Общие теоретические положения

Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

РАСЧЕТ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ОТКАЧКИ РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОМУ ЗАДАНИЮ ПО ДИСЦИПЛИНЕ "КРИОВАКУУМНАЯ ТЕХНИКА"

(Специальность 140401– "Физика и техника низких температур")

г. Новосибирск, 2009

ВВЕДЕНИЕ

Работа дает представление об основах расчета времени откачки рабочей камеры технологической установки. При выполнении расчетно-графического задания (РГЗ) студенты обязаны пользоваться нормативно-технической документацией (НТД), действующей на данный момент.

РГЗ следует выполнять на листах формата А4 с соблюдением требований стандартов ЕСКД.

Материалы работы должны быть выполнены на ПК.

Цель работы:Закрепить и углубить теоретические знания по курсу «криовакумная техника», получить навыки практических расчетов определения основных параметров, необходимых при определении времени откачки рабочей камеры технологической установки. Студент на основе исходных данных определяет границы режимов течения газа (воздуха), рассчитывает проводимости вакуумного трубопровода, эффективную быстроту откачки заданного конструктивного объекта (рис. 2.1 и соответствующие времена откачки при условии использования механического вакуумного насоса с быстротой действия, указанного на рис 2.2.

Варианты исходных данных для расчета приведены в нижеследующей таблице

Варианты заданий

Вариант Рнач 105, Па Ркон, Па Sн 10-3, м3 Q'газ 10-4, м3∙Па/с Рпред., Па Uвкл 10-2, м3 Uмкл 10-3, м3 ιфакт
1,01 5,35 1,80 2,6 3,06 9,80 9,40
1,01 5,34 1,79 2,59 3,06 9,79 9,39
1,01 5,33 1,78 2,58 3,06 9,78 9,38
1,01 5,32 1,77 2,57 3,06 9,77 9,37
1,01 5,31 1,76 2,56 3,06 9,76 9,36
1,01 5,30 1,75 2,55 3,06 9,75 9,35
1,01 5,29 1,74 2,54 3,06 9,74 9,34
1,01 5,28 1,73 2,53 3,06 9,73 9,33
1,01 5,27 1,72 2,52 3,06 9,72 9,32
1,01 5,26 1,70 2,50 3,06 9,71 9,31
1,01 5,50 1,69 2,49 3,06 9,70 9,30
1,01 5,49 1,68 2,48 3,06 9,69 9,29
1,01 5,48 1,67 2,47 3,06 9,68 9,28
1,01 5,47 1,66 2,46 3,06 9,67 9,27
1,01 5,46 1,65 2,45 3,06 9,66 9,26
1,01 5,45 1,64 2,44 3,06 9,65 9,25
1,01 5,44 1,63 2,43 3,06 9,64 9,24
1,01 5,43 1,62 2,42 3,06 9,63 9,23
1,01 5,42 1,61 2,41 3,06 9,62 9,22
1,01 5,41 1,60 2,40 3,06 9,61 9,21
1,01 5,40 1,59 2,39 3,06 9,60 9,20
1,01 5,39 1,58 2,38 3,06 9,59 9,19
1,01 5,38 1,57 2,37 3,06 9,58 9,18
1,01 5,37 1,56 2,36 3,06 9,57 9,17
1,01 5,36 1,55 2,35 3,06 9,56 9,16

Общие теоретические положения

1.1. Основное уравнение вакуумной техники

Опыт показывает, что эффективная быстрота откачки S0 объекта обычно значительно меньше быстроты действия насоса Sн. Основное уравнение вакуумной техники связывает основные параметры вакуумной системы: эффективную быстроту откачки объекта S0, быстроту действия насоса Sн и проводимость вакуумного трубопровода U и имеет следующий вид:

Общие теоретические положения - student2.ru . (1.1)

Анализ уравнения (1.1) показывает, что, если проводимость трубопровода системы значительно больше быстроты действия насоса, то эффективная быстрота откачки объекта зависит только от насоса, и, наоборот, если проводимость трубопровода гораздо меньше быстроты действия насоса, то эффективная быстрота откачки приблизительно равна проводимости трубопровода и мало зависит от быстроты действия насоса.

При проектных расчетах вакуумных систем эффективную быстроту откачки обычно определяют исходя из газового потока и давления, а искомой является быстрота действия насоса Sн, причем обычно проводимость трубопроводов, как правило, неизвестна.

В этом случае находят быстроту действия насоса по формуле

Sн = φ∙S0,

где φ – коэффициент использования насоса, равный 2 для высоковакуумных насосов и 1,1…1,25 для механических вакуумных насосов.

1.2. Критерии определения границ режимов течения газа в трубопроводах

При значении произведения Общие теоретические положения - student2.ru режим течения воздуха считается вязкостным (здесь и далее Общие теоретические положения - student2.ru - среднее по длине трубопровода давление).

При значении произведения Общие теоретические положения - student2.ru режим течения воздуха предполагается молекулярным.

В области 0,02 < Общие теоретические положения - student2.ru < 1,33 режим течения воздуха будет промежуточным или молекулярно-вязкостным.

1.3. Расчетные соотношения для определения проводимостей

Для воздуха при Т = 293К проводимость трубопровода для молекулярного и молекулярно-вязкостного режимов течения рассчитывается по формуле

Общие теоретические положения - student2.ru (1.2)

где Общие теоретические положения - student2.ru – внутренний диаметр трубопровода, м;

Общие теоретические положения - student2.ru – давление вначале и в конце процесса откачки, Па;

Общие теоретические положения - student2.ru – расчетная длина трубопровода, м;

Общие теоретические положения - student2.ru – фактическая длина трубопровода, м;

Общие теоретические положения - student2.ru – число изгибов трубопровода под углом 900.

Проводимость запорно-регулирующей арматуры для молекулярно-вязкостного и молекулярного режимов течения определяется из соотношения

Общие теоретические положения - student2.ru , (1.3)

где Общие теоретические положения - student2.ru проводимость запорно-регулирующей арматуры для молекулярного режима течения, м3/с;

Общие теоретические положения - student2.ru проводимость запорно-регулирующей арматуры для вязкостного режима течения, м3/с;

Общие теоретические положения - student2.ru граница по давлению между вязкостным и молекулярно-вязкостным режимами течения, Па;

Общие теоретические положения - student2.ru граница по давлению между молекулярно-вязкостным и молекулярным режимами течения, Па;

Общие теоретические положения - student2.ru среднее давление за время откачки, Па.

Проводимость сложных трубопроводов рассчитывается следующим образом:

· если участки трубопровода с различными поперечными сечениями и длинами соединены последовательно, то рассчитываются порознь значения проводимостей отдельных участков, а общая проводимость сложного трубопровода или его сопротивление определяются по формулам:

Общие теоретические положения - student2.ru (1.4)

или

Общие теоретические положения - student2.ru (1.5)

где Общие теоретические положения - student2.ru и Общие теоретические положения - student2.ru – результирующие проводимость и сопротивление сложного трубопровода, состоящего из нескольких последовательно соединенных участков;

· если участки трубопровода с различными поперечными сечениями и длинами соединены параллельно, то отдельные участки также рассчитываются порознь, а общая проводимость сложного трубопровода или его сопротивление определяются по формулам:

Общие теоретические положения - student2.ru (1.6)

или

Общие теоретические положения - student2.ru , (1.7)

где Общие теоретические положения - student2.ru и Общие теоретические положения - student2.ru – результирующие проводимость и сопротивление сложного трубопровода, состоящего из нескольких параллельных участков;

Общие теоретические положения - student2.ru и Общие теоретические положения - student2.ru – проводимость и сопротивления отдельных участков трубопровода.

При расчете вакуумных систем со сложными трубопроводами, содержащими последовательно соединенные участки, обычно исходят из положения, что при отсутствии натеканий поток откачиваемых газов Общие теоретические положения - student2.ru одинаков во всех участках трубопровода.

При расчете трубопровода из параллельно соединенных участков обычно считают давления в местах соединения параллельных участков одинаковыми для всех параллельных трубопроводов.

1.4. Расчетные соотношения для определения длительности откачки

В начальный период откачки из сосуда объемом V температура и давление газа изменяются по политропному процессу. В этом случае время откачки определяется из соотношения

Общие теоретические положения - student2.ru , (1.8)

где Общие теоретические положения - student2.ru – начальное давление в сосуде, Па;

Общие теоретические положения - student2.ru – показатель политропы;

Общие теоретические положения - student2.ru – давление границы между вязкостным и молекулярно-вязкостным режимами, Па;

Общие теоретические положения - student2.ru – объем сосуда, м3;

Общие теоретические положения - student2.ru – суммарный поток газа, поступающий в сосуд, м3/с.

При малой быстроте откачки температура газа в сосуде практически не меняется. Так в этом случае n ≈ 1, то выражение (1.8) упрощается и принимает вид

Общие теоретические положения - student2.ru . (1.9)

При весьма длительной откачке, то есть при t → ∞ будет иметь место

Общие теоретические положения - student2.ru , (1.10)

где Общие теоретические положения - student2.ru – наименьшее давление, которое может быть достигнуто (остаточноое давление) в системе. При n ≈ 1

Общие теоретические положения - student2.ru . (1.11)

Таким образом, формула (1.9) позволяет рассчитывать длительность откачки при постоянных Общие теоретические положения - student2.ru , что обычно бывает при турбулентном и вязкостном режимах течения газа, так как в этом случае Общие теоретические положения - student2.ru можно не учитывать, а Общие теоретические положения - student2.ru практически полностью определяется быстротой действия насоса Общие теоретические положения - student2.ru , которая для механических вакуумных насосов в достаточно широком диапазоне давлений остается практически постоянной.

В тех случаях, когда Общие теоретические положения - student2.ru или Общие теоретические положения - student2.ru меняются в процессе откачки, весь период откачки разбивают на отдельные участкипо давлению, внутри каждого из которых поток газовыделения или поток натекания, характер процесса расширения газа и эффективную быстроту откачки можно условно принимать постоянными. При этом общее время откачки равно

Общие теоретические положения - student2.ru ,

где к – число участков, на которое разбит весь период откачки; ti – длительность откачки на i – ом участке, рассчитываемая по формулам (1,8) или (1,9).

Наши рекомендации