Определение вакуума и терминология
Определение вакуума
Вакуумом (от латинского vacuum — пустота) называется состояние газа или пара при давлении ниже атмосферного. Количественной характеристикой вакуума служит абсолютное давление. В широком смысле вакуумом называют область давлений ниже 105 Па (750 мм рт. ст.).
Вакуумная техника — совокупность методов получения, поддержания и измерения вакуума, применяемой при этом аппаратуры, а также прикладная наука, изучающая проблемы получения, поддержания и измерения вакуума и вопросы разработки, конструирования и применения вакуумных систем.
Рассмотрим простейшую вакуумную систему (рис. 1.1),
состоящую из вакуумной камеры, трубопровода и насоса.
В процессе откачки количество газа в вакуумной системе уменьшается, а следовательно, снижается его давление. Снижение давления в системе на входе в насос происходит быстрее, нежели на выходе из вакуумной камеры и на концах ваку-умпровода создается разность давлений p1 — p2, где р1 — давление в вакуумной камере; р2— давление на входе в насос (впускное давление), причем р1 > р2.
Введем основные термины.
Откачка — уменьшение молекулярной концентрации газа (смеси) в определенном объеме.
Время откачки — время, необходимое для уменьшения давления в откачиваемом объеме до определенного уровня (значения).
Остаточный газ — газ (смесь) в вакуумной системе после откачки.
Быстрота откачки Sa (м3/с) — объем газа, откачиваемого в единицу времени при фиксированном давлении в вакуумпро-вод из вакуумной камеры (обычно при рабочем давлении р1). Быстрота откачки — величина, переменная во времени, поэтому берется по отношению к малому промежутку времени:
Быстрота действия .S‘,, (м3/с) — быстрота откачки во входном сечении насоса при его работе при данном значении впускного давления р2. Быстрота действия также величина, переменная во времени, поэтому берется по отношению к малому промежутку времени:
Поток газа Q (Па-м3/с) — количество газа, проходящее в единицу времени через поперечное сечение трубопровода S при давлении в данном сечении р:
Давление всасывания (иногда наибольшее рабочее давление) — максимальное давление на входе в насос, при котором он длительно сохраняет работоспособность.
Сопротивление вакуумпровода Z (пропускная способность U) — величина, характеризующая причину изменения
давления в вакуумпроводе. Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью вакуумпровода:
Следовательно, при стационарном (установившемся) режиме откачки
Таким образом, быстрота откачки $о = Q/p1, быстрота действия насоса 5н = Q/p2. Быстрота действия в произвольном сечении трубопровода S = Q/p, причем So < 5н.
Основное уравнение вакуумной техники — уравнение, связывающее основные параметры вакуумной системы: быстроту откачки, быстроту действия насоса и пропускную способность вакуумпровода:
Предельное остаточное давление (ПОД) — наименьшее давление, которое может быть достигнуто в определенных условиях конкретными устройствами откачки.
Форвакуум — вакуум, создаваемый насосом более низкого вакуума при последовательной работе нескольких насосов.
Молекулярная концентрация газа — число молекул газа в единице объема.
Длина свободного пробега молекулы X (ДСПМ) — длина пути молекулы между двумя последовательными столкновениями: либо с другими молекулами, либо со стенками сосуда (рис. 1.2). ДСПМ обратно пропорциональна молекулярной концентрации газа, а следовательно, и давлению.
Давление газа — отношение нормальной (±) составляющей силы, действующей со стороны газа на ограничивающую поверхность, отнесенная к площади этой поверхности. По сути давление газа — совокупность импульсов, сообщаемых молекулами газа в течение 1 с единице площади поверхности стенки сосуда.