Расчет вакуумной системы установки с разработкой конструкции вакуумного элемента

    Отсюда  U₁₅=96,6 м³/c.

    Диаметр трубопровода на третьем участке  выберем из условия U₁₆=109,5м³/с.  

    Таким образом, d₁₆=0,59 м. По ГОСТ 18626—73 выбираем условный проход трубопровода d₁₆=0,63 м. Это значит диаметры проходных отверстий трубопровода и затвора совпадают, и тогда проводимость рассчитывается только исходя из проводимости трубопровода. Тогда проводимость участка U₁₆=302,55 м³/с. Проводимость увеличилась за счет совпадения диаметров отверстий трубопровода и затвора. Входная проводимость насоса равна бесконечности, т.к. диаметр входного патрубка насоса больше чем диаметр трубопровода.

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

    Общая проводимость выбранного участка вакуумной  системы 25,726 м³/с, что меньше требуемой 109,5 м³/с. Основное влияние на проводимость оказывает четвертый участок, за счет малого входного отверстия и длины участка трубопровода. 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 3.2 - Распределение давления на участке вакуумной  системы от механического  насоса до откачиваемого  объекта

    Давление  во входном сечении насоса 

    Перепад давления на элементе 6 _{. 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 механического насоса до высоковакуумного насоса по формуле 

    где S_н2 – быстрота действия насоса, выбранного по каталогу.

    Составим  компоновочную схему рассматриваемого участка вакуумной системы.

    На  рисунке 3.4 показаны внутренние размеры откачиваемого насоса и длины трубопроводов. Участок вакуумной системы состоит из трех элементов: трубопроводов 7 и 9 и клапана 8.

    

    Рисунок 3.5 – Схема байпасного участка

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

    U_2j=3·U₀₂=3·0,313=0,94 (м³/с)

    Тогда режим течения газа в трубопроводе определим по рабочему давлению р=33,3 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 седьмого трубопровода можно рассчитать при среднем давлении в трубопроводе Р_ср= 33,3 Па: 

    Отсюда  получаем d₂₇=0,049 м. По ГОСТ 18626—73 выбираем условный проход трубопровода d₂₇=0,063 м. Тогда проводимость участка U₂₇=2,469м³/с.

    В качестве затвора выбираем ВЭП-63 с диаметром условного прохода d_у28=63 мм и проводимостью в молекулярном режиме течения газа 0,148 м³/с.

    Диаметр трубопровода на девятом участке выберем из условия U₂₉=0,94м³/с.  

    Таким образом, d₂₉=0,049 м. По ГОСТ 18626—73 выбираем условный проход трубопровода d₂₉=0,05 м. Тогда проводимость участка U₂₉=2,469 м³/с.

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

    Общая проводимость выбранного участка вакуумной  системы 0,132м³/с, что меньше требуемой 0,94 м³/с. Основное влияние по снижению проводимости оказывает клапан ВЭП-63. 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. 3.3. 

Таблица 3.3 - Распределение давления на участке вакуумной  системы от механического  насоса до диффузионного  насоса

Давление  во входном сечении насоса 

    Перепад давления на элементе 9 _{. Аналогично находим перепады давлений на остальных элементах, рассчитываем давления на входе и выходе каждого элемента} и по полученным результатам строим график распределения давления.

 

4.Проверочный расчет

    Задачей проверочного расчета является определение  распределения давления в известной  вакуумной системе. Проверочный  расчет осуществляется для определения  характеристик существующих вакуумных  систем или уточнения проектировочных  расчетов. Исходными данными являются:

    1) вакуумная схема;

    2) спецификация элементов вакуумной  системы и их характеристики (в  том числе откачиваемых объектов);

    3) спецификации материалов, используемых  в вакуумной системе, и их  удельные газовыделения;

    4) минимальный поток Q_тм, регистрируемый течеискателем;

    5) число проверяемых соединений  m;

    6) технологическое газовыделение  Q_т.

    Проверочный расчет можно разделить на несколько  этапов, выполняемых в такой последовательности:

    1) определение собственного газовыделения;

    2) расчет распределения давления;

    3) графическая проверка правильности  выбора насосов;

    4) проверка возможности запуска установки;

    5) определение области совместной  работы вакуумных насосов.

1. Общее газовыделение вакуумной системы задается изначально при проектировании Q=0,1 м³·Па/с.
2. Расчет распределения давления по длине трубопровода и вакуумным элементам произведено в предыдущем пункте.
3. Графическая проверка выбора вакуумных насосов позволяет определить их рабочие давления. По графическим характеристикам насосов строятся их эффективные быстроты откачки. Для первого насоса в откачиваемом объекте, для второго — на выходе первого насоса и т. д. в соответствии с формулами

 
 

Пересечение этих кривых с кривой быстроты натекания  S=Q/p определяет рабочие давления всех насосов рисунок 4.1.

    Рассчитаем  S_эф1 и S_эф2 для 9 различных давлений: 

U₂₈=0,148 м³/с 
 
 

    На  участке от высоковакуумного насоса до камеры режим течения газа молекулярный и не зависит от давления на участке, а следовательно и проводимость на этом участке остается постоянной и не зависит от давления: 

S_эф1 для диффузионного насоса рассчитывается с момента его включения, т.е. при давлении 1…10 Па. 

    Быстрота  действия насоса S_н также зависит от давления и имеет наименьшее значение в начальный и конечный момент работы насоса, что видно из графика 4.1. Учитывая эти особенности рассчитываем эффективные быстроты откачки насосов. Результаты расчетов в таблице 4.1.

    Механические  насосы откачивают до давления 0,1…10 Па, поэтому расчеты S_эф2 при давлении ниже 0,1 Па не имеет смысла.

    Совместность  работы последовательно или параллельно  включенных нас0.1

    осов  обеспечивается, если давление в их выходных патрубках ниже максимальных выпускных давлений этих насосов.

    График  зависимости быстроты действия насосов  от давления приведен на рисунке 4.1.

    Точка пересечения кривых S_эф1 и Sq соответствует установившемуся режиму работы первого насоса. Давление в точке пересечения равно рабочему давлению первого насоса. Аналогично по пересечению кривых S_эф2 и Sq находим рабочее давление второго насоса. Оно меньше, чем максимальное выпускное давление первого насоса, значит насосы работают совместно.

Таблица 4.1 – Результаты вычислений S_эф1, S_эф2, S_Q.