Определение конструктивных размеров соединительных трубопроводов и выбор элементов вакуумной системы
Высоковакуумная система.
Найдем общую проводимость участка вакуумной системы от диффузионного насоса до вакуумной камеры по формуле
где Sm1– быстрота действия насоса, выбранного по каталогу.
На рисунке 3.3 показаны внутренние размеры откачиваемого объекта и длины трубопроводов. Участок вакуумной системы состоит из двух элементов: клапана 1 и ловушки 2.
Рисунок 3.3 Схема высоковакуумного участка
Определим проводимости элементов и диаметры трубопроводов. Будем считать в первом приближении, что все элементы имеют одинаковую проводимость. Тогда
U1j=3·U01=3·0,28=0,84 (м3/с)
Режим течения газа в трубопроводе определим по рабочему давлению р1=6·10-2Па и диаметру входного патрубка насоса dвх=0,63м. Критерий Кнудсена
Kn=L/dэф=L1/(p*dвх)=7,5*10-3/(2*10-3*0,25)=15>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 d11=0,138 м. По ГОСТ 18626—73 выбираем условный проход трубопровода d11=0,160 м. Тогда проводимость участка U14=2,31м3/с, проводимость отверстия 2,33 м3/с, проводимость трубопровода 0,5 м3/с.
В качестве затвора выбираем ЗВЭ-160 с диаметром условного прохода DN=160 мм и проводимостью в молекулярном режиме течения газа 3,34 м3/с.
Диаметр трубопровода на третьем участке выберем из условия U23=0,84м3/с, тогда с учетом размеров предыдущего элемента
=0,11 мм
Выбираем d13=0,125 мм, тогда U23=1,18 м3/с.
Общая проводимость участка с учетом того, что входная проводимость насоса равна бесконечности
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 3.1 - Распределение давления на участке вакуумной системы от механического насоса до откачиваемого объекта
| Название элементов | Проводимость элемента U, м3/с | Перепад давления на элементах ∆р, Па | Давление на входе в элемент, Па | Давление на выходе из элемента, Па |
| Трубопровод 3 6 | 1,18 | 4,24·10-3 | 8,41·10-3 | 4,17·10-3 |
| Затвор | 3,34 | 1,5·10-3 | 9,91·10-3 | 8,41·10-3 |
| Трубопровод 1 (по длине) | 0,5 | 0,01 | 19,91·10-3 | 9,91·10-3 |
| Трубопровод 1(входное отверстие) | 2,33 | 2,15·10-3 | 22,06·10-3 | 19,91·10-3 |
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.
Низковакуумная система
Найдем общую проводимость участка вакуумной системы от механического насоса до вакуумной камеры по формуле
где Sm2– быстрота действия насоса, выбранного по каталогу.
На рисунке 3.4 показаны внутренние размеры откачиваемого объекта и длины трубопроводов. Участок вакуумной системы состоит из трех элементов: трубопроводов 1, 3 и клапан 2.
Рисунок 3.4 Схема низковакуумного участка
Определим проводимости элементов и диаметры трубопроводов. Будем считать в первом приближении, что все элементы имеют одинаковую проводимость. Тогда
U2j=3·U02=4·0,19=0,76 (м3/с)
Режим течения газа в трубопроводе определим по рабочему давлению р2=30Па и диаметру входного патрубка насоса dвх=0,04м. Критерий Кнудсена
Kn=L/dэф=L1/(p2*dвх)=7,5*10-3/(0,1*0,25)=0.3<1.5
Т.е. режим течения молекулярно-вязкостный.
Диаметр первого трубопровода можно рассчитать при среднем давлении в трубопроводе рср=р2=0,1 Па по проводимости
Решая полученное уравнение, имеем d1=0,053 м
Выбираем условный проход трубопровода d1=0,063м.
На втором участке выбираем клапан КВМ-63 с диаметром условного прохода DN=63мм и проводимостью 0,18 м3/с.
Диаметр третьего трубопровода можно рассчитать при среднем давлении в трубопроводе рср=р2=30 Па по проводимости
Решая полученное уравнение имеем d3=0,035 м
Выбираем условный проход трубопровода d3=0,04м.
Откуда U02=0,11 м3/с
Коэффициент использования диффузионного насоса в системе
Коэффициент Ки1=0,93.
Рассчитаем распределение давления по длине участка вакуумной системы от диффузионного насоса до откачиваемого объекта. Давление во входном сечении насоса равно
Рн2=рпр2+Q/Sm2=0,5+2*10-1/8*10-3=25,5Па
Перепад давления на элементе 7
∆Р3=Q/U23=2*10-1/0,56=0,36Па
Аналогично находим остальные перепады давлений, рассчитывая давление на входе и выходе каждого элемента. Полученные результаты заносим в таблицу 3.2
Таблица 3.2
Распределение давлений от механического насоса до откачиваемого объекта
| Элемент | Проводимость м3/с, | Перепад давлений, Па | Давление на входе, Па | Давление на выходе, Па |
| Трубопровод 3 | 0,56 | 0,36 | 25,86 | 25,5 |
| Клапан 2 | 0,18 | 1,11 | 26,97 | 25,86 |
| Трубопровод 1 | 0,67 | 0,3 | 27,27 | 26,97 |
Форвакуумный участок
Найдем общую проводимость участка вакуумной системы от механического насоса до диффузионного насоса по формуле
где Sm2– быстрота действия насоса, выбранного по каталогу.
На рисунке 3.5 показаны внутренние размеры откачиваемого объекта и длины трубопроводов. Участок вакуумной системы состоит из трех элементов: трубопроводов 1, 3 и клапан 2.
Рисунок 3.5 Схема форвакуумного участка
Определим проводимости элементов и диаметры трубопроводов. Будем считать в первом приближении, что все элементы имеют одинаковую проводимость. Тогда
U3j=3·U03=3·0,11=0,33 (м3/с)
Режим течения газа в трубопроводе определим по рабочему давлению р2=30Па и диаметру входного патрубка насоса dвх=0,04м. Критерий Кнудсена
Kn=L/dэф=L1/(p2*dвх)=7,5*10-3/(30*0,04)=0.00625<1.5
Т.е. режим течения молекулярно-вязкостный.
Диаметр первого трубопровода можно рассчитать при среднем давлении в трубопроводе рср=р2=30 Па по проводимости
Решая полученное уравнение, имеем d1=0,053 м
Выбираем условный проход трубопровода d1=0,063м.
На втором участке выбираем клапан КВМ-63 с диаметром условного прохода DN=63мм и проводимостью 0,18 м3/с.
Диаметр третьего трубопровода можно рассчитать при среднем давлении в трубопроводе рср=р2=30 Па по проводимости
Решая полученное уравнение имеем d3=0,041 м
Выбираем условный проход трубопровода d3=0,04м.
Откуда U03=0,11 м3/с
Коэффициент использования диффузионного насоса в системе
Коэффициент Ки1=0,93.
Рассчитаем распределение давления по длине участка вакуумной системы от диффузионного насоса до откачиваемого объекта. Давление во входном сечении насоса равно
Рн2=рпр2+Q/Sm2=0,5+2*10-1/8*10-3=25,5Па
Перепад давления на элементе 7
∆Р3=Q/U23=2*10-1/0,56=0,36Па
Аналогично находим остальные перепады давлений, рассчитывая давление на входе и выходе каждого элемента. Полученные результаты заносим в таблицу 3.3
Таблица 3.3
Распределение давлений от механического насоса до откачиваемого объекта
| Элемент | Проводимость м3/с, | Перепад давлений, Па | Давление на входе, Па | Давление на выходе, Па |
| Трубопровод 3 | 0,56 | 0,36 | 25,86 | 25,5 |
| Клапан 2 | 0,18 | 1,11 | 26,97 | 25,86 |
| Трубопровод 1 | 0,67 | 0,3 | 27,27 | 26,97 |