Определение параметров и рабочих характеристик вакуумной установки для очистки поверхности лопаток потоком ионов, создаваемых плазменно-ионным ускорителем, страница 3

Продифференцируем (2.9) по времени исходя из постоянства температуры и давления, получим следующее выражение:

 .                                              (2.10)

После преобразования получаем:

  ,                                            (2.11)

где соответственно – объемный расход рабочего тела, ṁ – массовый расход рабочего тела, P_рк – давление газа в разрядной камере, k – постоянная Стефана - Больцмана, m_a – масса атома (аргона), T – температура анода.

Температуру определим исходя из энергии ионов. Температуру ионов на выходе из ПИУ можно принять равной 300 К.

Давление газа в разрядной камере определим следующим образом:

,                                                    (2.12)

Массовый расход равен:

,                                              (2.13)

где соответственно n – концентрация атомов в разрядной камере, S – площадь сечения разрядной камеры, V_г – скорость течения газа через анод-газораспределитель.

Площадь сечения разрядной камеры:

,                                                (2.14)

.                              (2.15)

где R – средний радиус РК равен 75 мм, b – ширина канала равен 45 мм.

Скорость течения газа через анод-газораспределитель равен:

,                                                      (2.16)

,                                                 (2.17)

В таком случае, давление в разрядной камере имеет следующую зависимость от расхода:

,                                               (2.18)

где  m_a = 39.948·1,67·10^-27 кг,

k = 1,38·10^-23 Дж/К,

T = 300 К.

.                        (2.19)

Подставляем все в (2.11):

.      (2.20)

Определим технологическое газонатекание:

,                                                (2.21)

  .                       (2.22)

Газ, находящийся в вакуумной камере, в процессе откачки представляет собой поток газа Q_pv, который описывается уравнением:

      .                                                (2.23)

Для времени откачки 1 час t=3600 с, и объема камеры V_ВК = 1,2 м³ = =1200 л, при рабочем давлении Р_раб = 10^-2 Па = 10^-4 торр, получаем:

                               (2.24)

Подставляем все в (2.1) и определим суммарное газонатекание:

.                 (2.25)

3. Выбор насосов

3.1. Выбор высоковакуумного насоса

Выбираем вакуумные насосы исходя из условий установившегося режима откачки при заданном газовом потоке и рабочем давлении. Определим необходимую быстроту откачки высоковакуумного насоса при К_и=0,5:

;                                            (3.1)

                                      (3.2)

Главное отличие технологической установки от испытательной или экспериментальной состоит в том, что она должна работать долгое время без очистки внутренней поверхности камеры, для уменьшения себестоимости процесса. Во время процессов, происходящих в камере при нанесении покрытий, на стенки камеры осаждаются всевозможные по составу и природе вещества. В основном это пористые образования, очень интенсивно поглощающие газы и пары, содержащиеся в атмосфере во время загрузки и разгрузки камеры. Применять шлюзовые камеры при данных размерах установок нецелесообразно по причине значительного увеличения габаритов установки, увеличения числа составляющих ее агрегатов, увеличения цены установки и применения ряда дополнительных средств откачки. Так как отложения на стенках камеры могут поглощать газы и пары, а при откачке увеличивать газовый поток очень значительно, зачастую по законам не подающимся аналитическому описанию, для обеспечения допустимого режима, времени откачки и заданного вакуума будем применять агрегат ВА-8-4, который имеет следующие характеристики [1]:

·  Производительность (быстрота откачки): 2500 л/сек;

·  Предельное давление не более 10^-7 торр;

·  Масса насоса: 500 кг;

·  Диаметр впускного/выпускного патрубка: 500/85 мм;

·  Рекомендуемый форвакуумный насос: ВН-1МГ.

3.2. Выбор форвакуумного насоса

Необходимый для нормальной работы высоковакуумного насоса, насос ВН-1МГ имеет следующие характеристики [1]:

·  Производительность насоса: 18.3 л/с (при 50 Гц);

·  Предельный вакуум обеспечиваемый насосом: 5.5·10^-2 торр (50 Гц);