Расчет вакуумных трубопроводов
При расчетах вакуумных трубопроводов необходимо в первую очередь установить режим течения газа внутри трубопровода.
В главе I было указано, что течение газа в трубопроводе может быть турбулентным, вязкостным и молекулярным, причем турбулентное течение газа бывает только в начальный момент.
Расчет вакуумных трубопроводов при всех режимах течения газа сводится к определению сопротивления, которое оказывает трубопровод протекающему по нему газу.
Мы уже знаем, что сопротивление, оказываемое трубопроводом, определяют как перепад давлений на концах трубопровода, отнесенный к единице потока по уравнению (2)
Величина, обратная сопротивлению трубопровода, называется пропускной способностью и равняется
Пропускная способность зависит от размеров трубопровода, от степени разрежения, определяющей режим* течения газа, а также от рода газа и его температуры. Пропускная способность трубопровода определяется по-разному, в зависимости от того, какой поток газа имеется в вакуумной системе — вязкостный или молекулярный. Что же касается границ вакуумных режимов для воздуха, то в том случае, если произведение среднего давления р на диаметр трубопровода d больше 0,56 мм рт. ст., имеет место вязкостный режим; при
pd < 0,018 мм рт. ст. имеем молекулярный режим течения. Для переходного (молекулярно-вязкостного) режима имеем 0,018 < pd < 0,56.
Для молекулярного режима течения газа в трубопроводе Кнудсен вывел уравнение средней скорости течения газа, подтвержденное экспериментально с большой точностью:
Объемную скорость потока газа по трубопроводу получим, умножая среднюю скорость на сечение трубы к г2, т. е.
Подставляя из этого уравнения значение S в уравнение (21), получим пропускную способность трубопровода
Обычно приходится иметь дело с откачкой воздуха при температуре 20°С по трубам круглого сечения. В этом случае уравнение (24) можно преобразовать в следующий вид:
В случае же откачки не воздуха, а другого газа, пропускная способность трубопровода определится по формуле:
Из уравнения (24) следует, что для молекулярного движения пропускная способность трубопровода не зависит от давления. В действительности же опыты показали, что пропускная способность трубопровода зависит от давления, влияние которого учитывается функцией температуры
Из этого уравнения видно, что в случае вязкостного режима течения газа пропускная способность трубопровода прямо пропорциональна давлению газа, тогда как для молекулярного режима течения она была в первом приближении независимой от давления.
В зависимости от условии работы подбирается соответствующий тип насоса со скоростью откачки 10 мР/мин.
Из табл. 3 видно, что такой скоростью откачки обладают поршневые вакуум-насосы и вакуум-насосы с жидкостным поршнем. Для процессов, связанных с откачкой взрывоопасных газов, лучше применить вакуум-насос с жидкостным поршнем, поскольку насосы этого типа обеспечивают большую безопасность работы. Таким насосом, имеющим скорость откачки 10 м3!мин, является насос марки РМК-3.