§ 10.7. Методика проектировочного расчета

Задачей проектировочного расчета вакуумной системы в нестационарном режиме является выбор откачных средств, арматуры и размеров трубопроводов из условия обеспечения заданного времени откачки от начального до рабочего давления, при котором осуществляется стационарный режим работы.

Вакуумную схему выбирают в зависимости от требуемой степени вакуума, определяемой по рабочему давлению и диаметру откачиваемого объекта.

Если для откачки до рабочего давления требуется несколько насосов, то общее время откачки должно быть распределено между всеми насосами.

Для выбора номинальной быстроты действия насоса примем, что существует квазистационарный режим работы вакуумной установки.

В области низкого вакуума, воспользовавшись формулой (10.23), получим, что для снижения давления от p₁ до р₂ в камере объемом V за время ∆t₁ требуется насос с номинальной быстротой действия

где р₁ — начальное давление (обычно равно атмосферному); р₂— граничное давление в откачиваемом объекте между вязкостным и молекулярно-вязкостным режимами.

Коэффициент использования насоса K_и1 в области низкого вакуума— величина переменная из-за зависимости проводимости элементов вакуумной системы от давления. Для расчетов с запасом принимаем для К_И1 минимальное значение, соответствующее стационарному режиму течения при давлении р₂. Методика выбора оптимального К_и по эффективной быстроте откачки и числу элементов на участке вакуумной системы от насоса до откачиваемого объекта изложена в гл. 9. В качестве эффективной быстроты откачки приближенно может быть принято значение, определенное по формуле (10.40) при К_И1 = 1.

В области среднего вакуума давление изменяется от р₂ до р₃.

Коэффициент использования насоса К_и2 определяется с запасом при давлении р₃ и соответствует молекулярному режиму течения газа.

Номинальную быстроту действия насоса определяем по формуле, аналогичной (10.40):

В области высокого и сверхвысокого вакуума за время ∆t_з откачки осуществляется от давления р₃ до давления р_к, которое равно рабочему давлению, заданному в исходных данных. Номинальная быстрота действия насоса может быть определена из уравнения

где K_из — коэффициент использования высоковакуумного насоса, определяемый по методике, изложенной в гл. 9.

Общая проводимость между насосом и откачиваемым объектом

где j — номер соответствующего насоса.

Определенное по формуле (10.43) значение общей проводимости U₀₁ соответствует давлению р₂ — нижней границе вязкостного режима течения в откачиваемом объекте, U_о2 — давлению р₃ — нижней границе молекулярно-вязкостного режима течения в откачиваемом объекте.

  Далее выбор элементов вакуумной системы не отличается от уже рассмотренного при стационарном режиме. Общая проводимость выражается через проводимости последовательно соединенных элементов. Разрабатывается компоновочная схема, из которой определяются длины трубопроводов. Выбирают стандартные элементы— клапаны, ловушки. По проводимостям и длинам трубопроводов находят их диаметры. В случае необходимости проектируют нестандартные элементы, составляя их эквивалентные схемы из элементов с известными проводимостями. После определения размеров трубопроводов необходимо найти их объем и проверить принятое условие квазистационарности (10.1).  

Объем форбаллона из условия его работы в течение всего времени существования стационарного режима можно определить, воспользовавшись формулой (10.35):

где р_в — максимальное выпускное давление предыдущего насоса; S_и, К_И — быстрота откачки и коэффициент использования последующего насоса.

В том случае, если объем, рассчитываемый по формуле (10.44), соизмерим с объемом трубопровода, то от применения форбаллона можно отказаться. Если величина объема велика, соизмерима с размерами вакуумного агрегата, то можно применять форбаллон с адсорбентом, объем которого определяется по формуле (10.37), которую в данном случае можно записать в виде

где К₂ и ε — постоянная адсорбируемости и пористость адсорбента.