Расчет вакуумных систем
Проектный расчет
Расчет вакуумных систем осуществляется в 2 этапа:
- 1. Проектный расчет — выбираются типы насосов и их размеры, коммутирующие элементы и ориентировочные размеры соединительных трубопроводов.
- 2. Поверочный расчет — уточняются характеристики всех элементов и определенное время достижения рабочего давления.
Проектный расчет выполняют в следующей последовательности [2].
- 1. Выбор вакуумной схемы. Вакуумную схему выбирают по аналогии с уже существующими установками такого же назначения.
- 2. Выбор основного насоса. Исходя из заданного рабочего давления р, в качестве основного насоса выбирается насос, способный откачать рабочий объем до необходимого давления.
а) для нахождения конкретного типоразмера основного насоса необходимо рассчитать суммарный поток газа Q^, поступающий в вакуумную систему (методика расчета QB представлена ниже).
б) далее определяется необходимая эффективная быстрота откачки рабочей камеры
Обычно v = 2 для струйных, турбонасосов и криогенных насосов.
v = 4 для сорбционных насосов.
v = 1,3-1,4 для насосов объемного действия.
При выборе насоса должны выполняться два условия:
- 1) рпр < КИр. Если это условие не выполняется, то необходимо выбрать насос с меньшим предельным давлением.
- 2) SH>SHPAсч. По каталогу [4-11] выбирают вакуумный насос, имеющий номинальную быстроту действия большую или равную расчетному значению.
Таким образом, выбирают насос с характеристиками, соответствующими условиям 1 и 2.
- 3. Выбор вспомогательного насоса. Большинство насосов, такие как пароструйные, турбомолекулярные и др., для запуска и работы требуют создания и поддержания определенного разрежения во всей вакуумной системе, включая насос.
Так как вспомогательный насос обеспечивает предварительное разрежение в камере, чтобы выбрать тип вспомогательного насоса, необходимо по каталогу уточнить значения давления запуска рз основного насоса и подобрать насос предварительного разрежения, способный обеспечить указанное давление.
Во время работы основного насоса вспомогательный насос производит откачку из высоковакуумного насоса. Давление на входе во вспомогательный насос должно быть меньше выпускного давления на выходе из высоковакуумного насоса. Т.е. вспомогательный насос должен быть способен не только удалять определенное количество газов, поступающих из основного насоса, но и поддерживать определенное выпускное давление на выходе основного насоса.
Рабочее давление вспомогательного насоса при последовательном включении определяется как
Выбор конкретного вспомогательного насоса производится аналогично выбору основного насоса. По каталогу [4-11] выбирают вакуумный насос, имеющий характеристики, соответствующие условиям Рпр — Кир и Sh^ $нрасч.
- 4. Принципиальная вакуумная схема. Затем определяется принципиальная схема вакуумной системы, назначаются ориентировочные размеры трубопроводов и т.д. Например, диаметр трубопровода, соединяющего насосы, обычно выбирают равным диаметру выпускного патрубка основного насоса. Длину трубопровода стремятся сделать как можно меньше, также по возможности стараются избегать изгибов трубопровода.
- 5. Время предварительной откачки. Проверяется возможность использования выбранного вспомогательного насоса для предварительной откачки рабочей камеры (т.е. определяется способность выбранного насоса достичь предварительного разрежения за необходимое время).
Для этого рассчитывается эффективная быстрота откачки конкретно для этого насоса
Тогда время предварительной откачки рабочей камеры без учета газовыделения (на этом этапе расчета не учитывается Q_) определяется как
Если полученное время предварительной откачки меньше заданного, то считается, что насосы выбраны верно. Таким образом, проектный расчет завершен. После проведения проектного расчета конструируют вакуумную систему. В процессе конструирования уточняют все размеры вакуумных трубопроводов, типоразмеры коммутирующих элементов и т.д.