Ионно-плазменная технологическая установка для нанесения защитно декоративного покрытия на изделия широкого потребления, страница 39

Выбор вакуумной схемы во многом связан с характером технологического процесса, который осуществляется в вакууме. В нашем случае выберем схему с турбомолекулярным и механическими средствами откачки (рис.2.1) [5].

Высокий вакуум в вакуумной камере (1) создается турбомолекулярным  насосом (2).

Термопарная лампа (4) и ионизационная лампа (5), установленные на вакуумной камере, осуществляют текущие измерения вакуума, а при отключенной вакуумной системе позволяют замерить скорость натекания и газовыделения в откачиваемом объекте. Клапан (11) предназначен для напуска атмосферного воздуха в откачиваемую камеру при смене обрабатываемых изделий [5].

Для выравнивания концентрации газа между вакуумной камерой и турбомолекулярным насосом применяется клапан-бабочка (12) с плавно изменяющимся регулируемым проходным сечением.

Понижение давления в откачиваемом объекте от 760 до  торр производится механическим насосом (3) через клапаны (6) и (9) [5].

Получение давления, необходимого для запуска и периодического обезгаживания турбомолекурного насоса, производится механическим насосом (3).

Через клапан (10) при выключенном механическом насосе напуском воздуха выравнивается давление на всасывающем и выхлопном патрубках механического насоса. [5]

Клапан (9) питается от того же источника, что и механический насос, и в случае остановки насоса автоматически закрывается, предотвращая прорыв атмосферы в вакуумную камеру через механический насос [5].

Для гибкого соединения трубопроводов (15) применяются сильфоны (13) и (14) [6].

2.4.5 Определение конструктивных размеров элементов вакуумной системы

2.4.5.1 Участок вакуумной системы между высоковакуумным насосом и откачиваемым объектом

Рисунок 2.2 Расчетная схема для участка между камерой и турбомолекулярным насосом.

Общая проводимость участка вакуумной системы от высоковакуумного насоса производительностью  л/с до откачиваемого объекта описывается зависимостью [5]:

,                                            (2.27)

.

Зададимся ориентировочными соотношениями между проводимостями отдельных участков[5]: U=U₂=U₃=U₄, U₁=U₅ =¥. Для ряда последовательно соединенных элементов получим общую проводимость:

       ,                                      (2.28)

,

.

Из конструктивных соображений назначим длины трубопроводов:

L₂=64 см, L₄=10см.

Закономерности протекания многих физических процессов в вакууме зависит от соотношения числа взаимных столкновений молекул и числа столкновений молекул со стенками объема. Число соударений z молекул обратно пропорционально средней длине свободного пробега:

.                                                             (2.29)

Среднее число соударений со стенками объема одной молекулы:

,                                                          (2.30)

где: F_K – площадь поверхности стенок объема; V_K – объем элемента;

V_a – средняя арифметическая скорость; d – характерный размер элемента. Для трубопровода диаметра D, d=D.

Отношение  называется критерием Кнудсена:

.                                                      (2.31)

Соотношение  положено в основу определения режимов течения.[2] Расчет λ при различных Р выполняется по выражению:

,                                                        (2.32)

где: λ¹ – средняя длина свободного пробега при единичном давлении (для аргона при Т=298 К и Р=133 Па λ¹ =700·10^-5 м·Па).

,

Критерий Кнудсена 0,001<K_n<1,5; что соответствует молекулярно-вязкостному режиму течения газа.

Из конструктивных соображений назначим длины и диаметры трубопроводов:

L₂ = 64 см, L₄= 10 см,

d₂=d₄=d_ВХ= 25 см..

При молекулярно-вязкостном режиме течения газа проводимость трубопроводов может рассчитываться по полуэмпирической формуле, предложенной Кнудсеном [2]: