Пример расчета длительности откачки рабочей камеры технологической установки

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И УСЛОВИЯ

Размеры откачиваемой камеры и вакуумной магистрали предварительного разрежения указаны на рис.2.1, а на рис.2.2 приведена зависимость быстроты действия от впускного давления для установленного механического вакуумного насоса.

Начальное давление Р_нач = 1,01∙10⁵ Па, конечное давление после вакуумирования Р_кон = 5,32 Па. Предварительная откачка рабочей камеры осуществляется механическим вакуумным насосом.

Быстрота действия высоковакуумного насоса составляет S_н ≈ 1,6∙10^-3 м³/с. Суммарное газовыделение со стенок вакуумной системы составляет

Q'_газ = 2,43∙10^{– 4} м³∙Па/с и постоянно по времени. Предельное остаточное давление механического вакуумного насоса Р_пред = 3,06 Па (паспортные данные).

Проводимость электромагнитного клапана ДУ32 длиной ℓ = 120мм:

• при вязкостном режиме течения – U_в^кл = 9,7∙10^–2 м³/с;

• при молекулярном режиме течения – U_м^кл = 9,2∙10^–3 м³/с.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА

1.Определяются границы режимов течения газа в трубопроводе предварительного разрежения.

а) Граница между вязкостным и молекулярно-вязкостным режимами

б) Граница между молекулярно-вязкостным и молекулярными режимами

2. Рассчитывается длительность откачки в диапазоне давлений от атмосферного до 41,6 Па, в котором быстрота действия механического вакуумного насоса постоянна и равна S_н ≈ 5,8 л/с (см. рис.2.2):

ℓ (2.1)

где S₀ – эффективная быстрота откачки, м³/с;

V_Σ – суммарный объем рабочей камеры 1, соединительного патрубка 3 и затвора высоковакуумного насоса, м³.

Поскольку V_Σ = V_р.кам. + V_патр. + V_затв. = (370²∙555 + 260²∙200 + 320²∙320)∙10^-9 = 96∙10^-3м³.

В (2.1) S₀ = S_н, а Q'_Σ = 0 (так как газовыделение в этой области давлений можно не учитывать).

Если принять показатель политропы n =1,2 тогда из (2.1) следует, что время откачки до давления Р_в-мв = 41,6 Па будет

3. Рассчитывается длительность откачки в диапазоне давлений от 41,6 до 5,32 Па. При этом рассматриваемый диапазон разбивается на следующие участки:

1-ый – от 41,6 до 20 Па;

2-ой – от 20 до 10 Па,

3-ий – от 10 до 5,32 Па.

3.1. В диапазоне давлений от 41,6 до 20 Па, то есть при среднем по времени давлении

проводимость трубопровода для ℓ_расч = 104 +1,33∙3,2∙2 = 1,125м и молекулярно-вязкостном режиме течения будет

а проводимость электромагнитного клапана в этом режиме течения составит

При этом проводимость всей магистрали при среднем по времени давлении 30,8 Па будет

,

или = 2,67∙10^-2 м³/с.

Быстрота действия насоса при этом среднем давлении определяется из рис.2.2 и составляет S_н ≈ 5∙10^-3 м³/с. Тогда эффективная быстрота откачки равна

.

Рассчитывается длительность откачки в диапазоне давлений от 41,6 Па до 20 Па по формуле

, (2.2)

где принимается Q^'_∑ =0.

Из (2.2) следует

3.2. В диапазоне давлений от 20 до 10 Па, то есть при среднем по времени давлении

проводимость трубопровода при ℓ_расч = 1,125м в молекулярно-вязкостном режиме течения будет

а электромагнитного клапана

При этом проводимость всей магистрали при среднем по времени давлении 15 Па будет

,

или = 1,39∙10^-2 м³/с.

Быстрота действия насоса при этом среднем давлении определяется из рис.2.2 и составляет S_н ≈ 4,5∙10^-3 м³/с. Тогда эффективная быстрота откачки равна

.

Время откачки на этом участке рассчитывается по формуле (2.2) при Q^'_∑ =0 и составляет

3.3. В диапазоне давлений от 10 до 5,32 Па, то есть при среднем по времени давлении

проводимость трубопровода в молекулярном режиме течения будет

а проводимость электромагнитного клапана в этом режиме течения

Проводимость всей магистрали при среднем по времени давлении 7,66 Па будет

,

или = 8,28∙10^-3 м³/с.

Быстрота действия высоковакуумного насоса составляет S_н ≈ 1,6∙10^-3 м³/с. Тогда в этом случае эффективная быстрота откачки равна

.

При расчете времени откачки на этом участке следует учитывать предельное остаточное давление, достигаемое в вакуумной системе

Время откачки на этом участке рассчитывается по формуле (2.2) и составляет

3.4. Суммарная длительность откачки рабочей камеры технологической установки от атмосферного давления до Р = 5,32 Па равна