- •Основные элементы вакуумной системы:
- •1.Проектный расчёт
- •2.Поверочный расчёт расчет форвакуумной (байпасной) системы откачки
- •Расчет высоковакуумной системы откачки
- •Расчет откачки вакуумной камеры высоковакуумным насосом
- •1.1 Определяем границы режимов течения газов
- •Принцип действия вакуумной системы
- •Список использованной литературы
Данные варианта:
Система откачки: маслянная;
Объем камеры: V=100 л;
Материал подложек: стекло К8 Н10Т;
Количество деталей : 32;
Рабочее давление: Р=6*10-4 Па;
Величина газового потока: Q∑’=2,7510-5м3*Па/c;
Время достижения заданного давления: t=3600c.
Основные элементы вакуумной системы:
№ |
Название элемента |
Его основные параметры |
1 |
Вакуумная камера |
V=100 л; L1=320 мм; D1=160 мм |
2 |
Патрубок |
L2=320 мм; D2=160 мм |
3 |
Колено |
L3=140 мм; D3=160 мм |
4 |
Затвор |
Модель VGA 160 L4=60 мм D4= 160 мм U4= 7 м3/c |
5 |
Переходник |
320x160; L5=102 мм |
7 |
Азотная ловушка |
Модель 316-10 L7=295 мм D7=320 мм U7=4,2 м3/c |
8 |
Переходник |
500х320; L8=102 мм |
9 |
Диф. насос |
Модель HS – 16 L9=1092 мм D9’=500 мм D9”=100 мм Быстрота дейст. в раб. диапазоне давлений: 10 м3/c |
10 |
Вакуумный шланг |
L10=508 мм; D10=100 мм |
11 |
Форбалон |
V11= 20 л D11= 100мм |
12 |
Вакуумный шланг |
L12=508 мм D12=100мм |
13 |
Клапан |
Клапан ЕМВ 100 D13=100 мм L13=260мм U13= 0,015 м3/c |
14 |
Вакуумный шланг |
L14=508 мм D14=100 мм |
15 |
Клапан |
Клапан ЕМВ 100 D15=100 мм U15=0,015 м3/c |
16 |
Тройник |
L16’=108, мм L16 = 216 мм D16=100 мм |
17 |
Водоохл. ловушка |
L17=229 мм D17=100 мм U17=330 м3/c |
18 |
Механический насос |
Модель VTC-112 D18=100 мм Быстрота действия: 0,05 м3/c Предельное ост. давление насоса: 0,0266 Па |
1.Проектный расчёт
Исходя из заданного рабочего давления P, потока газа Q∑’ и объема камеры V определяем типы насосов, которые обеспечивают окончательную откачку рабочего объема.
Выбираем конкретный типоразмер насоса из расчета, определяя его быстроту действия.
Q∑’ =2.7510-5 [м3*Па/c]
Р=6*10-4 [Па]
, где
Sн – быстрота действия насоса;
S0 – эффективная быстрота откачки камеры;
–коэффициент использования насоса.
= 0.0458 [м3/c]
= 2 (для молекулярных и диффузионных насосов)
= 2*0.0458 = 0.0916[м3/c] = 91.6 [л/c]
Производим выбор форвакуумного насоса по быстроте откачки высоковакуумного насоса.
Марка дуффузионного насоса: HS-16
Требуемая быстрота действия предварительного насоса: 0,038 [м3/c]
Для создания предварительного вакуума выбираем механический насос
марки: VTC-112
Быстрота действия насоса: 0,05[м3/c]
В диапазоне давлений: 105–1000 [Па]
Предельное остаточное давление насоса:0,026[Па]
Фланец входного патрубка,
номинальный диаметр: 100 [мм]
Рассчитываем время предварительной откачки системы без учёта натекания системы.
Для насоса VTC-112:
[м3/c] = 25 [л/c]
6.072[c]
Для насоса HS-16:
[м3/c] = 5000 [л/c]
[c]
[c]
2.Поверочный расчёт расчет форвакуумной (байпасной) системы откачки
Определяем границы режимов течения газа в форвакуумной системе
Турбулентно-вязкостный режим
, где D – наименьший диаметр вакуумного трубопровода в системе от 105 Па до pтурб.
D=100мм=0,1 м
ртруб==13.3Па
Следовательно, турбулентный режим будет при давлении 105 –13.3Па
1.2. Вязкостный и молекулярно – вязкостный режим
- коэффициент Кнудсена
- вязкостный режим
(от ртурб до рв)
РВ==4.7 Па
Следовательно, вязкостный режим будет при давлении 13.3 – 4.7 Па
Молекулярно-вязкостный и молекулярный режим
молекулярно – вязкостный режим (от рв до рмв)
рМ∙В==0,14 Па
Следовательно, молекулярно-вязкостный режим будет при давлении
4.7 – 0.14 Па
2. Рассчитаем длительность откачки при турбулентном режиме течении газов (от атмосферного давления до 13,3 Па)
При этом Sн=const для механического насоса, а проводимость трубопровода гораздо больше быстроты действия насоса, и газовыделения в системе не учитываются:
Sн=0,05 м3/с Q′Σ=0
2.1. Рассчитаем откачиваемый объем форвакуумной (байпасной) системы
V′Σ= V1 + V2 + V3 + V11 + V14 + V15 + V16 + V17 [м3] , где
V1 – объем вакуумной камеры V1=100л=0,1м3;
V2 – объем патрубка
V2=3,14∙0,082∙0,32= 0,0064 м3
V3 – объем колена V3=V3’+V’3=π(L3+R3)∙R32+π(L3-2R3)∙R23=π
V3=3,14∙0,082∙2∙0,14= 0,0056м3
V11– объем форбалона V11=π
V11=0,0039 м3
V14– объем шланга V14=π
V14=0,0039 м3
V15 – объем клапана V15=π
V15=0,816 м3
V16 – объем тройника
V16=V16’+V’16=πL16R162 +π(L16’-R16)∙R216=π L16+ L16’- )
V16=0.0021м3
V17 – объем водоохлаждаемой ловушки V17=π
V17=0,0237 м3
Суммарный объем:
V′Σ= V1 + V2 + V3 + V11 + V14 + V15 + V16 + V17 =0.9616 [м3]
Определяем длительность откачки
, где
n – показатель политропы (P.S. Политропным процессом называется термодинамический процесс, в котором удельная теплоемкость с газа постоянна. Величина называется показателем политропы)
Так как Q′Σ=0, то , где
n=1,2 (для воздуха) pнач=105 Па, p=pтурб
t1=c мин
3. Рассчитаем длительность откачки форвакуумной (байпасной) системы в вязкостном режиме течения газов (от13,3 до 4,7 Па)
Определяем среднее давление в системе
, где
==15,65 [Па]
Определяем проводимость элементов форвакуумной (байпасной) системы в вязкостном режиме
Проводимость патрубка (поз.2), и вакуумного шланга (поз.14) рассчитываем по формулам:
; U14B=1360∙
U2B=1360∙= 43,59 [м3/c]
U14B=1360∙= 4,19 [м3/c]
Проводимость клапана (поз.15) и водоохлаждаемой ловушки (поз.17) берём из каталога [1]:
U15B=0,015 [м3/c]
U17B= 330 [м3/c]
Проводимость колена (поз.3) и тройника (поз.16) рассчитываем по формулам:
; U16B=1360∙
L16расч=А+А+1,33∙D16
L3расч=2∙ L3+1,33∙D3=2∙0,14+1,33∙0,16=0,4928 м
U3B=1360∙= 28,30 [м3/c]
L16расч= L16’+1,33∙D16=0,108+1,33∙0,1 = 0,241 м
U16B=1360∙=8,83 [м3/c]
Находим общую проводимость для вязкостного режима:
=414,925 [м3/c]
Рассчитаем эффективную быстроту откачки камеры через форвакуумную (байпасную) систему механическим насосом
[м3/c] ;
S0==0,0499 [м3/c]
Рассчитаем длительность откачки форвакуумной системы в вязкостном режиме (Q′Σ=0– газовыделение не учитывается)
, где pнач=pтурб; p=pв
t2== 20,0452c
4. Рассчитаем длительность откачки форвакуумной (байпасной) системы в молекулярно – вязкостном режиме течения газов (от 4,7 до 0,14 Па)
Определяем среднее давление в системе
, где p1=pВ; p2=pМ-В
== 2,42 [Па]
Определяем проводимость элементов форвакуумной байпасной системы в молекулярно – вязкостном режиме
, где
Z – эмпирический коэффициент для воздуха при Т=293К
, где D – диаметр трубопровода, [м]
- среднее давление в трубопроводе, [Па]
Проводимость патрубка (поз.2) и вакуумного шланга (поз.14) в молекулярном режиме течения газов рассчитываем по формулам:
; U14М=, где
К – коэффициент Клаузинга, представляющий собой вероятность
прохождения молекул газа от входного сечения рассматриваемого элемента трубопровода до выходного. (Приложение 4)
Т.к. L2/D2 = 0,32/0,16= 2, следовательно, из таблицы K=0,36
U2М= =0,557 [м3/c]
Z==0,8113
U2МB= 43,59 +0,557∙0,8113=44,041 [м3/c]
U14МВ=U14B+U14M∙Z
U14М=∙K
Т.к. L14/D14 = 0,508/0,1=5,08 , следовательно, из таблицы K=0,20
U14М=∙0,2= 0,04763[м3/c]
U14МВ=U14B+U14M∙Z
Z==0,8766
U14МВ=4,19 +0,04763∙0,8766= 4,2317 [м3/c]
Проводимость колена (поз.3) и тройника (поз.16) рассчитываем по формулам:
; U16М=∙K
Т.к. L3расч/D3 = 0,4928/0,16=3,08, следовательно, из таблицы K=0,28
U3М=∙0,28= 0,2816 [м3/c]
Z==0,811
U3МВ= 28,3+0,2816∙0,811= 28,528 [м3/c]
U16МВ=U16B+U16M∙Z
U16М=∙K
Т.к. L16расч/D16 = 0,241/0,1=2,41 , следовательно, из таблицы K=0,32
U16М=∙0,32= 0, 1606 [м3/c]
U16МВ=U16B+U16M∙Z
Z==0,5111
U16МВ= 8,83 +0,1606∙0,5111=8,912 [м3/c]
Проводимость клапана (поз.15) и водоохлаждаемой ловушки (поз.17) берём из каталога [1]:
U15MB= 0,015 [м3/c]
U17MB= 330 [м3/c]
Определяем общую проводимость для молекулярно-вязкостного режима:
=415,7277 [м3/c]
4.3. Рассчитаем эффективную быстроту откачки камеры через форвакуумную( байпасную) систему, при этом учитывая изменение быстроты действия насоса Sн при давлении (по кривой откачки) -S′н
=2,42 [Па]
Sн’=0,049[м3/c]
S0= [м3/c]
S0= =0,00489[м3/c]
4.4. Рассчитаем длительность откачки форвакуумной байпасной системы откачки в молекулярно – вязкостном режиме течения газов с учетом газовыделения
Q∑’ = 2,7510-5 [м3*Па/c]
, где ;
[c]
Суммарная длительность откачки вакуумной камеры через форвакуумную байпасную систему составит
=t1+t2+t3=142,46+20,04+69,16= 231,663,861 мин
=3,861 мин