Выбор высоковакуумного насоса.

Выбираем магниторазрядные насосы серии НМД с предельным давлением р_пред =7*10^-8 Па и диапазоном быстрот действия от 6*10^-3 до 1,2 м³/с.

Эффективную быстроту откачки в откачиваемом объёме определяем S_эф =Q/p₁

S_эф =0,01 м³/с.

Найдем коэффициент исполь­зования магниторазрядного на­соса. Пользуясь методикой, из­ложенной в § 9.5, используя рис. 9.25 [1, стр. 213], при n=3(трубопровод, клапан, трубопровод) находим для S_эф = 0.01 м³/с оптимальное значе­ние коэффициента использования K_и1 =0,42

Для нахождения номи­нальной быстроты действия воспользуемся формулой:

S_m1=Q/( K_и1*p₁-p_пред1) S_m1=0,025

Ближайший по быстроте дей­ствия магниторазрядный насос НМД-0,1 имеет следующие характеристики:

Номинальная быстрота действия, м³/с **************** 0,11

Диаметр входного патрубка, мм ****************** 100

Наибольшее рабочее давление, Па ***************** 2*10^-1

Наибольшее давление запуска, Па******************* 1

Предельное давление, Па **************************7*10^-8

Выбор насоса для работы в области среднего и низкого ваку­ума.

В соответствии с начальными условиями выбираем серию вращательных насосов типа ВН с предельным давлением по воз­духу (с ловушкой) 4*10^-1…10^-2 Па и диапазоном быстрот действия от 10^-6 до 1,5*10^-1 м³/с

p₂=2*10^-1 Па, что соответствует эф­фективной быстроте откачки S_эф2 =5,113*10^-6 м³/с.

По методике, изложенной в § 9.5 и по рис. 9.17 [1, стр. 207], найдем при S_эф2 =5,113*10^-7 м³/с и n=5 (трубопровод, клапан, трубопровод, ловушка, трубопровод) оптимальное значение K_и2= 0,6. Номинальная быстрота действия механического насоса S_m2=Q/(K_и2*p₂-p_пред2) S_m2=7.304*10^-6 м³/с.

Ближайший по быстроте действия механический насос 2НВР-5ДМ имеет следующие характеристики:

Номинальная быстрота действия, м³/с*************** 5*10^-3

Диаметр входного патрубка, мм****************** 16

Предельное давление, Па************************ 7*10^-1

Предельное давление насоса с ловушкой, Па ******** 5*10^-2

Максимальное выпускное давление, Па************* 10⁵

Определение конструктивных размеров трубопроводов и вы­бор элементов вакуумной системы

Высоковакуумная система

Найдем общую проводимость участка вакуумной системы от магниторазрядного насоса до ваку­умной камеры по формуле: U₀₁=S_н1* K_и1/(1- K_и1) U₀₁=0.09 м³/с.

где— S_н1 быстрота действия насоса, выбранного по каталогу.

Составим компоновочную схему рассматриваемого участка ваку­умной системы.

Участок ва­куумной системы состоит из трех элементов: трубопро­водов 1 и 3 и затвора 2.

Определим проводимости элементов и диаметры тру­бопроводов. Будем считать в первом приближении, что все элементы имеют одина­ковую проводимость. Тогда U=3*U₀₁=0.27 м³/с. Режим течения газа в тру­бопроводе определим по ра­бочему давлению р₁=1*10^-5 Па и диаметру входного патрубка насоса d_вх =0.1 м.

Критерий Кнудсена Kn =7.5*10^-3/ р_1* d_вх Kn =7.5*10³ , т.е. режим течения молекулярный.

Диаметр первого элемента может быть рассчитан из условия последовательного соединения входного отверстия и трубопровода: 1/U=(1-d₁²/0.25)/91* d₁² + 0.2/121* d₁³=1/U₁₁

Отсюда получаем d₁=0,09 м. По ГОСТ 18626—73 выбираем услов­ный проход трубопровода d₁= 0,1 м. Тогда проводимость первого участка U₁₁= 0.605 м³/с,

В качестве затвора выбираем ВРП-100 с диаметром условного про­хода d_y=0.1 м (см. табл. 9.11 в Розанов «Вакуумная техника», стр. 221) и проводимостью в молекулярном режиме течения газа 0,332 м³/с . С учетом входного сопротивления проводимость затвора найдем из равенства 1/U₁₂=(1-d_y²/d₁)/91d_y² + 1/0.332

Таким образом, U₁₂=0,332 м³/с,

Диаметр трубопровода на третьем участке выберем из условия U₁₃=0.27 м³/с. Тогда с учетом размеров предыдущего элемента 1/ U₁₃=(1-d₃²/ d_y²)/91* d3² + 0.2/121* d₃³

Тогда из записанного соотношения имеем d₃ =0,08 м. Согласно рекомендуемому ряду диаметров выбираем =0,08 м.

Таким образом, U₁₃=0,26 м³/с, а общая проводимость участка с учетом того, что входная проводимость насоса равна бесконеч­ности, U₀₁=0,117 м³/с. Общая проводимость выбранного участка вакуумной системы 0,117 м³/с, что несколько меньше требуемой 0,27 м³/с. Коэффициент использования магниторазрядного насоса K_и1 = U₀₁/( S_н1 + U₀₁) Коэффициент использования K_и1=0,45 близок к оптимальному зна­чению 0,41.

Рассчитаем распределение давления по длине участка вакуум­ной системы от магниторазрядного насоса до откачиваемого объ­екта. Результаты расчета занесены в табл.

Давление во входном сечении насоса p_н1= p_пред1 + Q/ S_н1 p_н1=4.215*10^-6 Па.

Перепад давления на элементе 3 dp₃=Q/ U₁₃=7.754*10^-7 Па. Аналогично находим перепады давлений на осталь­ных элементах, рассчитываем давления на входе и выходе каждого элемента результаты заносим в Таблицу 1 и по полученным результатам строим график распределе­ния давления на рис.5.

Таблица №1

	проводимость элементов,м^3/с	перепад давлений, ПА	давление на входе в элемент, ПА	давление на выходе из элемента, ПА
Трубопровод №2	0,26	7,754*10^-7	4.99*10^-6	4,215*10^-6
Затвор ВРП-100	0.332	1.373*10^-6	6.363*10^-6	4.99*10^-6
Трубопровод №1	0.605	7.537*10^-7	7.117*10^-6	6.363*10^-6
Входное отверстие	0.257	2.5*10^-7	7.367*10^-6	7.117*10^-6

Низковакуумная система.

Найдем общую проводимость уча­стка вакуумной системы от откачиваемого объема до механического насоса по: U₀₂=S_н2* K_и2/(1- K_и2) U₀₂=6.111*10^-3 м³/с.

где S_н2 - быстрота действия механического насоса, выбранного по каталогу.

Составим компоновочную схему рассматриваемого участка ваку­умной системы. На компоновочной схеме (рис.6) показаны дли­ны трубопроводов и диаметр входного патрубка механического насоса 16 мм. Участок вакуумной системы состоит из семи элементов: четырех тру­бопроводов /, 3,5, 7, клапанов 2, 6 и ловушки 4.

Рис 6. Схема низковакуумного участка

Определим проводимость элементов и диаметров трубопроводов. Предположим, что все элементы имеют одинаковую проводимость, тогда U=7*U₀₂=0.053 м³/с.

Режим течения газа в трубопроводе определим по рабочему давлению р₂=0.1 Па и диаметру входного патрубка механического на­соса d_вх2 =0,016 м. Критерий Кнудсена Kn =7.5*10^-3/ р_2*d_вх2 Kn =4.688>5*10^-3 , т. е. режим течения молекулярно - вязкостный. Сопротивлением отверстий при небольшом перепаде давления, характерном для установившегося режима при K_и2=0,55, в молекулярно - вязкостном режиме можно пренебречь.

Диаметр первого трубопровода можно рассчитать при среднем давлении p_ср= р₂=0.1 Па по проводимости U₂₁=121*d₁₂³/l₁₂*0.9 + 1.35*10³*d₁₂⁴/l₁₂* p_ср

Имеем d₁₂= 0.036 м. По ГОСТ 18626—73 выбираем d₁₂= 0.04 м, что соответствует U₂₁=0.073 м³/с. Тогда получим d₁₂= d₅₂= d₇₂= 0.04 м.

В качестве клапанов на втором и шестом участках по табл. 9.11 (в Розанов «Вакуумная техника», стр. 221) выбираем КМУ1-40 с диаметром условного прохода d_y2=40 мм и проводимостью 0,04 м³/с. Проводимость клапана в молекулярно - вязкостном режиме несколько больше, чем в молекулярном. Разни­цей проводимостей в данном расчете пренебрегаем.

Выбираем ловушку, имеющую d_yл=40 мм и проводимость U₂₄=0,05 м³/с. Найдём общую проводимость U из условия последовательного соединения всех элементов. Общая проводимость выбранного участка вакуумной системы 5.882*10^-3 м³/с .

Коэффициент использования механического насоса в системе K_и2=0,541. Коэффициент K_и2=0.621 близок к оптимальному значению 0,6.

Рассчитаем распределение давления по длине участка вакуум­ной системы от механического до магниторазрядного насоса. Давление во входном сечении насоса p_н2= p_пред2 + Q/ S_н2 p_н2=0.05 Па

Перепад давления на элементе 7 dp₇=Q/ U₂₇=6.245*10^-6 Па. Аналогично находим перепады давлений на остальных элементах, рассчитывая давления на входе и выходе каждого. Полученные результаты заносим в Таблицу 2.

	проводимость элементов,м^3/с	предельное давление, ПА	перепад давлений, ПА	давление на входе в элемент, ПА	давление на выходе из элемента, ПА
трубопровод №7	0.073	0,5	6.245*10^-6	0,1	0,1
клапан №6	0,04	0,5	1,25*10^-5	0,1	0,1
трубопровод №5	0.073	0,5	6.245*10^-6	0,1	0,1
ловушка №4	0,05	0,05	1,5*10^-5	0,01	0,1
трубопровод№3	0.073	0,05	6.245*10^-6	0,01	0,01
клапан №2	0,04	0,05	1,25*10^-5	0,01	0,01
трубопровод №1	0.073	0,05	6.245*10^-6	0,01	0,01

Таблица №2

Время откачки до стационарного режима

680.026 с.

Последовательность включения и выключения системы.

1. Включаем пластинчато-роторный насос 2НВР-5ДМ.

2. Открываем клапан 3.

3. Откачиваем до давления 5*10^-2 Па.

4. При достижении давления 5*10^-2 закрываем клапан 3 и выключаем пластинчато-роторный насос.

5. Включаем высоковакуумный насос НМД-0,1.

6. Открываем клапан 8.

7. Откачиваем до 10^-5 Па.

8. После завершения работы выключаем высоковакуумный насос и закрываем клапан 8.

9. Клапан 9 необходим для сравнения давления в пластинчато-роторном насосе, во избежание натекания масла по вакуум проводу в систему.