На  рисунке 2 показаны диапазоны измеряемых давлений различными средствами измерения. Основываясь на характеристиках  вакуумметров выбираются средства контроля и измерения вакуума. На рисунке 2.1 показаны диапазоны измеряемых давлений различными средствами измерения. Основываясь на характеристиках вакуумметров выбираются средства контроля и измерения вакуума.

    

    Рисунок 2 – Области давлений, измеряемые различными вакуумметрами

    Для измерения низкого вакуума применим термопарный вакуумметр ВТ-3 с преобразователем ПМТ-2, который имеет диапазон измеряемых давлений 1·10^-1 … 7·10² Па и имеет погрешность измерения ±30%. Для измерения среднего и высокого вакуума применим магниторазрядный вакуумметр ВМБ-6 с преобразователем ПММ-32, который имеет диапазон измеряемых давлений 1·10^-5 … 7·10^-1 Па и имеет погрешность измерения -50…+80% (Таблица П1). Вакуумметры размещаем в соответствии с возможностями насосов, т.е. на низковакуумных насосах ставятся термопарные, а на высоковакуумном насосе – магниторазрядный вакуумметр. По данным средствам контроля давления можно определить исправность насосов. Также контроль давления должен осуществляться и на откачиваемом объекте (камера), поэтому для контроля низкого вакуума ставят термопарный вакуумметр, а для высокого и среднего вакуума – магниторазрядный.

 

3 Расчет стационарного режима работы вакуумной установки

    Для стационарного режима характерно постоянство  во времени потоков и давлений во всех сечениях вакуумной системы. Газовый поток остается постоянным по длине вакуумной системы.

    Исходные  данные:

3.1 Выбор средств получения и поддержания вакуума

    Для создания среднего и высокого вакуума  применим паромасляный насос типа НВДМ с предельным давлением р_пр1=7·10^-5 Па и диапазоном быстроты действия от 0,01 до 18,5 м³/с.

    Эффективную быстроту откачки в откачиваемом объекте определим по формуле 
 

    Определим коэффициент использования высоковакуумного насоса. Пользуясь графиком на рисунке 3.1 при n=1 находим для S_эф=16,67 м³/с оптимальное значение коэффициента использования К_и1=0,5.

    Определим номинальную быстроту действия 

    Ближайший по быстроте действия паромасляный насос  – НВДМ-630.

    Характеристики:

    Так как быстроты действия одного насоса не хватает для откачки данной системы, устанавливаем два насоса НВДМ-630, работающих параллельно.

    

    Рисунок 3.1 – Оптимальные  коэффициенты использования  высоковакуумных  насосов в зависимости  от эффективной быстроты действия S_эф и числа элементов между насосом и откачиваемым объектов n.

    Для создания низкого вакуума применим механический вращательный насос типа АВЗ с предельным давлением  р_пр2=7·10⁰ Па и диапазоном быстрот действия от 1·10^-4 до 0,5 м³/с. Рабочее давление механического насоса выбираем по максимальному выпускному давлению паромасляного насоса с коэффициентом запаса φ=2. Тогда 

    Эффективная быстрота откачки  
 

    Определим коэффициент использования низковакуумного  насоса. Пользуясь графиком на рисунке 3.2 при n=3 находим для S_эф=6,006·10^-3 м³/с оптимальное значение коэффициента использования К_и2=0,89.

    Определим номинальную быстроту действия 

    

    Рисунок 3.2 – Рекомендуемые  коэффициенты использования  К_и вращательных насосов в низковакуумных системах в зависимости от эффективной быстроты действия S_эф и числа элементов на участке от насоса до откачиваемого объекта n

    Ближайший по быстроте действия механический насос  – АВЗ-20Д имеет следующие характеристики:

    3.2 Определение конструктивных размеров соединительных трубопроводов и выбор элементов вакуумной системы.

    Найдем  общую проводимость участка вакуумной  системы от механического насоса до вакуумной камеры по формуле 

    где S_н2 – быстрота действия насоса, выбранного по каталогу.

    Составим  компоновочную схему рассматриваемого участка вакуумной системы.

    

    Рисунок 3.3 – Схема форвакуумного участка

    На  рисунке 3.3 показаны внутренние размеры откачиваемого объекта и длины трубопроводов. Участок вакуумной системы состоит из трех элементов: трубопроводов 1 и 3 и клапана 2.

    Определим проводимости элементов и диаметры трубопроводов. Будем считать в  первом приближении, что все элементы имеют одинаковую проводимость.

    U_3j=3·U₀₃=3·0,162=0,486 (м³/с)

    Тогда режим течения газа в трубопроводе определим по рабочему давлению р=2 Па и диаметру входного патрубка насоса L=d_вх=0,04 м. Критерий Кнудсена для откачки воздуха

    ,

      т. е. режим течения  молекулярно-вязкостный.

    При молекулярно-вязкостном режиме течения  проводимость отверстий не учитывается, следовательно общая проводимость будет определяться только проводимостью  трубопровода. Диаметр первого трубопровода можно рассчитать при среднем  давлении в трубопроводе Р_ср=Р₃=2 Па: 
 

    Отсюда  получаем d₃₁= 0,123 м. По ГОСТ 18626—73 выбираем условный проход трубопровода d₃₁= 0,125 м. Тогда проводимость первого участка U₃₁= 0,585 м³/с.

    В качестве затвора выбираем ВРП-100 с диаметром условного прохода d_у32=100 мм и проводимостью в молекулярном режиме течения газа 33,2 м³/с.

    Диаметр трубопровода на третьем участке  выберем из условия U₁₃=4,457 м³/с.  
 

    Таким образом, d₃₃=0,089 м. По ГОСТ 18626—73 выбираем условный проход трубопровода d₃₃=0,1 м. Тогда проводимость участка U₃₃=0,762 м³/с.

Общая проводимость участка с учетом того, что входная проводимость насоса равна бесконечности 
 

    Коэффициент использования механического насоса 

    Коэффициент использования близок к оптимальному значению.

    Рассчитаем  распределение давления по длине  участка вакуумной системы от механического насоса до откачиваемого  объекта. Результаты расчета занесены в табл. 3.1.

Таблица 3.1 - Распределение давления на участке вакуумной системы от механического насоса до откачиваемого объекта

    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.

    Найдем  общую проводимость участка вакуумной  системы от паромасляного насоса до вакуумной камеры по формуле 

    где S_н1 – быстрота действия насоса, выбранного по каталогу.

    Составим  компоновочную схему рассматриваемого участка вакуумной системы.

    

    Рисунок 3.4 – Схема высоковакуумного участка

    На  рисунке 3.4 показаны внутренние размеры откачиваемого объекта и длины трубопроводов. Участок вакуумной системы состоит из трех элементов: трубопроводов 4 и 6 и высоковакуумного затвора 5. Определим проводимости элементов и диаметры трубопроводов. Будем считать в первом приближении, что все элементы имеют одинаковую проводимость.

    U_1j=3·U₀₁=3·36,5=109,5 (м³/с)

    Тогда режим течения газа в трубопроводе определим по рабочему давлению р=6·10^-3 Па и диаметру входного патрубка насоса L=d_вх=0,63 м. Критерий Кнудсена для откачки воздуха 

    K_n>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 d₁₄=0,62 м. По ГОСТ 18626—73 выбираем условный проход трубопровода d₁₄=0,63 м. Тогда проводимость участка U₁₄=39,658м³/с.

    В качестве затвора выбираем ЗВЭ-630 с  диаметром условного прохода  d_у15=630 мм и проводимостью в молекулярном режиме течения газа 96,62 м³/с.