Определение параметров и рабочих характеристик вакуумной установки для очистки поверхности лопаток потоком ионов, создаваемых плазменно-ионным ускорителем, страница 2

Вакуумная система предназначена для проведения технологической очистки поверхности лопаток при давлении 10^-2 Па. Включает в себя вакуумную камеру, измерительную аппаратуру, диффузионный и форвакуумный насосы, соединенные трубопроводами и переходными сильфонами. Схема проектируемой вакуумной системы приведена на чертеже ХАИ.450.11.ВКТ.04.СГ.01 (А3).

Предварительная откачка ВК (1), до давления запуска агрегата ВА-8-4 – 1,5^.10^-2 торр, осуществляется с помощью форвакуумного насоса ВН-1МГ (13), при этом клапана (8, 12) закрыты и откачка происходит через открытый клапан (5). Когда давление в камере падает ниже 1,5^.10^-2 торр, включается диффузионный насос (10), клапан (5) закрывается, а клапана (8, 12) открываются. Давление контролируется датчиками высокого и низкого вакуума (2, 3). Для поглощения вибраций в системе установлены компенсаторы (11, 15). Для напуска воздуха в систему после завершения работы используется клапан напуска (4).

ВК представляет собой стальную (Х18Н10Т) цилиндрическую емкость, горизонтально расположенную и закрепленную на металлической раме.

Размеры ВК выбираются с учетом геометрии и размеров внутрикамерной оснастки.

Исходя из поставленной задачи выбираем размеры камеры: длина ВК l_вк=19400 мм, диаметр ВК d_вк =810 мм. Т. о., объем ВК 1.2 м³ =1200 л.

Для визуального наблюдения процессов в камере предусмотрено три смотровых окон диаметром 360 мм. Подача электроэнергии в камеру осуществляется при помощи вакуумных вводов.

Толщина стенки камеры – 20 мм (стандартный прокат), крышек – 20 мм.

Для уплотнения используем резину 7889. Это белая резина – обычная немаслостойкая, эластичная. Диапазон рабочих температур колеблется от -10 до +90 ⁰С.

2.2. Определение суммарного газонатекания

Для расчета вакуумной системы в данной работе используется методика, изложенная в [5].

Газовый поток, откачиваемый насосом во время установившегося режима работы вакуумной системы, определяется так:

Q_Σ = Q_с + Q_т + Q_pv,                                      (2.1)

где Q_С – суммарное газовыделение и натекание в вакуумную установку, Q_С = Q_Г + Q_Н;

Q_Г – газовыделение из конструкционных материалов;

Q_Н – натекание через оболочку вакуумной камеры;

Q_Т – технологическое газовыделение;

Q_PV – поток газа, находившегося в вакуумной камере до начала процесса откачки.

Для приближенного определения суммарного газоотделения в вакуумной камере можно воспользоваться удельным газоотделением материалов и Qг определить как:

,                       (2.2)

где     q₁ ,..., q_n – удельное газовыделение материалов, прошедших различную технологическую обработку или работающих при различных температурах;

S₁ ,..., S_n – площади поверхностей соответствующих материалов, обращенные в вакуум;

n – число материалов.

Суммарная площадь поверхности вакуумной камеры:

,                         (2.3)

Суммарная площадь поверхности смотрового окна:

.                                 (2.4)

где  – радиус окна ;

Суммарная площадь поверхности уплотнительной резины:

,                         (2.5)

где толщина уплотнителя, .

.              (2.6)

Коэффициенты удельного газовыделения и газопроницаемости материалов [5, с. 5-12]:

1.  Стенки камеры из стали Х18Н10Т: газовыделение q_{вк.выдел.} =              = 6·10^-9 (л·торр/(см²·с)), газопроницаемость стали не учитываем из-за ее малости.

2.  Окна из кварцевого стекла: газопроницаемостью и газовыделением материала пренебрегаем из-за малости этих величин.

3.  Уплотнение из резины 7889: Газовыделение и газопроницаемость материала q_{рез.выдел.}=4·10^-8 л·торр·мм/(см²·с) и q_рез.пр.=8·10^-7 л·торр·мм/(см²·с·атм) соответственно. При расчете учитываем резиновые уплотнения существенного размера, т.е. уплотнения на крышке камеры и фланцах смотрового окна.

После преобразований формула (2.2) примет вид:

,                                  (2.7)

где  – перепад давлений;

.      (2.8)

Технологическое газовыделение связано с особенностями функционирования ПИУ, для которого задан массовый расход рабочего вещества, который равен ṁ=8.5·10^-7  кг/с. Из уравнения состояния идеального газа Менделеева - Клапейрона выразим объемный расход:

 ,                                              (2.9)