Определение параметров и рабочих характеристик вакуумной установки для очистки поверхности лопаток потоком ионов, создаваемых плазменно-ионным ускорителем, страница 4

·  Диаметр впускного/выпускного патрубка: 63/40 мм;

·  Мощность двигателя: 2.8кВт;

·  Вес насоса: 290 кг.

4. Определение конструктивных размеров элементов вакуумной системы

4.1. Расчет первого участка вакуумной системы

Участок вакуумной системы между высоковакуумным насосом и откачиваемым объектом (первый участок):

Рисунок 4.1 – Схема первого участка вакуумной системы (от вакуумной камеры (ВК) до высоковакуумного агрегата (ВА-8-4))

Общая проводимость участка вакуумной системы от высоковакуумного насоса производительностью  л/с до откачиваемого объекта описывается зависимостью:

;                                                   (4.1)

 л/с.                                       (4.2)

Определяем предварительные соотношения между проводимостями отдельных участков: U₁, U₂ ; проводимость насоса равна бесконечности . Для последовательно соединенных элементов общая проводимость определяется как:

                                                                (4.3)

                                                           (4.4)

Для предварительного расчета примем .

Определим диаметр трубопровода, задаваясь длиной  конструктивно из удобства расположения элементов вакуумной системы на каркасе установки. Выбираем конструктивно длины l₂=20 см.

Определяем режим течения газа по трубопроводу по предельному давлению вакуумной камеры  и диаметру входного патрубка насоса d_вх=50 см. Отношение длины свободного пути пробега молекул газа при температуре Т=293 К, определяемое как = см, к диаметру входного патрубка насоса равно .

Данное отношение больше, чем 1,5, что соответствует молекулярному режиму течения.

Для молекулярного режима течения определяется диаметр трубопровода следующей зависимостью:

                                                         (4.5)

                                      (4.6)

Конструктивно, исходя из выбранного турбомолекулярного насоса, принимается d₂=d_вх=50см, тогда проводимость при входе в насос равна бесконечности.

Определяем проводимость на 2-ом участке из решения уравнения с поправкой на диаметр трубопровода:

                                                        (4.7)

                                           (4.8)

Проводимость на входе в вакуумную камеру, характерный размер которой =89 см, определяется следующей зависимостью:

                                                 (4.9)

                                        (4.10)

Определяем общую проводимость системы от откачиваемого объекта до вакуумного насоса по формуле (4.4):

                  (4.11)

Коэффициент использования вакуумного насоса равен:

                                                (4.12)

                                    (4.13)

Из полученного результата видно, что заданное условие  выполнено и первый участок системы рассчитан правильно.

Рассчитываем распределение давления по длине трубопровода. Эффективная быстрота откачки выражается соотношением:

                                               (4.14)

                                   (4.15)

Давление в откачиваемом объекте определяется уравнением:

                                                 (4.16)

                                  (4.17)

Определим давление в конце первого участка:

                                                         (4.18)

где:

(4.19)

Проводимость трубопровода от ВК до агрегата:

(4.20)

Эффективная быстрота откачки определяется выражением:

(4.21)

Тогда давление в первом сечении:

(4.22)

Давление в начале второго участка равно давлению на конце первого участка .

Таблица 4.1 – Распределение давления по длине трубопровода на первом участке системы