Курсовая по вакуму. Введение Разработка вакуумной схемы установки

• Название: Введение Разработка вакуумной схемы установки
• Дата: 09.10.2022
• Размер: 42.15 Kb.
• Имя файла: Курсовая по вакуму.docx
• Тип: Реферат; #723216

Содержание
Введение………..……………

1. Разработка вакуумной схемы установки………………
2. Выбор средств контроля и измерения вакуума и определение их мест размещения на вакуумной схеме ………..……………….
3.Расчет стационарного режима работы вакуумной установки ………
3.1 Выбор средств получения и поддержания вакуума………..………
3.2 Определение конструктивных размеров соединительных трубопроводов и выбор элементов вакуумной системы………………
4. Проверочный расчет ……….………
5. Расчет в неустановившемся режиме работы………
6. Разработка конструкции вакуумного элемента и его деталировка ......
Заключение............
Список использованных источников.........
Приложение

Введение
Вакуум, как его понимают в технике,- это сильно разреженный газ. Приборы и устройства, в которых тем или иным образом используется вакуум, широко применяются в самых разных областях науки и техники. Вакуум был известен еще в далекой древности. Считается, что первые приборы для получения разреженного воздуха были созданы греческими учеными из Александрии Ктесибием (I век до н.э.) и Героном (I век н.э.). Но долгое время их приборы оставались лишь забавными игрушками - достаточно насущной потребности в вакуумной технике у человечества не возникало вплоть до начала XIX века. Умение достигать высокой степени разрежения газа позволило физикам сделать в конце XIX – начале XX века ряд открытий. Так, например, Т.А. Эдисоном в 1883 г. была открыта термоэлектронная эмиссия после нескольких лет исследований, проводившихся разными учеными. С этого момента вакуумная техника становится технологической основой электровакуумной промышленности. Расширение практического применения вакуумной техники сопровождалось быстрым развитием методов получения и измерения вакуума
На практике сильно разреженный газ называют техническим вакуумом. Строго говоря, техническим вакуумом называют газ в сосуде или трубопроводе с давлением ниже, чем в окружающей атмосфере. Условно весь диапазон давлений для реальных размеров вакуумных приборов может быть разделён на поддиапазоны следующим образом:

Низкий вакуум - область давлений 760 – 1 Торр (мм рт.ст)
Средний вакуум - область давлений 1 – 10-3 Торр (мм рт.ст)
Высокий вакуум - область давлений 10-3 – 10-7 Торр (мм рт.ст)
Сверхвысокий вакуум - соответствует давлению 10-9 Торр и ниже.
Давление в космосе на несколько порядков ниже, в дальнем же космосе и вовсе может достигать 10-30 Торр и ниже.

Для получения вакуума используется вакуумный насос - устройство, служащее для удаления (откачки) газов или паров. Вакуумные насосы классифицируют как по типу вакуума, ими вырабатываемого, так и по устройству. Для регулирования процессов в вакуумной системе используется вакуумная запорная арматура различных видов: вакуумные клапана, вакуумные затворы, вентили и т.д. Для соединений элементов вакуумной техники используются вакуумные соединения: фланцы, хомуты и пр... Для измерения вакуума используются вакуумметры, преобразователи ионизационные, термопарные, магнитные и другие средства измерения вакуума.
Для получения той или иной степени вакуума требуются соответствующие вакуумные насосы или их комбинация. Выбор вакуумного насоса определяется родом и количеством пропускаемых насосом газов и диапазоном рабочих давлений насоса и его параметрами. К сожалению не существует такого насоса, с помощью которого можно было бы обеспечить вакуум во всем диапазоне давлений. Вакуумные насосы по назначению подразделяются на сверхвысоковакуумные, высоковакуумные, средневакуумные и низковакуумные, а в зависимости от принципа действия – на механические и физико-химические. Механические насосы подразделяются на объёмные и молекулярные. Объёмные насосы осуществляют откачку за счёт периодического изменения объёма рабочей камеры. В основном они используются для получения предварительного разряжения. К ним относятся поршневые, жидкостно-кольцевые ротационные (вращательные). Наибольшее распространение в вакуумной технике получили вращательные насосы.
К высоковакуумным механическим насосам относятся: пароструйные насосы (парортутные и паромасляные), турбомолекулярные насосы. Молекулярные насосы осуществляют откачку за счёт передачи молекулам газа количества движения от твёрдой, жидкой или парообразной быстродвижущейся поверхности. К ним относятся водоструйные, эжекторные, диффузионные молекулярные насосы с одинаковым направлением движения откачивающей поверхности и молекул газа и турбомолекулярные насосы с взаимно перпендикулярным движением твёрдых поверхностей и откачиваемого газа.
Основные типы вакуумных насосов:
Механические: пластинчато-роторные золотниковые, Рутса, поршневые, диафрагменные, винтовые, спиральные, турбомолекулярные, магниторазрядные;
Струйные: паромасленные диффузионные, паромасленные бустерные, водокольцевые;
Сорбционные;
Криогенные.
Применение вакуумной технике в различных отраслях столь обширно, что перечисление может занять несколько страниц текста. Вот только некоторые из них:

Установки для обработки и размельчения мяса, выделки колбас;
Проводки централизованных вакуумных систем (агрегаты центрального вакуума для больниц, лабораторий, НИИ и т.д.);
Присосочно-транспорт рующие установки;
Вакуумные держатели;
Канализационные проводки под вакуумметрическим давлением;
Установки для отгазирования, отсасывания, фильтрации;
Вакуумные камеры для дезинфекции;
Установки для откачивания масел и других жидкостей в обрабатывающих станках, автомобилях и т.д.;
Аэроиспытательные камеры;
Вакуумные упаковочные машины;
Установки для вакуумной сушки;
Производство зеркал и тонирование стекол;

и т.д.
1 Разработка вакуумной схемы установки
Исходные данные к проекту:

Рабочее давление – 6*10^-3 Па
Суммарное газовыделение - 1*10^-1 м³*Па/с
Размеры рабочей камеры – o=1м; h=0,7 м
Время работы в установившемся режиме – 60 мин.
Время откачки в неустановившемся режиме – 10 мин.
Разработать вакуумный клапан.

В зависимости от назначения технологической установки к ее вакуумной системе может быть предъявлен ряд требований, выполнение которых обеспечивает возможность проведения необходимого технологического процесса, осуществимого в вакууме.

Вакуумная система должна обеспечить получение требуемого давления в откачиваемом объеме. Для удовлетворения этого требования вакуумная система должна быть герметичной и снабжена соответствующими средствами откачки, измерения давления, коммутирующими и разъемными элементами. Важным условием выполнения этого требования является подбор материалов, из которых будут изготовлены вакуумная система и ее элементы, а также методы подготовки вакуумной системы к работе.
Вакуумная система должна обеспечить возможность получения требуемой быстроты откачки объема. Для этого вакуумная система должна иметь определенную проводимость, а применяемые вакуумные насосы должны обладать необходимой быстротой действия.
Вакуумная система должна быть снабжена устройствами для контроля ряда параметров, характеризующих ее состояние (общее и парциальные давления остаточных газов, скорость собственного газовыделения вакуумной системы, скорость накопления отдельных газов и паров в вакуумной системе и т. д.).
При применении автоматических систем управления технологическими процессами вакуумная система должна быть оснащена набором различных датчиков, осуществляющих передачу информации на ЭВМ. Используемые в вакуумной системе коммутирующие элементы должны быть автоматизированы, а средства откачки — высокопроизводительн ми и долговечными.
Технологический процесс, осуществляемый на вакуумных установках, часто длится многие десятки часов, поэтому вакуумная система должна быть высоконадежной при эксплуатации и иметь длительный межремонтный период. Это требование вызвано также и тем, что необходимо поддерживать вакуумную систему в рабочем состоянии в течение как можно большего времени. Вакуумная система, длительно не соприкасающаяся с атмосферой, с течением времени обезгаживается, снижается ее собственное газовыделение и повышается эффективность ее работы.

Схема вакуумной установки, представленная на рисунке 1.1, способна обеспечить в вакуумной камере рабочее давление 6·10^-3 Па. Так как вакуумная камера имеет довольно большие размеры (D=1 м и h=0,7 м) и в процессе технологического процесса происходит довольно большое газовыделение (Q_г=1·10^-1 м³ Па/с) применим две линии откачки – форвакуумная и высоковакуумная. Также применение двух линий откачки позволит уменьшить время откачки вакуумной камеры до рабочего давления, увеличит производительность системы и снизит износ механического насоса в режиме наибольшей интенсивности работы (т.е. при низком вакууме), что позволит уменьшить расходы на ремонт и обслуживание установки. При откачке камеры, которая имеет намного больший объем чем диффузионный насос, используется один насос, который после достижения низкого вакуума отключается и не работает, а диффузионный насос откачивает другой насос меньшей производительности, причем он работает постоянно, но при наиболее благоприятных условиях (низком давлении), что также снижает его износ.
CV – вакуумная камера; ND1- ND2 – насос вакуумный диффузионный; NL – насос вакуумный вращательный; PM1-PM2 – вакуумметр магниторазрядный; PT1-PT2 – вакуумметр термопарный; VП1 – клапан регулирующий-дозирую ий; VP1-VP5 – клапан пневматический;VF-клапан напуска технологического газа.
Рисунок 1.1 – Схема вакуумной установки
Вакуумная система для получения высокого вакуума имеет один механический вращательный насос (NL) и два турбомолекулярных насоса (NR). Насос NL обеспечивает предварительное разряжение в камере и обеспечивает предварительное разряжение в паромасляном насосе. Паромасляные насосы NR1 и NR2 позволяют получить высокий вакуум. Быстрота действия и предельное давление механического насоса NL должны быть согласованы с характеристиками насоса для получения высокого вакуума. Вакуумметр PT2 предназначен для проверки работоспособности механического вакуумного насоса. Клапан регулирующий-дозирую ий VП3 служит для выравнивания давления на входном и выходном патрубке насоса при закрытии клапана VP2 или VP3. Вакуумная камера снабжена вакуумметрами PM1 и PT1 для определения давления в ней, а так же клапаном регулирующим-дозирую им VП1 для напуска балластного инертного газа.
2 Выбор средств контроля и измерения вакуума и определение их мест размещения на вакуумной схеме
Диапазон технологически используемого вакуума распространяется на большую область давлений - от атмосферного давления в 1000 мбар до сверхвысокого вакуума порядка 10-12 мбар. Для измерения этого давления служат вакуумметры. Существующие физические методы измерения не позволяют производить замер величины вакуума на всем диапазоне с помощью только одного измерительного принципа. Для диапазонов низкого, среднего, высокого и сверхвысокого вакуума существует ряд специальных сенсоров и измерительных приборов.
Для покрытия большинства областей измерения предлагаются комбинированные сенсорные системы.
При выборе средств измерения важным является не только диапазон измерения давления, а также механические и химические нагрузки на датчик и его надежность. Некоторые средства измерения имеют управляющую электронику и могут, соответственно, использоваться как контроллеры вакуума.
1. Выбор датчиков для «промежуточного» вакуума
Задача измерения «промежуточного» вакуума широко распространена.
Практически все применения, относящиеся к данной группе, можно разделить следующим образом:
- Наблюдение за процессом откачки вакуумных камер от атмосферы до заданного вакуума
- Измерение квазипостоянного давления в установках.
1.1. Наблюдение за процессом откачки
В этом случае часто используются термопарные датчики, или датчики конвекционного типа. В области среднего вакуума применение датчиков данного типа полностью удоволетворяет обычным требованиям. Для высоковакуумных применений эти датчики используются для контроля старта высоковакуумного насоса.
1.2. Измерение постоянного давления
Ряд применений требует начальной откачки до базового давления, после чего объем заполняется газом до требуемого технологическим процессом давления. Для обеспечения необходимых для подобных применений воспроизводимости и точности применяют емкостные диафрагменные датчики вакуума.
Емкостные диафрагменные датчики характеризуются высокой точностью и при этом их показания не зависят от характеристик остаточных газов. Типовая точность этих датчиков составляет от 0.12% до 1.5%.
Датчики среднего вакуума часто используют также и для контроля предварительного вакуума в процессе работы или для начальной откачки высоковакуумных насосов (таких, как турбомолекулярные насосы, крионасосы или диффузионные насосы).
На рисунке 2 показаны диапазоны измеряемых давлений различными средствами измерения. Основываясь на характеристиках вакуумметров выбираются средства контроля и измерения вакуума. На рисунке 2.1 показаны диапазоны измеряемых давлений различными средствами измерения. Основываясь на характеристиках вакуумметров выбираются средства контроля и измерения вакуума.
Рисунок 2 – Области давлений, измеряемые различными вакуумметрами
Для измерения низкого вакуума применим термопарный вакуумметр ВТ-3 с преобразователем ПМТ-2, который имеет диапазон измеряемых давлений 1·10^-1 … 7·10² Па и имеет погрешность измерения ±30%. Для измерения среднего и высокого вакуума применим магниторазрядный вакуумметр ВМБ-6 с преобразователем ПММ-32, который имеет диапазон измеряемых давлений 1·10^-5 … 7·10^-1 Па и имеет погрешность измерения -50…+80% (Таблица П1). Вакуумметры размещаем в соответствии с возможностями насосов, т.е. на низковакуумных насосах ставятся термопарные, а на высоковакуумном насосе – магниторазрядный вакуумметр. По данным средствам контроля давления можно определить исправность насосов. Также контроль давления должен осуществляться и на откачиваемом объекте (камера), поэтому для контроля низкого вакуума ставят термопарный вакуумметр, а для высокого и среднего вакуума – магниторазрядный.


3 Расчет стационарного режима работы вакуумной установки

Для стационарного режима характерно постоянство во времени потоков и давлений во всех сечениях вакуумной системы. Газовый поток остается постоянным по длине вакуумной системы.
Исходные данные:

3.1 Выбор средств получения и поддержания вакуума

Для создания среднего и высокого вакуума применим паромасляный насос типа НВДМ с предельным давлением р_пр1=7·10^-5 Па и диапазоном быстроты действия от 0,01 до 18,5 м³/с.
Эффективную быстроту откачки в откачиваемом объекте определим по формуле


Определим коэффициент использования высоковакуумного насоса. Пользуясь графиком на рисунке 3.1 при n=1 находим для S_эф=16,67 м³/с оптимальное значение коэффициента использования К_и1=0,5.
Определим номинальную быстроту действия

Ближайший по быстроте действия паромасляный насос – НВДМ-630.
Характеристики:

Так как быстроты действия одного насоса не хватает для откачки данной системы, устанавливаем два насоса НВДМ-630, работающих параллельно.
Рисунок 3.1 – Оптимальные коэффициенты использования высоковакуумных насосов в зависимости от эффективной быстроты действия S_эф и числа элементов между насосом и откачиваемым объектов n.
Для создания низкого вакуума применим механический вращательный насос типа АВЗ с предельным давлением р_пр2=7·10⁰ Па и диапазоном быстрот действия от 1·10^-4 до 0,5 м³/с. Рабочее давление механического насоса выбираем по максимальному выпускному давлению паромасляного насоса с коэффициентом запаса ?=2. Тогда

Эффективная быстрота откачки


Определим коэффициент использования низковакуумного насоса. Пользуясь графиком на рисунке 3.2 при n=3 находим для S_эф=6,006·10^-3 м³/с оптимальное значение коэффициента использования К_и2=0,89.
Определим номинальную быстроту действия

Рисунок 3.2 – Рекомендуемые коэффициенты использования К_и вращательных насосов в низковакуумных системах в зависимости от эффективной быстроты действия S_эф и числа элементов на участке от насоса до откачиваемого объекта n
Ближайший по быстроте действия механический насос – АВЗ-20Д имеет следующие характеристики:

3.2 Определение конструктивных размеров соединительных трубопроводов и выбор элементов вакуумной системы.

Найдем общую проводимость участка вакуумной системы от механического насоса до вакуумной камеры по формуле

где S_н2 – быстрота действия насоса, выбранного по каталогу.
Составим компоновочную схему рассматриваемого участка вакуумной системы.
Рисунок 3.3 – Схема форвакуумного участка
На рисунке 3.3 показаны внутренние размеры откачиваемого объекта и длины трубопроводов. Участок вакуумной системы состоит из трех элементов: трубопроводов 1 и 3 и клапана 2.
Определим проводимости элементов и диаметры трубопроводов. Будем считать в первом приближении, что все элементы имеют одинаковую проводимость.
U_3j=3·U₀₃=3·0,162=0,486 (м³/с)
Тогда режим течения газа в трубопроводе определим по рабочему давлению р=2 Па и диаметру входного патрубка насоса L=d_вх=0,04 м. Критерий Кнудсена для откачки воздуха
,
т. е. режим течения молекулярно-вязкостный.
При молекулярно-вязкост ом режиме течения проводимость отверстий не учитывается, следовательно общая проводимость будет определяться только проводимостью трубопровода. Диаметр первого трубопровода можно рассчитать при среднем давлении в трубопроводе Р_ср=Р₃=2 Па:


Отсюда получаем d₃₁= 0,123 м. По ГОСТ 18626—73 выбираем условный проход трубопровода d₃₁= 0,125 м. Тогда проводимость первого участка U₃₁= 0,585 м³/с.
В качестве затвора выбираем ВРП-100 с диаметром условного прохода d_у32=100 мм и проводимостью в молекулярном режиме течения газа 33,2 м³/с.
Диаметр трубопровода на третьем участке выберем из условия U₁₃=4,457 м³/с.


Таким образом, d₃₃=0,089 м. По ГОСТ 18626—73 выбираем условный проход трубопровода d₃₃=0,1 м. Тогда проводимость участка U₃₃=0,762 м³/с.
Общая проводимость участка с учетом того, что входная проводимость насоса равна бесконечности


Коэффициент использования механического насоса

Коэффициент использования близок к оптимальному значению.
Рассчитаем распределение давления по длине участка вакуумной системы от механического насоса до откачиваемого объекта. Результаты расчета занесены в табл. 3.1.

Таблица 3.1 - Распределение давления на участке вакуумной системы от механического насоса до откачиваемого объекта
Давление во входном сечении насоса

Перепад давления на элементе 3 _{. Аналогично находим перепады давлений на остальных элементах,} рассчитываем давления на входе и выходе каждого элемента и по полученным результатам строим график распределения давления.
Найдем общую проводимость участка вакуумной системы от паромасляного насоса до вакуумной камеры по формуле

где S_н1 – быстрота действия насоса, выбранного по каталогу.
Составим компоновочную схему рассматриваемого участка вакуумной системы.
Рисунок 3.4 – Схема высоковакуумного участка
На рисунке 3.4 показаны внутренние размеры откачиваемого объекта и длины трубопроводов. Участок вакуумной системы состоит из трех элементов: трубопроводов 4 и 6 и высоковакуумного затвора 5. Определим проводимости элементов и диаметры трубопроводов. Будем считать в первом приближении, что все элементы имеют одинаковую проводимость.
U_1j=3·U₀₁=3·36,5=109,5 (м³/с)
Тогда режим течения газа в трубопроводе определим по рабочему давлению р=6·10^-3 Па и диаметру входного патрубка насоса L=d_вх=0,63 м. Критерий Кнудсена для откачки воздуха

K_n>1,5 т. е. режим течения молекулярный.
При молекулярном режиме течения учитывается проводимость отверстий, следовательно общая проводимость будет определяться проводимостью трубопровода и отверстия. Диаметр четвертого трубопровода можно рассчитать из условия последовательного соединения входного отверстия и трубопровода:

Отсюда получаем d₁₄=0,62 м. По ГОСТ 18626—73 выбираем условный проход трубопровода d₁₄=0,63 м. Тогда проводимость участка U₁₄=39,658м³/с.
В качестве затвора выбираем ЗВЭ-630 с диаметром условного прохода d_у15=630 мм и проводимостью в молекулярном режиме течения газа 96,62 м³/с.
Отсюда U₁₅=96,6 м³/c.
Диаметр трубопровода на третьем участке выберем из условия U₁₆=109,5м³/с.

Таким образом, d₁₆=0,59 м. По ГОСТ 18626—73 выбираем условный проход трубопровода d₁₆=0,63 м. Это значит диаметры проходных отверстий трубопровода и затвора совпадают, и тогда проводимость рассчитывается только исходя из проводимости трубопровода. Тогда проводимость участка U₁₆=302,55 м³/с. Проводимость увеличилась за счет совпадения диаметров отверстий трубопровода и затвора. Входная проводимость насоса равна бесконечности, т.к. диаметр входного патрубка насоса больше чем диаметр трубопровода.
Общая проводимость участка с учетом того, что входная проводимость насоса равна бесконечности


Общая проводимость выбранного участка вакуумной системы 25,726 м³/с, что меньше требуемой 109,5 м³/с. Основное влияние на проводимость оказывает четвертый участок, за счет малого входного отверстия и длины участка трубопровода. Коэффициент использования паромасляного насоса

Коэффициент использования близок к оптимальному значению.
Рассчитаем распределение давления по длине участка вакуумной системы от высоковакуумного насоса до откачиваемого объекта. Результаты расчета занесены в табл. 3.2.
Таблица 3.2 - Распределение давления на участке вакуумной системы от механического насоса до откачиваемого объекта

Давление во входном сечении насоса

Перепад давления на элементе 6 _{. Аналогично находим перепады давлений на остальных элементах, рассчитываем давления на входе и выходе каждого элемента и по полученным результатам строим график распределения давления.}
Найдем общую проводимость участка вакуумной системы от механического насоса до высоковакуумного насоса по формуле

где S_н2 – быстрота действия насоса, выбранного по каталогу.
Составим компоновочную схему рассматриваемого участка вакуумной системы.
На рисунке 3.4 показаны внутренние размеры откачиваемого насоса и длины трубопроводов. Участок вакуумной системы состоит из трех элементов: трубопроводов 7 и 9 и клапана 8.
Рисунок 3.5 – Схема байпасного участка
Определим проводимости элементов и диаметры трубопроводов. Будем считать в первом приближении, что все элементы имеют одинаковую проводимость.
U_2j=3·U₀₂=3·0,313=0,94 (м³/с)
Тогда режим течения газа в трубопроводе определим по рабочему давлению р=33,3 Па и диаметру входного патрубка насоса L=d_вх=0,04 м. Критерий Кнудсена для откачки воздуха

т. е. режим течения молекулярно-вязкостный.
При молекулярно-вязкост ом режиме течения проводимость отверстий не учитывается, следовательно общая проводимость будет определяться только проводимостью трубопровода. Диаметр седьмого трубопровода можно рассчитать при среднем давлении в трубопроводе Р_ср= 33,3 Па:

Отсюда получаем d₂₇=0,049 м. По ГОСТ 18626—73 выбираем условный проход трубопровода d₂₇=0,063 м. Тогда проводимость участка U₂₇=2,469м³/с.
В качестве затвора выбираем ВЭП-63 с диаметром условного прохода d_у28=63 мм и проводимостью в молекулярном режиме течения газа 0,148 м³/с.
Диаметр трубопровода на девятом участке выберем из условия U₂₉=0,94м³/с.

Таким образом, d₂₉=0,049 м. По ГОСТ 18626—73 выбираем условный проход трубопровода d₂₉=0,05 м. Тогда проводимость участка U₂₉=2,469 м³/с.
Общая проводимость участка с учетом того, что входная проводимость насоса равна бесконечности


Общая проводимость выбранного участка вакуумной системы 0,132м³/с, что меньше требуемой 0,94 м³/с. Основное влияние по снижению проводимости оказывает клапан ВЭП-63. Коэффициент использования механического насоса

Коэффициент использования близок к оптимальному значению.
Рассчитаем распределение давления по длине участка вакуумной системы от механического насоса до откачиваемого объекта. Результаты расчета занесены в табл. 3.3.

Таблица 3.3 - Распределение давления на участке вакуумной системы от механического насоса до диффузионного насоса

Давление во входном сечении насоса

Перепад давления на элементе 9 _{. Аналогично находим перепады давлений на остальных элементах, рассчитываем давления на входе и выходе каждого элемента} и по полученным результатам строим график распределения давления.


4.Проверочный расчет
Задачей проверочного расчета является определение распределения давления в известной вакуумной системе. Проверочный расчет осуществляется для определения характеристик существующих вакуумных систем или уточнения проектировочных расчетов. Исходными данными являются:
1) вакуумная схема;
2) спецификация элементов вакуумной системы и их характеристики (в том числе откачиваемых объектов);
3) спецификации материалов, используемых в вакуумной системе, и их удельные газовыделения;
4) минимальный поток Q_тм, регистрируемый течеискателем;
5) число проверяемых соединений m;
6) технологическое газовыделение Q_т.
Проверочный расчет можно разделить на несколько этапов, выполняемых в такой последовательности:
1) определение собственного газовыделения;
2) расчет распределения давления;
3) графическая проверка правильности выбора насосов;
4) проверка возможности запуска установки;
5) определение области совместной работы вакуумных насосов.

Общее газовыделение вакуумной системы задается изначально при проектировании Q=0,1 м³·Па/с.
Расчет распределения давления по длине трубопровода и вакуумным элементам произведено в предыдущем пункте.
Графическая проверка выбора вакуумных насосов позволяет определить их рабочие давления. По графическим характеристикам насосов строятся их эффективные быстроты откачки. Для первого насоса в откачиваемом объекте, для второго — на выходе первого насоса и т. д. в соответствии с формулами

Пересечение этих кривых с кривой быстроты натекания S=Q/p определяет рабочие давления всех насосов рисунок 4.1.
Рассчитаем S_эф1 и S_эф2 для 9 различных давлений:

U₂₈=0,148 м³/с

На участке от высоковакуумного насоса до камеры режим течения газа молекулярный и не зависит от давления на участке, а следовательно и проводимость на этом участке остается постоянной и не зависит от давления:

S_эф1 для диффузионного насоса рассчитывается с момента его включения, т.е. при давлении 1…10 Па.

Быстрота действия насоса S_н также зависит от давления и имеет наименьшее значение в начальный и конечный момент работы насоса, что видно из графика 4.1. Учитывая эти особенности рассчитываем эффективные быстроты откачки насосов. Результаты расчетов в таблице 4.1.
Механические насосы откачивают до давления 0,1…10 Па, поэтому расчеты S_эф2 при давлении ниже 0,1 Па не имеет смысла.
Совместность работы последовательно или параллельно включенных нас0.1
осов обеспечивается, если давление в их выходных патрубках ниже максимальных выпускных давлений этих насосов.
График зависимости быстроты действия насосов от давления приведен на рисунке 4.1.
Точка пересечения кривых S_эф1 и Sq соответствует установившемуся режиму работы первого насоса. Давление в точке пересечения равно рабочему давлению первого насоса. Аналогично по пересечению кривых S_эф2 и Sq находим рабочее давление второго насоса. Оно меньше, чем максимальное выпускное давление первого насоса, значит насосы работают совместно.
Таблица 4.1 – Результаты вычислений S_эф1, S_эф2, S_Q.

Проверка возможности запуска установки осуществляется графически по рисунку 4.1. Запуск установки возможен, если при всех давлениях выше рабочего в откачиваемом объекте быстрота натекания меньше, чем эффективная быстрота откачки насосов. Данное условие выполняется при всех давлениях выше рабочего в откачиваемом объекте.
1 – Эффективная быстрота действия насоса НВДМ-630; 2 – Высоковакуумный насос НВДМ-630; 3 – Механический насос АВЗ-20Д; 4 – Эффективная быстрота действия насоса АВЗ-20Д; 5 – быстрота натеканий.
Рисунок 4.1 – Графики зависимости быстроты действия насосов от давления


5.Расчет в неустановившемся режиме

Расчет вакуумной системы в нестационарном режиме работы для определения времени откачки часто выполняется для вакуумных систем, спроектированных из условий стационарного режима работы. Необходимость такого расчета возникает также при проектировании новых вакуумных систем, работающих только в нестационарном режиме, в связи с малой точностью проектировочных расчетов.
Для такого расчета в качестве исходных данных следует задать:
1) вакуумную схему установки;
2) характеристики насосов: быстроту действия, предельное давление, давление запуска;
3) характеристики арматуры и трубопроводов; размеры и проводимости;
4) характеристики откачиваемых объектов: размеры и объем;
5) суммарное газовыделение и натекание при нестационарном режиме работы;
6) рабочее давление.
Порядок расчета:
1) проверка условия квазистационарности;
2) построение графиков эффективной быстроты откачки насосов в откачиваемом объекте и быстроты натекания;
3) расчет времени откачки объекта до рабочего давления.

Условие квазистационарности проверяется по характеристикам откачиваемого объекта и трубопроводов, которые имеются в исходных данных. В результате проверки этого условия уточняется характер нестационарного режима работы, что оказывает влияние на выбор расчетных формул для определения времени откачки.


где ?₁=_; V – объем откачиваемого объекта; S_эф – эффективная быстрота откачки объекта; ?₂=_; V_тр и U – объем и проводимость трубопровода.
В связи с тем что S_эф всегда меньше U, условие квазистационарности с запасом будет выполняться, если


Условие квазистационарности выполняется.

Графики эффективной быстроты откачки насосов и быстроты натекания в откачиваемом объекте представлены на рисунке 5.1.
Для определения времени откачки строят графики эффективной быстроты откачки всех насосов


в зависимости от давления для сечений входа в откачиваемый объект; S_нi — быстрота действия насоса (в зависимости от входного давления задается в виде графика); U_i — проводимость вакуумной системы от 1-го насоса до откачиваемого объекта (определяется по характеристикам арматуры и трубопроводов из исходных данных и в общем случае также является функцией давления).
Затем строят график быстроты газовыделения и натекания S_q=Q/p_t который в логарифмических координатах, если Q не зависит от давления, имеет вид прямой линии.
Расчет ведется по формуле:

с разбивкой на участки с постоянным S_cp в соответствии с рисунком 5.1.

Разобьем весь диапазон давлений от атмосферного (10⁵ Па) до рабочего (6·10^-3 Па) на интервалы и для каждого интервала вычислим S_срi. Интервалы выбираем из условия прямолинейности графика и при переходе откачных средств от одного насоса к другому (т.е. от механического насоса к диффузионному).

Результаты разбивки давлений на интервалы и вычисления S_срi заносим в таблицу 5.1.
1 – Эффективная быстрота действия насоса НВДМ-630; 2 – Высоковакуумный насос НВДМ-630; 3 – Механический насос АВЗ-20Д; 4 – Эффективная быстрота действия насоса АВЗ-20Д; 5 – быстрота натеканий.
Рисунок 5.1 – Графики зависимости быстроты действия насосов от давления
Таблица 5.1 – Результаты вычислений S_срi.

Рассчитаем время работы в нестационарном режиме:

Время работы в нестационарном режиме установки меньше требуемого, значит установка соответствует требованиям. Время работы в нестационарном режиме установки мало, т.к. не было учтено адсорбция паров воды с поверхности вакуумной камеры.


Разработка конструкции вакуумного элемента и его деталировка

Для отсекания некоторой части камеры вакуумной магистрали от откачной системы в целом, а так же для герметичного перекрытия вакуумных систем друг от друга, применяются вакуумные клапана. Комплектация вакуумного клапана зависит, от объема камеры и от производительности используемых вакуумных насосов. Клапана бывают различных видов:
электромагнитные;
электрические;
ручные
В данном курсовом проекте был разработан пневматический клапан, они наиболее широко используются в промышленности, и применяются тогда, когда нужно быстро отсечь некоторые перекрытия вакуумных систем друг от друга, выбор его обусловлен надежностью его конструкции и простотой применения.