Методика расчета вакуумных систем

Расчет вакуумной системы сложного технологического оборудования выполняется, как правило, в два этапа.

Проектный расчет, в результате которого определяются принципиальная схема вакуумной системы, типы и размеры насосов, коммутирующие элементы и ориентировочные размеры соединительных трубопроводов.

Поверочный расчет, в результате которого уточняются характеристики насосов, размеры трубопро­водов и коммутирующих элементов, определяется время достижения заданного рабочего давления.

В качестве исходных величин для расчета обычно заданы конечное давление в рабочей камере, поток газов, геометрические размеры рабочей камеры, характер тех­нологического процесса, для осуществления которого предназначена установка, время достижения заданного давления.

Часто при расчете вакуумной системы приходится определять поток газов, поступающих в нее. Для этого должны быть известны исходные характеристики про­дукции, позволяющие рассчитать поток газов.

Проектный расчет выполняется в следующей последовательности:

1. Исходя из заданных значений парциального и пол­ного давлений, определяют типы насосов, обеспечиваю­щие откачку рабочей камеры до заданного давления.

2. По заданному или найденному расчетом потоку газов выбирают конкретный типоразмер насоса, обеспе­чивающего откачку до заданного давления; на этом эта­пе расчета поток газов, откачиваемых насосом, прини-­
мают постоянным во времени.

3. Выбирают вспомогательные насосы и насосы предварительного разрежения. Обычно на этом этапе расчета вспомогательные насосы выбирают в соответ­ствии с паспортными характеристиками основных насо-­
сов окончательной откачки.

4. Определяют принципиальную схему вакуумной системы, назначают ориентировочные размеры вакуумных трубопроводов, выбирают коммутирующие элементы, средства измерения давления и т. п.

5. Исходя из заданного времени предварительной откачки рабочей камеры, выбирают насос предварительно­го разрежения.

После проведения проектного расчета конструируют вакуумную систему. В процессе конструирования уточня­ют все размеры вакуумных трубопроводов, типоразмеры коммутирующих элементов и т. п.

Поверочный расчет выполняется в следующей последовательности:

1. В соответствии с окончательными размерами ва­куумной системы рассчитывают значение эффективной быстроты откачки системы.

2. Рассчитывают время достижения заданного давле­ния в рабочей камере, при этом учитывают кинетику газовыделения и натеканий. При отсутствии этих данныхв задании на проектирование выполняется их расчет.

3. Рассчитывают время предварительной откачки; при этом учитывают предельное остаточное давление, давление на­соса предварительного разрежения, газовыделение и натекание, а также изменение быстроты действия насоса и проводимости трубопроводов в зависимости от давле­ния.

В случае, если полученное в результате расчета вре­мя достижения требуемого конечного давления или предварительного разрежения превышает заданное, уве­личивают проводимость соответствующего участка ва­куумной системы за счет увеличения сечений трубопро­водов или выбирают насос с большей быстротой дейст­вия.

При необходимости применения нестандартных эле­ментов производят их конструирование и расчет.

Пример

Определить время, необходимое для откачки ка­меры с внутренним диаметром 260 мм и высотой 250 мм, изготов­ленной из малоуглеродистой стали, до давления p₁ = 6,65·10^-3 Па. Суммарная площадь поверхности фторопластовых уплотнителей обращенных, в вакуумную полость, равна 50 см². Эффективная быстрота откачки вакуумной системы при давлении 6,65·10^-3 Па равна S₀ = 10^-2 м³/с.

Решение

Площадь поверхности металлических стенок камеры будет:

А_мет = 2π·26²/4 + 26-25==3100 см² ==0,31 м².

Умножив соответствующие ординаты кривой рис. 15.4 на 0,31 м³ и кривой рис. 15.5 на 0,005 м², получим кривые скорости газовыде­ления в камере (кривые 2и 3на рис. 15.6). Сложим ординаты по­лученных кривых и построим кривую 1скорости суммарного газо­выделения.

Поток газов, удаляемых вакуумной системой при давлении p₁ = 6,65·10^-3 Па, равен:

Q′ = p₁S_o = 6, 65·10^-3 ·10^-2 = 6,65·10 ^-5 м³ ·Па/с.

Теперь через точку Q' = 6,65·10^{-5 м3} ·Па/с на оси ординат про­ведем горизонталь до пересечения с кривой 1 скорости суммарного газовыделения. В результате получим, что давление р₁ = 6,65·10^-3 Па будет достигнуто примерно через 2,4 ч.