Визначення швидкост відкачки вакуумних насосів

 

Мета роботи: отримати навички роботи з вакуумною установкою ВСУ-1А; визначити швидкість відкачки вакуумних насосів ВН-461М та ЦВЛ-100С при постійному об’ємі.

 

Теоретична підготовка

 

Вивчити по технічній літературі розділи стосовно теоретичних основ процесів відкачки, розрахунків перепускної спроможності та опору вакуумної системи, швидкості та довго тривалості відкачки.

 

Теоретичні поняття

 

При роботі вакуумного насоса газ переміщується із відкачуваного об’єму по трубопроводу в насос. Кількість газу в вакуумній системі безперервно зменшується, внаслідок чого зменшується тиск. При цьому тиск на вході в насос Р₂ падає швидше, ніж у об’ємі, що відкачується (Р₁), тобто створюється різниця тисків Р₁-Р₂, обумовлена тим, що трубопровід створює опір потоку газу.

Під опором W в вакуумній техніці розуміють відношення різниці тисків Р₁-Р₂ в даній ділянці вакуумної системи до потоку газу Q, який проходить через цю ділянку:

 

 

 

Перепускна спроможність L є величиною, оберненою до опору, і вона характеризує потік газу при одиничній різниці тисків:

 

 

Опір та перепускна спроможність систем при послідовному та паралельному з’єднаннях трубопроводів розраховують за формулами:

 

 

тут W_i, L_i – відповідно, опори та провідність окремих елементів трубопроводу; W_посл, W_пар, L_посл, L_пар – опір та провідність системи вцілому при послідовному та паралельному з’єднанні трубопроводів, відповідно.

В залежності від режиму течії газу по трубопроводу провідність можна визначити по рівнянням:

а) для в’язкісного режиму течії газу в трубопроводі круглого перерізу:

 

 

де μ – коефіцієнт динамічної в’язкості газу, зокрема для повітря μ=1,8·10^-5 Па·с; d, l – відповідно діаметр та довжина трубопроводу, м; Р₁ та Р₂ – тиск на кінцях трубопровода, Па.

б) для молекулярного режиму течії газу:

 

 

де Т – температура, К; m – молекулярна маса (для повітря m=29).

в) для молекулярно-в’язкісного режиму:

 

 

 

Для визначення межі між режимами течії газа використовують співвідношення:

а) в’язкісний

б) молекулярний

в) молекулярно-в’язкісний

Швидкістю відкачки об’єкта називають об’єм газу, який поступає в трубопровід при тиску у відкачуваному об’єкті. Через те, що швидкість відкачки об’єкта змінюється із зміною тиску, її значення відносять до визначеного моменту часу. Тому для визначення швидкості відкачки об’єкта беруть нескінченно малий проміжок часу dτ, за який з відкачуваного об’єкта до трубопроводу поступає нескінченно малий об’єм газу dV.

Отже

 

 

При розрахунках швидкості відкачки насоса потік Q можна вимірювати в будь-якому перерізі системи, а тиск Р – в площині випускного патрубка насоса.

Дійсна швидкість відкачки насоса дорівнює його паспортній швидкості тільки в ідеальному випадку, якщо повністю відсутній опір вакуумних комунікацій. В дійсності насос та відкачуваний об’єкт завжди мають з’єднувальний трубопровід з опором W. Тоді ефективна швидкість відкачки об’єкта S_еф може сильно відрізнятися від паспортної швидкості відкачки насоса S_н. В цьому випадку

 

 

Рівняння зв’язує основні параметри вакуумної системи: швидкість відкачки об’єма, швидкість відкачки насоса та провідність вакуумпровода. Тому це рівняння назівається основним рівнянням вакуумної техніки.

При відкачуванні об’єма від початкового тиску Р₁ до заданого кінцевого Р тиск в будь-якому перерізі вакуумної системи безперервно змінюється. Якщо знати закономірності відкачки газу із системи, можна розрахувати довготривалість відкачки. Якщо виконується відкачка із камери постійного об’єму V при постійній швидкості відкачки S та постійній пропускній спроможності трубопровода L з урахуванням граничного тиску Р₀, то довготривалість відкачки визначається як:

 

 

При зміні швидкості відкачки S_еф в залежності від тиску характеристику розбивають на окремі ділянки і розрахунки ведуть по ділянкам, з врахуванням формули, вважаючи швидкість відкачки на кожній ділянці постійною.