Определение конструктивных размеров соединительных трубопроводов и выбор элементов вакуумной системы

Высоковакуумная система.

Найдем общую проводимость участка вакуумной системы от диффузионного насоса до вакуумной камеры по формуле

где S_m₁– быстрота действия насоса, выбранного по каталогу.

На рисунке 3.3 показаны внутренние размеры откачиваемого объекта и длины трубопроводов. Участок вакуумной системы состоит из двух элементов: клапана 1 и ловушки 2.

Рисунок 3.3 Схема высоковакуумного участка

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

U₁_j=3·U₀₁=3·0,28=0,84 (м³/с)

Режим течения газа в трубопроводе определим по рабочему давлению р₁=6·10^-2Па и диаметру входного патрубка насоса d_вх=0,63м. Критерий Кнудсена

Kn=L/d_эф=L₁/(p*d_вх)=7,5*10^-3/(2*10^-3*0,25)=15>1.5

Т.е. режим течения молекулярный.

При молекулярном режиме течения учитывается проводимость отверстий, следовательно общая проводимость будет определяться проводимостью трубопровода и отверстия. Диаметр четвертого трубопровода можно рассчитать из условия последовательного соединения входного отверстия и трубопровода:

Отсюда получаем d _{1 1}=0,138 м. По ГОСТ 18626—73 выбираем условный проход трубопровода d₁₁ =0,160 м. Тогда проводимость участка U₁₄ =2,31м³/с, проводимость отверстия 2,33 м³/с, проводимость трубопровода 0,5 м³/с.

В качестве затвора выбираем ЗВЭ-160 с диаметром условного прохода DN=160 мм и проводимостью в молекулярном режиме течения газа 3,34 м³/с.

Диаметр трубопровода на третьем участке выберем из условия U₂₃=0,84м³/с, тогда с учетом размеров предыдущего элемента

=0,11 мм

Выбираем d₁₃=0,125 мм, тогда U₂₃=1,18 м³/с.

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

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 3.1 - Распределение давления на участке вакуумной системы от механического насоса до откачиваемого объекта

Название элементов	Проводимость элемента U, м³/с	Перепад давления на элементах ∆р, Па	Давление на входе в элемент, Па	Давление на выходе из элемента, Па
Трубопровод 3 6	1,18	4,24·10^-3	8,41·10^-3	4,17·10^-3
Затвор	3,34	1,5·10^-3	9,91·10^-3	8,41·10^-3
Трубопровод 1 (по длине)	0,5	0,01	19,91·10^-3	9,91·10^-3
Трубопровод 1(входное отверстие)	2,33	2,15·10^-3	22,06·10^-3	19,91·10^-3

Давление во входном сечении насоса

Перепад давления на элементе 3 . Аналогично находим перепады давлений на остальных элементах, рассчитываем давления на входе и выходе каждого элемента и по полученным результатам строим график распределения давления.

Низковакуумная система

Найдем общую проводимость участка вакуумной системы от механического насоса до вакуумной камеры по формуле

где S_m₂– быстрота действия насоса, выбранного по каталогу.

На рисунке 3.4 показаны внутренние размеры откачиваемого объекта и длины трубопроводов. Участок вакуумной системы состоит из трех элементов: трубопроводов 1, 3 и клапан 2.

Рисунок 3.4 Схема низковакуумного участка

U₂_j=3·U₀₂=4·0,19=0,76 (м³/с)

Режим течения газа в трубопроводе определим по рабочему давлению р₂=30Па и диаметру входного патрубка насоса d_вх=0,04м. Критерий Кнудсена

Kn=L/d_эф=L₁/(p₂*d_вх)=7,5*10^-3/(0,1*0,25)=0.3<1.5

Т.е. режим течения молекулярно-вязкостный.

Диаметр первого трубопровода можно рассчитать при среднем давлении в трубопроводе р_ср=р₂=0,1 Па по проводимости

Решая полученное уравнение, имеем d₁=0,053 м

Выбираем условный проход трубопровода d₁=0,063м.

На втором участке выбираем клапан КВМ-63 с диаметром условного прохода DN=63мм и проводимостью 0,18 м³/с.

Диаметр третьего трубопровода можно рассчитать при среднем давлении в трубопроводе р_ср=р₂=30 Па по проводимости

Решая полученное уравнение имеем d₃=0,035 м

Выбираем условный проход трубопровода d₃=0,04м.

Откуда U₀₂=0,11 м³/с

Коэффициент использования диффузионного насоса в системе

Коэффициент К_и1=0,93.

Рассчитаем распределение давления по длине участка вакуумной системы от диффузионного насоса до откачиваемого объекта. Давление во входном сечении насоса равно

Р_н2=р_пр2+Q/S_m₂=0,5+2*10^-1/8*10^-3=25,5Па

Перепад давления на элементе 7

∆Р₃=Q/U₂₃=2*10^-1/0,56=0,36Па

Аналогично находим остальные перепады давлений, рассчитывая давление на входе и выходе каждого элемента. Полученные результаты заносим в таблицу 3.2

Таблица 3.2

Распределение давлений от механического насоса до откачиваемого объекта

Элемент	Проводимость м³/с,	Перепад давлений, Па	Давление на входе, Па	Давление на выходе, Па
Трубопровод 3	0,56	0,36	25,86	25,5
Клапан 2	0,18	1,11	26,97	25,86
Трубопровод 1	0,67	0,3	27,27	26,97

Форвакуумный участок

Найдем общую проводимость участка вакуумной системы от механического насоса до диффузионного насоса по формуле

где S_m₂– быстрота действия насоса, выбранного по каталогу.

На рисунке 3.5 показаны внутренние размеры откачиваемого объекта и длины трубопроводов. Участок вакуумной системы состоит из трех элементов: трубопроводов 1, 3 и клапан 2.

Рисунок 3.5 Схема форвакуумного участка

U₃_j=3·U₀₃=3·0,11=0,33 (м³/с)

Kn=L/d_эф=L₁/(p₂*d_вх)=7,5*10^-3/(30*0,04)=0.00625<1.5

Т.е. режим течения молекулярно-вязкостный.

Диаметр первого трубопровода можно рассчитать при среднем давлении в трубопроводе р_ср=р₂=30 Па по проводимости