1. Тиск у вакуумній камері знизився з 10^-7 торр до 10^-10 торр. Яке числове значення буде мати час утворення на поверхні твердого тіла моношару газу? Яка основна відмінність газу при р=10^-2 торр в порівнняні з р=10-⁷ торр?

Під низьким вакуумом (760÷1 торр) розуміють стан газу, при якому взаємні зіткнення між молекулами переважають зіткнення молекул газу зі стінками вакуумної камери. - при цьому довжина вільного пробігу молекул газу менша за розміри вакуумної камери.

Середній вакуум ( торр) -

Високий вакуум ( торр) - це стан газу, при якому зіткнення молекул газу зі стінками переважають над взаємними зіткненнями між молекулами газу.

Надвисокий вакуум – область високого вакууму для якої частка поверхні укрита адсорбованим газом не перевищує заданої величини . Умова існування нв вакууму , , де – ступінь покриття поверхні молекулами газу (відношення к-ті молекул адсорбованих на од поверхні до к-ті молекул, що утв моно шар на од поверхні).

Для надвисокого вакууму торр час утворення моно шару за ф-лою сек, що узгоджується з умовою .

2. Виходячи з визначення пропускної здатності вакуумпровода “U” довести, що вона виміпюється в [м³/с] або[л/с]. Пояснити фізичну сутність залежності U=f(p)

За визначенням пропускна здатність U – к-ть газу, що протікає через ел-т за од часу. З формул що даються в методичці (1)

З умови неперервності (2)

З (1) (3)

З (3) випливає, що за розмірністю U співпадає з , яке за визначенням являється .

Залежність U(p) має вигляд

Формула, що характеризує вв

СВ – проміжна ділянка

У ВВ спостерігається молекулярний режим , де взаємодія між молекулами газу мала, у НВ – вязкісний режим.

3. В скільки разів зміниться пропускна зданість вакуумпроводу у випадку низького та високого вакууму, якщо діаметр вакуумпроводу збільшити вдвічі при однакових інших умовах? Пояснити залежність пропускної здатності вакуумпроводу від тиску газу при високому вакуумі.

Залежність пропускної здатності від діаметру для двох випадків

Отже при ВВ збільшиться в 8 разів, а при НВ в 16.

4. Якою буде швидкість відкачки реціпієнту, якщо швидкість відкачки насоса та пропускна здатність однакові? Обгрунтувати відповідь.

За умови отримаємо, що . Якщо , то ; при одержимо, що

5. Яким буде граничний тиск в поршньовому насосі, якщо ступінь стискання підняти з 500 до 1000?

Граничний тиск поршньового насоса визначається як , де - паразитний об’єм, - об’єм циліндра насоса (ефективний об’єм камери насоса), а відношення - це ступінь стискання. Отже якшо збільшити ступінь стискання вдвоє, то граничний тиск зменшиться вдвоє

6. Основні причини, завдяки яким неможливо досягти надвисокого вакууму за допомогою поршньового насоса?

Геометрична швидкість об'ємного відкачування дорівнює добутку робочого об'єму камери на частоту циклів відкачки n: Опір вхідного патрубка зменшує швидкість відкачки. Згідно з основним рівнянням вакуумної техніки максимальна швидкість дії насоса . де U - провідність вхідного патрубка насоса. Реальна швидкість відкачування виявляється ще меншою через

існування зворотного потоку газу в насосі. Зворотний потік з'являється внаслідок перетікання газу та наявності паразитного простору в насосі, а у високому вакуумі можлива також дифузія парів робочої рідини з насоса у відкачуваний об'єкт. Продуктивність відкачування при молекулярному режимі протікання газу дорівнює різниці прямого Qпp та зворотного Qзв потоків: де ;

7. Принцип газового балласта

В ращательные механические насосы непригодны для эффективной откачки объемов, содержащих значительные количества конденсирующихся паров, так как последние не подчиняются закону Бойля-Мариотта. При сжатии давление пара остается постоянным, а его излишек переходит в жидкую фазу и, смешиваясь с маслом, образует эмульсию. Поэтому через выхлопной клапан насоса выбрасывается увлажненный сжатый воздух, а основная масса пара, попавшего в насос, остается в сконденсированном состоянии в виде масло-жидкостной эмульсии или растворяется в масле, что приводит к быстрому ухудшению предельного давления насоса. Были предложены различные методы устранения этого недостатка, например, нагревание масла, центрифугирование. Наиболее удобной оказалась продувка газа с использованием газобалластного устройства, которое устанавливается в корпусе насоса и может быть по необходимости открыто или закрыто. В таких насосах пары не конденсируются вследствие того, что в определенный момент рабочего цикла в камеру насоса подается атмосферный воздух, и степень сжатия газопаровой смеси значительно снижается. Рассмотрим для примера работу газобалластного пластинчато-роторного насоса (рис. 9). Для впуска балластного газа используется добавочное отверстие D, находящееся перед выхлопным клапаном. Когда пластина проходит отверстие D, в область переноса впрыскивается некоторое количество воздуха при атмосферном давлении. При этом выхлопной клапан откроется до того, как произойдет конденсация паров. В вакуумных насосах с продувкой степень сжатия за счет газового балласта снижается до 10 (вместо 103), поэтому такие, насосы в состоянии откачивать пары воды при парциальных давлениях до нескольких десятков миллиметров ртутного столба. Влияние газового балласта на быстроту действия и предельный вакуум насоса показано на рис. 10, из которого видно, что предельный вакуум с продувкой (кривая 2) хуже, а скорость от качки со стороны низких давлений меньше, чем для обыкновенного насоса (кривая 1). Однако, если предельное давление, получаемое с помощью балластного устройства, уже достигнуто, это значит, что основная масса конденсирующихся паров из откачиваемой системы удалена. Поэтому доступ балластного газа следует перекрыть, после чего может быть получен более высокий предельный вакуум.

8. Що в механічних вакуумних насосах змінилося б на краще, якби випускний клапан відкривався б при ступені стискання не 1000, а всього, наприклад, 100? Пояснити детально.

При падіння ступеню стискання (наприклад через збільшення паразитного об’єму в механічних насосах) відбувається ефект газового баласту, тобто раніше відкривається вихідний клапан, що збільшує граничний тиск, але запобігає конденсації пари (якщо така відкачується)

9. До яких наслідків в водоструминному насосі призведе підвищення температури води? Який вигляд має залежність швидкості відкачки дифузійного насоса від температури робочої рідини? Обгрунтувати цю залежність.

З одного боку, при підвищенні температури води, швидкість її течії теж буде зростати, а створюваний нею тиск буде зменшуватись, що призведе до того, що стиснений газ буде краще прямувати в цю область. Але крім того, в’язкість води буде зменшуватись з підвищенням Т і вода більше буде випаровуватись в робочий об’єм насоса і якщо не вживати заходів для видалення водяної пари з відкачуваного об’єму, то граничний тиск буде визначатися пружністю водяної пари за заданої температури (зросте при підвищенні)

Ф-ла швидкості відкачки для дифузійного молекулярного насосу

, де - сер шв теплового руху молекул відкачуваного газу, – швидкість молекул робочої рідини. Для випадку коли -> . Використовуючи ф-лу для швидкості молекул отримуємо