Термостат; 6 - іонізаційний манометр; 12 - трубопровід; 13 - насос для

5 термостат; 6 - іонізаційний манометр; 12 - трубопровід; 13 - насос для

отримання низького вакууму; 14, 18 - термопарний манометр; 15, 17 –

нітрогену пастка 16 - насос для отримання середнього вакууму.

Основні розміри вакуумної камери наведені нижче.

l_тр = 0,43 м - Довжина трубопроводу,

D_тр = 0,32 м - Діаметр трубопроводу,

(2.1)

F_TP = πdl = 0,025м²– площа трубопроводу, (2.2)

Розміри вакуумної камери

- обсяг вакуумної камери (2.3)

- площа вакуумної камери, (2.4)

P_раб = 10^-3 Па,

Матеріал вакуумної камери - сталь, трубопровід виконаний з нержавіючої сталі Х18Н10Т.

Розрахуємо величину газового потоку

Q= Q_гв + Q_н , (2.5)

Q_гв– потік від газовиділень стінок,

Q_н– потік від протікань в систему,

Вк: Q_гв1 = qF_в = 2·10^-4·0,0045=9·10^-6 м³Па/с,

q_cu = 2·10^-4 м³Па/ м²с, [45],

Тр: Q_гв2 = qF_тр = 4·10^-5·0,0025=1·10^-6 м³Па/с,

q_тр = 4·10^-5 м³Па/ м²с, [45],

Q_гв = 9·10^-6 ·1·10^-6 = 10^-5 м³Па/с,

Відсутність течі контролюється течошукачем, які мають мінімальний реєстрований потік 10^-7 м³Па/с. Тоді величина потоку натекания в систему расчітвается за такою формулою:

 

, (2.6)

к_в - ймовірність існування течі, прийнята 0,2;

N = 11 - число з'єднань в системі;

Q_TИ = 10^-7 м³Па/с - мінімальний потік реєстрований течошукачем,

m – 1– число одночасних перевіряються з'єднань,

м³Па/с, (2.7)

Повна величина газового потоку

Q = 10^-5 + 2,2·10^-7 = 1,0022·10^-5 м³Па/с, (2.8)

 

а) Вибираємо насос для роботи в області високого вакууму.

Вибираємо серію паромасляних насосів типу Н, що мають граничний тиск P_пр1 = 3·10^-4.. 4·10^-5Па. З діапазоном швидкостей дії

S_H = 1.5·10^-5 .. 30 м³/с, робочий тиск паромасляного P_раб1= 10^-3 Па.
Ефективна швидкість відкачування

м³/с, (2.9)

 

Знаходимо значення коефіцієнта використання К_и1= 0,32.

Номінальна швидкість дії пароструйного насоса:

 

м³/с, (2.10)

Найближчий по швидкості дії пароструминний насос Н - 160/170 має наступні характеристики:

Діапазон робочих тисків – 10^-4 Па;

Швидкість відкачки в робочому діапазоні тисків – 0,64 м³/с;

Граничне залишковий тиск – 7·10^-5 Па;

Найбільший випускний тиск – 33 Па;

б) Вибір насоса для роботи в області низького вакууму.

Вибираємо обертальний насос, що мають граничний тиск

P_пр2 = 4·10^-1.. 10^-2Па. З діапазоном швидкостей дії S_H = 10^-4 .. 1,5·10^-1 м³/с,

Робочий тиск механічного насоса вибираємо по максимальному випускного тиску паромасляного насоса з коефіцієнтом запасу φ = 2, P_раб2= 17 Па.

Ефективна швидкість відкачування:

 

м³/с, (2.11)

Знаходимо значення коефіцієнта використання К_и2= 0,64.

Номінальна швидкість дії пароструйного насоса:

 

м³/с, (2.12)

Найближчий по швидкості дії пароструминний насос ВН – 01 має наступні характеристики:

Номінальна швидкість дії – 10^-4 м³/с.

Діаметр вхідного патрубка – 8мм.

граничний тиск – 4 Па.

Граничний тиск насоса з пасткою – 4·10^-1 Па.

Максимальна випускний тиск – 10⁵ Па.

Визначимо кордону режимів течії повітря в трубопроводі при Т=293 ⁰К.

Кордон між вязкостним і молекулярно-вязкостним режимами визначаємо за формулою:

 

мм рт. Ст (2.13)

Кордон між і молекулярно-вязкостним і молекулярною режимами визначаємо за формулою:

 

мм рт. ст. (2.14)

Відкачування від 650 мм рт.ст. до 1,25 мм рт.ст.

Оскільки провідність трубопроводу більше швидкості відкачки насоса, можна вважати, що в діапазоні тисків від 1,25 мм рт. ст. до 0,0375мм рт.ст., швидкість відкачування дорівнює ефективної швидкості відкачки вакуумної камери.

Отже час відкачування буде розраховуватися за формулою [43]:

 

с (2.15)

 

де V - повний обсяг вакуумованих порожнин

 

V=V_вк + V_тр = V_вк+ π·R_тр²·l_тр=0.755·10^-3(2.16)

P₁^/ и P₁^// - тиску на кордонах режиму (P₁^// =650 мм рт.ст, P₁^/= 1,25мм рт.ст).

Відкачування від 1,25 мм рт.ст. до 0,0375 мм рт.ст.

Попередньо розрахувати пропускну здатність трубопроводу:

 

(2.17)

Де U_тр ,U_пов ,U_вент – пропускна здатність трубопроводу, поворотів і вентилів відповідно.

(2.18) л/с

де P₁, P₂ - тиск кордонів режиму течії [49].

Пропускна здатність вентилів розраховувалася за формулою

(2.19)

 

л/с

 

л/с(20)

 

л/с(2.20)

Пропускна здатність поворотів розраховувалося за формулою

 

(2.21)

 

где l_рас=l+1.33·d·=·2.00+1.33·0.004·8=2.042 м

P₁, P₂ - тиск кордонів режиму течії;

d- діаметр трубопроводу;

i- кількість поворотів.

 

л/с (2.22)

Ефективність відкачування в молекулярно - вязкостному режимі розраховувалася за формулою:

л/с (2.23)

 

Так як , то час відкачування в молекулярно-вязкостной режимі знайдемо за формулою:

с(2.24)

Відкачування від 0,0375 мм рт.ст. до 0,01 мм рт.ст:

Пропускна здатність трубопроводу при молекулярному режимі:

л/с(2.25)

Пропускна здатність поворотів при молекулярному режимі:

л/с(28)

Де л/с

Общая пропускная способность при молекулярном режиме:

л/с (2.26)

Ефективність відкачування в молекулярному режимі розраховувалася за формулою:

 

л/с (2.27)

час відкачування в молекулярному режимі знайдемо за формулою:

 

с

Загальний час відкачування для трьох режимів:

 

с, (2.29)

 

, (2.30)

м³/с,

(36)

м³/с, (2.31)

Час відкачування

Отриманий час задовольняє вимогам реалізації методики проведення досвіду.

4.2.Розрахунок витрати азоту

В ході досліджень експериментально було встановлено, що азот випаровувався повністю протягом 50 хв = 3000 с. Так як заливаємий обсяг азоту дорівнює:

То витрата азоту дорівнює: