятора. Промежуточные результаты расчёта составлены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 результаты расчёта времени откачки
№ участка
|
d, м
|
l, м
|
Проводимость в поддиапазоне, м3/c
|
1
|
2
|
1
|
0,025
|
0,73
|
1,26
|
2,6
|
2
|
0,025
|
-
|
3,27
|
0,81
|
3
|
0,025
|
0,15
|
1,58
|
12,6
|
UОБЩ
|
0,57
|
0,61
|
|
Время откачки, с
|
t
|
16,26
|
48,4
| | |
|
|
Скачать 318 Kb.