7.Расчёт времени откачки

Расчёт времени откачки рабочей камеры производится по формуле

, где

Р₁ – начальное давление для данного режима;

Р₂ – конечное давление для данного режима;

Р^'_н – предельное давление насоса;

S_o – быстрота откачки для данного режима;

V – объём камеры

Предварительная откачка

Вязкостный режим:

Р₁=10⁵ Па;

Р₂=48 Па;

Р^’_н=1.3 Па;

S_ов=0.00348 м³/с;

Время откачки:

Молекулярно-вязкостный режим

Р₁=48 Па;

Р₂=5Па;

Р^’_н=1.3 Па;

S_омв=0.00348 м³/с;

Время откачки:

Окончательная откачка

Молекулярно-вязкостный режим

Р₁=5 Па;

Р₂=0.11 Па;

Р^’_н=10^-9 Па;

S_омв=0,0172 м³/с;

Время откачки:

Молекулярный режим

Р₁=0.11 Па;

Р₂=5·10^-5 Па;

Р^’_н=10^-9 Па;

S_ом=0,0179 м³/с;

Время откачки:

Суммарное время откачки рабочей камеры:

t_Σ=t_б.в+t_б.мв+t_в.мв+t_в.м =110.1+36.8+11.1+32.34 = 190.34 сек = 3 мин 10 сек.

8. Расчет времени откачки с учётом сорбции-десорбции газа

Исходный данные:

d=0.4 м;

h=0.4 м;

V=0.05 м³;

p=5·10^-5 Па;

S₀=0.0179 м³/с.

Примем коэффициент прилипания α=0.5

Геометрическая площадь откачиваемой камеры: А=0.75 м³

Предположим, что истинная поверхность камеры римерно в 5 раз больше:

А_И=3.9 м³

Допустим, для водорода примем:

N_1пов=1.52·10^-19м²

Q_1пов=6.14·10^-2м³Па/м³

М_H2=2.016

m_H2=0.3347·10^-26 кг

Коэффициент заполнения поверхности Q₀=1

Энергия адсорбции для системы Н₂-Fe равна Е_ад=134 кДж/моль

Проведем расчёт длительности откачки для p=5·10^-5 Па.

Время молекулы водорода в адсорбированном сосотянии:

Объем газа, падающий на единицу площади поверхности:

м³/м²с

Уравнение, выражающее зависимость P(t):

S₁ = - S₀/(t_s(S₀+αV₁A+V/t_s)) - V S₀²/(t_s²(S₀+αV₁A+V/t_s)³) = 0.0179/(2.42(0.0179+0.5·586·0.78+0.05/2.42) – 0.05·0.0179²/(2.42+0.5·586·0.78+0.05/2.42)³=3.24·10^-5c^-1

S₂ = (S₀ +αV₁A+V/tS)/V = (0.0179+0.5·586·0.78 + 0.05/2.42) = 0.0000457

С₁ = (-S₀P_нач/V - P_нач αV₁A/V+ Qb P_нач/Vt_s- P_начS₂) ·(1/(S₁-S₂))=(-0.0179·0.00173/0.05 – 0.5·586·0.78·0.00173/0.05 + 0.0614·10·586/(0.05·2.42) – 0.00173·4571.57)/(0.0000324 – 0.0000457 = 0.647

C₂ = p_нач – С₁ = 0.648

P=0.647 e^{0.000324 t} - 0.648 e^{0.000457 t}

9.Расчёт камеры и выбор некоторых её элементов

Проверочный расчёт толщины стенок рабочей камеры на прочность

Расчет вакуумных камер на прочность является проверочным и сводится к определению допускаемого наружного давления, которое стенка способна выдержать при заданной предполагаемой толщине. Расчет проводится по теории тонкостенных оболочек, т. е. таких оболочек, у которых толщина стенки s является малой величиной по сравнению с радиусом кривизны.

При конструировании камер предпочтение отдают осесимметричным конструкциям, поверхности которых образованы телами вращения.

В вакуумной системе УЭЛ оболочка является цилиндром диаметром d=400мм=0.4м. Толщину стенки, согласно рекомендациям, выберем из стандартного ряда.

Толщина стенки s=5 мм.

Допускаемое наружное давление:

- [p]_p – допускаемое давление из условия прочности, Па,

- [p]_E – допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости, Па.

Для цилиндрической оболочки

где [σ]= σ_т/5, σ_т=200 МПа=2∙10⁸ Па – предел текучести стали 12Х18Н10Т, а 5 в данном случае – коэффициент запаса. [σ]= 2∙10⁸/5=4∙10⁷ Па;

D_В – внутренний диаметр обечайки (D_В=d=0,4 м),

с – сумма прибавок к расчётной толщине для компенсации коррозии, эрозии, минусового допуска на изготовление, с=0.001 м, тогда

Допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости:

,

- E=2∙10¹¹ Па – модуль упругости стали;

- n_У – коэффициент запаса устойчивости по нижним критическим напряжениям в пределах упругости, для рабочих условий n_У=2.4;

– безразмерный коэффициент;

l – рассчётная длина обечайки, l=0.4 м.

Тогда

Па

Откуда находим допускаемое наружное давление

Па.

Видно, что при данной толщине стенки допускаемое наружное давление может превышать атмосферное в 12 раз, следовательно, камера проходит по прочности и устойчивости.