3.1. Расчетные понятия вакуумной техники

Быстрота откачки – объем газа при данном давлении, откачиваемый в единицу времени S, м³/с (относится к сечению, в котором измерено давление).

Время откачки – время, необходимое для понижения давления в откачиваемом сосуде до определенного значения.

Поток газа – расход газа, в котором количество газа выражено произведением давления на объемный расход т. е. , Па·м³/с.

Проводимость элемента вакуумной системы – отношение потока газа, проходящего через элемент вакуумной системы, к разности давлений на его концах

.

Сопротивление элемента вакуумной системы – величина обратная проводимости элемента вакуумной системы

.

Геометрическая быстрота действия S_г. Для механических насосов S_г определяется произведением объема рабочей камеры насоса и частоты вращения.

Производительность (истинная быстрота действия) вакуумного насоса – объемный расход газа во входном сечении насоса S_н, м³/с.

Объемный КПД механических насосов – отношение геометрической быстроты действия S_г к истинной быстроты действия S_н, т.е. .

Эффективная быстрота действия вакуумного насоса – объемный расход газа, обеспечиваемый насосом на конце трубопровода, присоединенного к откачиваемому сосуду S_эф, м³/с.

Наибольшее рабочее давление вакуумного насоса – наибольшее давление, при котором насос длительное время сохраняет номинальную производительность Р_б, Па.

Наименьшее рабочее давление – это минимальное давление, при котором насос длительное время сохраняет номинальную производительность Р_м, Па.

Наибольшее выпускное давление вакуумного насоса – наибольшее давление в выходном сечении вакуумного насоса, при котором насос еще может осуществлять откачку, Па.

Наибольшее давление запуска вакуумного насоса – наибольшее давление во входном сечении насоса, при котором насос может начать работу Р_з, Па.

Предельное давление откачки – это минимальное давление, которое может обеспечивать насос, работая без откачиваемого объекта. Предельное давление определяется газовыделением материалов, из которых изготовлен насос, а также перетеканием газов через зазоры и уплотнения.

Типовая характеристика вакуумного насоса приведена на рис.3.1.

Рис. 3.1. Зависимость быстроты действия от давления на входе в вакуумный насос

3.2. Понятие о процессе откачки газа из вакуумной системы

Рассмотрим схему простейшей системы, состоящую из откачиваемого объема 1, манометров 2 и 3, вакуумного насоса 4 и соединительного трубопровода 5 (рис. 3.2).

Будем считать, что вакуумная система герметична и внутри нее нет газовыделения, а температура газа постоянна. До начала работы вакуумного насоса давление во всей системе одинаково т.е.

р₁= р₂. С началом работы вакуумного насоса 4 начинается перемещение газа из объема 1 по трубопроводу 5. Количество газа в вакуумной системе непрерывно уменьшается, а так как температура и объем системы остаются практически неизменными, происходит понижение давления вакуумной системы. При этом давление р₁ у входа в насос падает быстрее, чем давление р₂ в откачиваемом объеме, т.е. создается разность давлений (р₂– р₁), которая обусловлена тем, что трубопровод оказывает сопротивление проходящему по нему газу. Разность (р₂– р₁) принято называть движущейся разностью давлений.

В связи с различием в быстроте снижения давления в откачиваемом объекте и у входа в насос следует различать понятия: быстрота откачки объекта и быстрота откачивающего действия насоса (быстрота действия насоса).

Объем газа, поступающий в единицу времени из откачиваемого объекта в трубопровод через сечение ІІ при давлении р₂, называется быстротой откачки объекта или эффективной быстротой откачки насоса:

(3.1)

Объем газа, удаляемый насосом в единицу времени через входящий патрубок (сечение І) при давлении р₁, называется быстротой действия насоса:

(3.2)

Отношение эффективной быстроты откачки насоса к быстроте действия насоса называется коэффициентом использования насоса:

(3.3)

Количество газа, проходящего в единицу времени через поперечное сечение вакуумного трубопровода, принято называть потоком газа.

Поток газа, проходящий через входное сечение насоса, называется его производительностью:

(3.4)

Для стационарного потока выполняется условие сплошности:

(3.5)

Падение давления вдоль вакуумного трубопровода, т.е. движущая разность давлений (р₂– р₁), возникает из-за того, что трубопровод оказывает сопротивление потоку газа:

, (3.6)

где – проводимость системы (зависит от сечения, от степени вакуума).

Тогда (3.1) и (3.2) запишутся так:

или , (3.7)

или (3.8)

Основное уравнение вакуумной техники:

или . (3.9)

Тогда (3.3) с использованием (3.9) запишется как

(3.10)