В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Откачка вакуумных систем
В целом о вакууме и вакуумных системах - Особенности вакуумных систем
Оглавление
Откачка вакуумных систем
Быстрота откачки сосуда
Быстрота действия насоса, натекание газа и степень вакуума
Все страницы

Быстрота действия вакуумного насоса. Удаление газа из объема осуществляется насосом. Большинство насосов обычно работает непрерывно, поэтому при постоянном расходе газа Q и неизменном давлении внутри насоса р возникает установившийся режим откачки.


Величина

(1.26)

является мерой откачивающей способности данного насоса и называется быстротой действия вакуумного насоса. Для большинства насосов этот параметр практически постоянен во всем рабочем диапазоне давлений. Из выражения (1.26)  видно, что быстрота действия вакуумного насоса имеет размерность проводимости, а именно м3-1. Если насос соединен с вакуумной камерой трубопроводом, имеющим проводимость С, то эффективная быстрота откачки вакуумной камеры может быть определена следующим образом.

Поток газа через трубопровод (канал) проводимостью С создает перепад давления, определяемый из выражения (1.17):

(1.27)

где p1 и р2 — давления в камере и на входе в насос соответственно. Поток газа в насосе определяется из соотношения (1.26):

(1.28)

Выражение для эффективной быстроты откачки вакуумной камеры имеет вид

(1.29)

Исключая Q1 р1 и р2, получим

(1.30)

откуда следует, что при постоянной проводимости С и любой быстроте действия вакуумного насоса S0 максимально достижимая эффективная быстрота откачки камеры не превышает С. Откачивающая способность насоса может быть реализована полностью только в том случае, если насос непосредственно подсоединен к вакуумной камере. Если же C=S0, то S = S0/2.


Из уравнения сохранения массы следует, что скорость изменения массы газа, находящегося в вакуумируемом сосуде, равна разности поступающей в сосуд и покидающей его масс газа в единицу времени. При постоянных температуре и составе газа скорость изменения массы пропорциональна потоку газа. Поэтому скорость изменения массы газа определяется выражением

(1.31)

где Qвx и <Звых — входящий и выходящий из сосуда потоки газа соответственно. Если эффективная быстрота откачки сосуда равна S, то выходящий поток равен

(1.32)

Для вакуумной системы постоянного объема выражение (1.31) принимает вид

(1.33)

Предполагая QBX постоянным и интегрируя выражение (1.33), получим

(1.34)

где ро—начальное давление в системе. Следовательно, в процессе откачки давление падает по экспоненциальному закону с постоянной времени, равной V/S, и при t = ? предельно дельно достижимое давление равно

(1.35)


Из уравнения (1.34) видно, что быстрота действия насоса и скорость натекания газа непосредственно влияют на быстроту откачки вакуумной камеры и на предельно достижимый вакуум. Эта зависимость является определяющей в вакуумной технике и имеет важное значение. Для подтверждения этого рассмотрим вакуумную камеру в виде куба с ребром 1 м. Пусть суммарный поток газа, поступающий в камеру из всех источников, равен QBX. Для того чтобы удалить газ из камеры, необходимо подключить к системе откачивающее устройство (насос). Молекулы газа, находящегося в камере, ударяются о ее стенки с частотой

(1.9)

Если бы все молекулы, ударяющиеся о стенку, удерживались ее поверхностью, то такая стенка представляла бы собой идеальное откачивающее устройство.

Согласно уравнению (1.16), удельный поток газа к поверхности Qa равен

 


Подставляя выражение для v, получим

(1.36)

Таким образом, с учетом определения быстроты действия насоса получим, что быстрота откачки единицей площади некой гипотетической поверхности, на которой происходит прилипание всех молекул газа, определяется выражением

(1.37)

Для азота при комнатной температуре получим, что максимальная удельная быстрота откачки единичной площадью поверхности составляет 100 м3с-1.

Для рассматриваемой нами вакуумной камеры объемом 1 м3 можно в качестве идеального насоса принять участок внутренней поверхности площадью 10-2 м2 на одной из граней куба. В этом случае максимальная быстрота откачки равна 1 м3с-1. С учетом полученных результатов и выражения (1.35) можно найти допустимый суммарный поступающий в камеру поток газа QBX в зависимости от требуемого предельного давления в камере. При использовании идеального насоса для вакуумной камеры с низким (техническим) вакуумом допускается общая скорость натекания газа, в 1012 раз более высокая, чем для камеры со сверхвысоким вакуумом. Следует отметить, что создать идеальную поверхность, полностью поглощающую все газы, невозможно.

На практике наиболее эффективным вакуумным насосом можно считать поверхность, охлаждаемую жидким гелием. Однако насос этого типа непригоден для откачки газов с очень низкими температурами конденсации, таких, как Не, Н2 и Ne. У гелиевого крионасоса имеются и другие недостатки, например насыщение откачивающей поверхности сконденсированным газом и др. Конечно, все насосы, используемые на практике, обладают теми или иными недостатками. Например, для каждого типа насосов существует определенная область рабочих давлений. Поэтому очень важен правильный выбор типа насоса или их комбинации для достижения необходимого предельного давления.

 

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   

 

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 136 гостей на сайте

Нов боков адс адаптивный

=
Рейтинг@Mail.ru