Проверочный расчет вакуумной системы в стационарном режиме работы

Задачей проверочного расчета является определение распределения давления в известной вакуумной системе. Проверочный расчет осуществляется для определения характеристик существующих вакуумных систем или уточнения проектировочных расчетов. Исходными данными являются: 1) вакуумная схема; 2) спецификация элементов вакуумной системы и их характеристики (в том числе откачиваемых объектов); 3) спецификации материалов, используемых в вакуумной системе, и их удельные га-зовыделения; 4) минимальный поток Q_TH, регистрируемый течеис-кателем; 5) число проверяемых соединений т; 6) технологическое газовыделение Q_m.

Проверочный расчет можно разделить на несколько этапов, выполняемых в такой последовательности: 1) определение собственного газовыделения; 2) расчет распределения давления; 3) графическая проверка правильности выбора насосов; 4) проверка возможности запуска установки; 5) определение области совместной работы вакуумных насосов; 6) расчет себестоимости откачки.

Собственное газовыделение вакуумной системы складывается из газопроницаемости и диффузионного газовыделения конструкционных материалов Q_a, Ф_л, а также натекания Q_H через оболочку вакуумной системы. Оно определяет предельное давление, которое может быть получено в вакуумной установке.

Газопроницаемость определяют по (9.51) и табл. 9.1, а диффузионное газовыделение — по (9.52) и табл. 9.2.

Для определения возможного натекания в вакуумную систему Q_H воспользуемся формулой (9.53), в которой Кв — вероятность существования течи, меньшей чувствительности течеиска-теля; ее можно выбрать равной 0,2, а число испытаний на герметичность т равно числу разборных и неразборных соединений. Минимальный поток Q™, регистрируемый течеискателем, определяется типом течеискателя (табл. 9.2). При расчете следует определить отдельно собственное газоотделение системы и откачиваемого объекта. Если собственное газовыделение системы составляет не более 20% от тех же значений для откачиваемого объекта, то их можно просуммировать, считая, что весь газ выделяется в откачиваемом объекте. В этом случае расчет распределения давления по длине вакуумной системы будет выполняться с запасом и можно рассматривать более простой случай вакуумной системы с сосредоточенными параметрами.

Общее газовыделение вакуумной системы в стационарном режиме работы складывается из собственного и технологического газовыделения:

Давление во входном сечении вакуумного насоса запишем согласно (9.14): где р_Пр i и Smi — предельное давление и номинальная быстрота откачки соответствующего насоса.

Повышение давления на последующих элементах i-ro участка вакуумной системы можно определить по потоку Q и проводимости k-ro элемента IL:

В местах, где имеются сужения трубопроводов, наблюдаются скачки давления где t7₀/ — проводимость /-го отверстия.

Давления в сечениях между элементами участка вакуумной системы можно рассчитать по формуле

Предельное давление р_Пр_г— может уменьшаться только на ловушке. Второе слагаемое в (9.63) постоянно, а третье только возрастает. На ловушке возможно как увеличение, так и снижение Давления в зависимости от того, какое из слагаемых (9.63) вносит наиболее существенный вклад в изменение давления. Примерный график распределения давления между насосом и откачиваемым объектом показан на рис. 9.27.

Полученные расчетные точки соединены прямыми линиями, что соответствует реальному распределению давлений в молекулярном режиме течения газа. В других режимах такой график можно рассматривать как упрощенный. Для точного описания распределения давления между граничными элементами вакуумной системы в вязкостном режиме нужно воспользоваться формулой (9.10).

Распределение давления удобно строить отдельно для собственного газовыделения установки и общего газовыделения. Первое является характеристикой самой установки, а второе — характеристикой осуществляемого в ней технологического процесса.

Графическая проверка выбора вакуумных насосов позволяет определить их рабочие давления. По графическим характеристикам насосов строятся их эффективные быстроты- откачки. Для первого насоса в откачиваемом объекте, для второго — на выходе первого насоса и т. д. в соответствии с формулами (9.49) и (9.50). Пересечение этих кривых с кривой быстроты натекания S = Q/p определяет рабочие давления всех насосов (рис. 9.28).

Проверка возможности запуска установки осуществляется графически по рис. 9.28. Запуск установки возможен, если при всех давлениях выше рабочего в откачиваемом объекте быстрота натекания меньше, чем эффективная быстрота откачки насосов.

Совместность работ последовательно или параллельно включенных насосов обеспечивается, если давление в их выходных патрубках ниже максимальных выпускных давлений этих насосов.

Методика определения области совместной работы насосов по потокам или рабочим давлениям описана в 9.3. Возможна полная и частичная совместность их работы. В вакуумных системах с устойчивым газовыделением можно ограничиться частичной совместностью работы насосов. В вакуумных системах с переменным газовыделением, например в вакуумной металлургии, необходимо обеспечивать полную совместность работы насосов.

По данным 9.5 можно рассчитать себестоимость работы установки в течение часа С_ч=С5_Эф, а в течение года при двухсменной работе С_г=4000С5_Эф.