/
Text
Л.Л.ПИ1
В Й ж
СИСТЕМ
Так как авторы ставили це-
пирозпенностыо данных, позво-
мзтериала. В ^"пасчеты вакуумных систем, в прило
ляюшнх проводить Р‘ по газосодержанию и газовн-
женнях собраны дан коэфф1Шиентам диффузии, ряст
делению матер а- ; ст1,ф}ак как авторы ставили ц-
вэр^о^и. про ъ ально изложить вопросы кон-
ред сооои .-ада. н спстем. некоторые теорети щ
рассматриваются кратко и только в пре
к -х необходимых для осуществления расчетов в<-
емных систем. Желающим более подрооно ознако
уиться с соответствующим и вопросами следует восполь-
зоваться ссылками на литературу, перечень которой
приведен в копие книги.
Книга предназначена главным образом для инженер-
но-технических работников заводов и конструкторских
бюро, связанных с конструированием и расчетах! ва-
куумных систем.
Авторы выражают особую благодарность своим кол-
легам по работе и коллективам, в которых они рабо-
тают. за помощь в создании настоящей книги и многих
описанных в ней конструкции.
].1апы |—6 и 9—17 написаны совместно Л. И. Пппко
и В. Я. Плискозским, гл. 7 и 8 —Е. А. Пенчко.
ЧЛС!‘> ПЕРВАЯ. ВАКУУМНЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ ЭЛЕМЕНТЫ
ГЛАВА ПЕРВАЯ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
ОТКАЧКИ И ОБЕЗГАЖИВАНИЯ
ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ
Ы. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЦЕССА ОТКАЧКИ И ОБЕЗГАЖИВАНИЯ
ЭЛ Е КТ Р О В А К У У М 1IЫ X П Р И ЬО Р О В
Для нормальной работы электровакуумных приборов
(ЭВП) в их полости необходимо создать определенное
разрежение. Так, для приемно-усилительных ламп ра-
бочее давление составляет примерно 1 • 10"5 мм рт. ст.,
в то время как для мощных высоковольтных приборов
и малошумящих ламп бегущей волны рабочее давление
должно быть 1 • 10 9 мм рт. ст. и ниже.
Высокие требования к разрежению в современных
электровакуумных приборах связаны с большими на-
пряженностями электрических полей, необходимостью
сохранения эмиссионных свойств катодов и исключения
влияния остаточных газов и их ионов на работу при-
бора.
В процессе откачки и обезгаживания электровакуум-
ных приборов необходимо нс только получить заданное
разрежение в приборе, по и создать условия, исклю-
чающие повышение давления выше допустимого при его
эксплуатации и хранении.
Технологический процесс откачки и обезгаживания
ЭВП состоит из трех основных этапов: удаления основ-
ной массы газа из полости прибора; обезгаживания эле-
ментов внутренней арматуры прибора и стенок его обо-
лочки; проведения специальных процессов, направлен-
ных па создание определенной физико-химической струк-
туры катодов.
Па первом этапе обработки ЭВП необходимо полу-
чить в полости прибора определенное разрежение, ко-
связана с п-м.
• орою этапа обработки
к которых изготовлены
При недостаточном обезгаживалпи нрибопч
репный в материале газ будет выделя-пЛ п * расгво‘
осты И хоапемня У^ет выделяться ВО время ра-
ДИМО,
повышения давления в поибо-
еГ-} раооте сверх Допустимой величины необхо-
чюоы скорость газоотделенпя, достигнутая в ро-
зу. ьтате проведения второго этапа обезгаживания, была
иезначигсаыюй. В связи с весьма малой величиной
га-
зоотделения
в процессе
измерение с достаточной точностью
ооработки приборов в производственных
условиях представляет известные трудности. Поэтому
процесс обезгаживания часто ведут по времени с одно-
временным контролем давления и при наибольшей тем-
11 ратуре. которую допускает конструкция данного изде-
лия.
Температура обезгаживания должна быть выше ра-
бочей температуры элементов прибора.
Для уменьшения времени обезгаживания целесооб-
разно изготавливать элементы прибора из материалов
с минимальным газосодержанисм [Л. 2].
Проведение третьего этапа обработки связано с не-
обходимостью получения определенных параметров при-
Для приемно-усилительных ламп (ГИЛ) таки-
ми параметрами могут быть ток эмиссии катода, коэф-
фициент усиления и т. д. При обработке их на откачных
автоматах обычно ведут проверку лишь тока эмиссии
более сложных приборов (магистронов,
боров.
катода, для оолсе сложных к.г —
ЛБВ, электроннолучевых трубок и др.) в конце опера-
ции откачки и обезгаживания также проводят контроль
только эмиссионных свойств катода, хотя для полною
суждения о качестве выполнения третьего этапа^обраоо
-;с. Чтобы представить сеое харак-
технологнческого процесса обезг
ЭВП, рассмотрим типичные режимы
машинной’ обработки приборов двух класс°в. от-
ки этого недостаточно.
терние особенности
живания и откачки
На рис. 1-1 пзобрг
качки импульсного ген
ораторного тетрода 2*^
пости, обработка которого производится на •
полуавтомате с движущимися вместе с каруселью па-
ре (тр иными диффузионными насосами. Г 1о этой схеме
на /й позиции производят установку прибора. На 2-й
позиции производится предварительная огкачка изде-
лий. Па позициях с 3-н но /м-ую осуществляется обез-
гаживание при нагреве в печи стеклянного баллона лам-
пы и керамических изоляторов. Полочка газологлотитс-
Рис. 1-1. Технологическая схема откачки импульсного генераторного
тетрода средней мощности.
ля обезгажпвается в два этапа на позициях 14 и 34.
Первоначальное обезгаживаппе арматуры нагревом то-
ками высокой частоты производится на позициях с/5-й
по /.9-ю. С 20-\\ по 24-ю позиции происходит обработка
катода (разложение карбонатов). При этом обезгажи-
вание арматуры прерывается. Это связано с тем, что
при получающихся в это время в лампе высоких давле-
ниях может возникнуть высокочастотный разряд, ко-
торый вызовет ионную бомбардировку катода, распыле-
ние его покрытия и напыление активного вещества на
сетки.
На позициях 25—29 и 31—33 производится дальней-
шее обезгаживаппе арматуры при максимальной темпе-
ратуре анода. При этом прекращается обработка като-
да с тем, чтобы не допустить перегрева золоченых сеток
и распыления с них золота.
На позициях 27, 28 и 31 снижается температура
анода, на катод подается поминальное значение тока
накала и производится обезгаживаппе сеток за счет
излучения.
исключения
ПЯИКИ прибор
- рев арматуры токами высокой
!• зог-.н лотнтеля производится
часто-
после ог-
откачки
ри секи изображена технологическая
аллсстеклянного импульсного магие-
трона
и предка!
- , средней мощности, обработка которогощи»
дится на 16-гнездном установ-
На /-и позиции полхавтомата р системой, лод-
ка прибора, сочленение ег подогревателей катода и
ключенне к клеммам в > - цепсй катода и геттера
геттера, проверка целостносЦ защитного колпака,
и предварительная откаака р^Хе^нтельиая откач-
На 2-й позиции осуществ л р 1ета.плнческии кор
ка прибора. С ^тс"°ро"ревом до температуры
нгск ппибора обезга/киваетс н КОНтактного натре
"‘прогрев продано:,„тс путем «Я. . пр„||и.,<,;.
афнто,’У-'Л'"""';,. оР позицию обезтажнпа-
ботынон ТОК. с о-н по т-
в а
инея стеклянные элементы лампы, нагрев которых ос
щес1 влястся радиационными нагревательными элемен-
тами.
Обо л а живанис катода начинается на 7-й позиции и
заканчивается на /6-й. Катодная ножка магнетрона при
натре ’е выделяет большие количества газа, поэтому ток
накала увеличивается постепенно, что предотвращает
повыв епис давления в приборе выше 1
ХН) 5 л ж рт. ст. На /5-й позиции на катод подается
ток накала 5,6 а и происходит восстановление бария.
11а позиции 16 производится дополнительная активиров-
ка катода путем отбора тока. На позициях 6—12 обез-
гажиса ; я нераспыляемый газопоглотитель, который
впоследствии при импульсной тренировке отпаянного
прибора в рабочем режиме поглощает газ.
Описанные 'выше технологические схемы откачки не
являются единственно возможными и могут изменяться
в достаточно широких пределах.
1-2. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ. ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ВАКУУМНЫМ
СИСТЕМАМ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОТКАЧКИ И ОБЕЗГАЖИВАН ИЯ
ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ
В мелкосерийном и единичном производстве электро-
вакуумных приборов, когда изготовление их ведется по
отдельным заказам, которые в дальнейшем не повторя-
ются или могут быть возобновлены через неопределен-
ное время, целесообразно применять универсальное обо-
рудование. Переналадка этого оборудования на другие
типоразмеры не должна требовать больших затрат вре-
мени и труда. В современных образцах оборудования,
предназначенного для мелкосерийного и единичного вы-
пуска ЭВП, переналадка осуществляется простой пере-
стройкой задатчиков режимов обработки и заменой лег-
косъемных приспособлений.
В крупносерийном и массовом производстве откачка
обычно производится на карусельных или конвейерных
многопозиционных машинах.
Оборудование, предназначенное для откачки и обез-
гаживания электровакуумных приборов, должно иметь
вакуумную систему, обеспечивающую поддержание раз-
режения в приборе на таком уровне, который исключает
отравление катода и загрязнение других электродов
прибора при достаточно быстром его обезгажнвании.
Как уже отмечалось, процесс оСн и лживапия прибо-
ра должен вестись при максимально допустимой темпе-
ратуре [Л. 2]. Однако при этом наряду ё уменьшением
времени обезгаживания возрастает скорость диффузии
некоторых газов из окружающей среды в стенки прибора
и его внутреннюю полость и окисляется внешняя по-
верхность изделия (см. ч. II книги).
Скорость диффузии извне, а также окисление внеш-
ней поверхности прибора во время обезгаживания и от-
качки при повышенных температурах можно предотвра-
тить путем создания вокруг прибора области с понижен-
ным давлением (откачки по системе «вакуум в ва-
кууме»).
Создание вокруг прибора атмосферы нейтрального
газа, тем более с избыточным давлением, не оправдано,
так как при этом лишь осуществляется защита поверх-
ности от окисления, в то время как скорость диффузии
сохраняет значительную величину и не исключена воз-
можность деформирования стеклянных элементов при-
бора. Это имеет особое значение для приборов с боль-
шим количеством стеклянных вакуумноплотных пере-
городок.
В производстве ЭВП наибольшее распространение
получили вакуумные системы с пароструйными масля-
ными насосами. Однако применение пароструйных ма-
сляных насосов, даже снабженных азотными ловушка-
ми, вызывает неизбежное загрязнение полости вакуум-
ного прибора парами рабочей жидкости и продуктами
ее распада.
Откачка и обезгаживание электровакуумных прибо-
ров с применением средств, исключающих загрязнение
вакуумной полости, улучшают эксплуатационные харак-
теристики изделия (долговечность, надежность и т. д.)-
Так, например, на основании опыта откачки 6 000 ламп
бегущей волшя при помощи магниторазрядных насосов
было установлено, что за счет улучшения вакуума и от-
сутствия паров рабочей жидкости и насоса повысился
срок службы ламп и снизился уровень шумов [Л. 3].
Стремление улучшить эксплуатационные характери-
стики электровакуумных приборов, а также необходи-
мость получения давлений порядка 1 • 10~9 лом рт. ст.,
требуемых для нормальной работы ряда типов при
ров (магнетронов, малошумящих ЛБВ и др.), ирив
к развитию безмасляных средств откачки.
)ткачка и обезгаживапие сложных электровакуум-
ных приборов средней и большой мощности длятся де-
сятки часов, поэтому оборудование для откачки и обез
изживания приборов должно обладать повышенной на-
дежностью при эксплуатации и иметь длительный меж-
ремонтный период. Это требование вызвано также и
гем, 'о нео >ходимо поддерживать вакуумную систему
в рабочем состоянии в течение как можно большего вре-
мени. вакуумная система, длительно не соприкасающая-
ся с атмосферой воздуха (особенно это относится к вы-
соковакуумным магистралям), с течением времени обез-
гаживается, снижается се собственное газовыделеиие и
повышается эффективность се работы.
Повышенные требования к надежности вакуумного
откачного оборудования связаны также с тем фактом,
что даже кратковременный перерыв в работе вакуумной
системы при обработке изделия часто приводит к без-
возвратной порче дорогостоящего электровакуумного
прибора.
В связи со значительной сложностью современного
откачного оборудования возникает необходимость в его
автоматизации, так как только таким образом можно
добиться уменьшения количества нарушений технологи-
ческого процесса обработки изделий, имеющих место по
вине обслуживающего персонала [Л. 73].
ГЛАВА ВТОРАЯ. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ВАКУУМНЫХ
СИСТЕМ ОТКАЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
2-1. ВАКУУМНЫЕ СИСТЕМЫ С ДАВЛЕНИЕМ БОЛЬШЕ 5-10-’ мм рт. ст.
Вакуумные системы откачных постов, как правило,
состоят из следующих основных частей: откачного гнез-
да, коммутирующих элементов, средств откачки и
средств измерения давления.
В зависимости от конструкции изделия и требований
к предельному разрежению в нем сочленение изделия
с вакуумной системой может быть различным. Так. на-
пример, сочленение приемно-усилительных ламп и элек-
троннолучевых трубок производится с помощью рези-
нового уплотнителя; сочленение приборов с более высо-
кими требованиями к предельному разрежению (ЛБВ.
ЛОВ, магнетроны и др.) осуществляется напайкой еге
наконец, мощные
киктроны и т. п.)
Мег;>-1-юстекля)|-
'‘очлеляютея с
магнс-
клапаны и
с< кие \ плотнения.
пак)умной сн-
'/''оопротод,.,.
и системе и з зависимости
автоматизации
тотва откачки выбиваются ти-т
ОТ .необходимого предельного рязрежХё,3 го'™.Х"
поступающего „ „асос „з о₽тка..........немого
1 ~ а<ш.1сния выопраются в завись-
мости от диапазона рабочих давлений в вакуумной си-
стеме. Иногда откачные установки, чаще лабораторные,
снабжаются различного рбда масс-спектрометрами для
анализа состава газов в процессе откачки.
В табл. 2-1 приведены принципиальные схемы ва-
куумных систем, нашедшие применение в постах откач-
ки электровакуумных приборов, работающих в диапазо-
не давлений от 10~*'до 5-Ю-7 мм рт. ст. Прямоточная
вакуумная система, построенная по схеме табл. 2-1,1,
проста и широко применяется в лабораторных условиях
и в производстве. Вакуумная система состоит из паро-
струйного диффузионного насоса / с маслоотражате-
лем -/ и механического вакуумного насоса 2. Измерение
давления 3. Маслоот-
да вления производится датчиком
нготовляются из стекла. Иногда вместо маслоотража-
теля ставятся заливные вымораживающие ловки к и.О
ществляется пламенем газовой орго
---1. В системе отс\лств\
клапаны, и в случае внезапного
порча оораоатывас
пайка изделия осу
кн в сужении откачного 1,,тен1ел5
ют какие бы то ни было 1....
обесточивания системы с
«пт изделия. К недостаткам схемы ;
,Х иевзоежпость контакта районов
Струйного лиффузпошюго нагого
Вакуумная снимал построе^^^ пь1Соковак Р
отличается от пред,„ки с вентилем Ю. Л $
вентиля 5. лини" " а,,аиа аварийного з»
„ЯКУТ много бачка клан ,„ол1,рует вакуум"!'
стому от контакта с атмосферой во время установки но-
вого изделия. Применение байпасной линии с вентилем
10 исключ 1Ст непроизводительные потери времени на
охлаждение и разогрев пароструйного диффузионного
насоса. При откачке воздуха из прибора через байпас-
ную магистраль пароструйный диффузионный насос 1
работает на форвакуумный бачок 3, который отделен
в это время от механического вакуумного насоса кла-
паном аварийного закрытия 9. Клапан 9 выполняет роль
защитного устройства, предотвращающего прорыв ат-
мосферы и попадание масла из механического вакуум-
ного насоса в пароструйный при обесточивании вакуум-
ной установки. С целью исключения попадания масла
из механп юского вакуумного насоса в клапан 9 и вен-
тиль 10 предусматривают вентиль II, с помощью кото-
рого при выключении установки пространство над вход-
ным патрубком механического вакуумного насоса сооб-
щается с атмосферой. Измерения давления в разных
участках вакуумной системы производятся манометри-
ческими датчиками 6, 7 и 5.
В вакуумной системе, построенной по схеме табл. 2-1,3,
добавлен патекатсль 12, предназначенный для заполне-
ния полости откачиваемого изделия газом при обработ-
ке газонаполненных ламп.
В вакуумной системе, построенной по схеме
табл. 2-1,4, выпускной патрубок пароструйного диффу-
зионного насоса / с маслоотражателем 4 в отличие от
описанных выше схем присоединен к вспомогательному
(бустерному) насосу 10, работающему на форвакуум-
ный бачок 3 и механический вакуумный насос 2. Уста-
новка бустерного насоса между пароструйным и
механическим вакуумным насосами обеспечивает воз-
можность проведения технологического процесса с ин-
тенсивным газоотделепием и получения в конечном сче-
те достаточно низкого предельного давления. Важным
преимуществом этой системы являются хорошее обез-
га жива и нс рабочей жидкости пароструйного диффузи-
онного насоса, а также предотвращение попадания па-
ров рабочей жидкости механического вакуумного насо-
са 2 в кипятильник высоковакуумчого насоса /. Прак-
тически такая система обеспечивает 'Получение разреже-
ния (1-^13) • 10~7 мм рт. ст. и ниже.
Высоковакуумная откачка изделия производится че-
рез вентиль 5. Байпасная откачка изделия осуществля-
Принципиальные схемы вакуумных счете’. откачных
ПОСТОВ
Краткая техличсская характеристика
/>пред = 1 • Ю”13 мм рт. ст.
11апайка изделия производится
через стеклянный штенгель
о
г пред = (З-т-5) • 10 -7 мм рт. ст.
Яапайка изделия производится
через стеклянный штенгель
/>прСд = (34-5)• 10-7 мм рт. ст.
Присоединение изделия произво-
дится через металлический
уплотнитель
Рпред= (3-7-5)’ 10-7 мм рт. ст.
Присоединение изделия произво-
дится через металлический
уплотнитель
Г а б 1 и ц а 2-1
с давлением больше 510~7 мм рт. ст.
Средства откачки
Пароструйный диффузионный насос
ЦВЛ Л 00 с мае лоо гражателем.
Механический вакуумный насос
РВН-20 или ВН-461М
П )имечани>'
Лабораторный откачной пост
Пароструйные диффузионные насос Индивидуальный откачной пост
ММ-40А и !И ЦВЛ-100 с азот-
ными ловушками. Механический
вакуумный насос
Пароструйный диффузионный насос Индивидуальный откачной пост
Н-5С с азотной ловушкой. Меха- для крупных изделий
нический вакуумный насос ВН-2Г
Пароструйный диффузионный насос,
вспомогательный (бустерный) на-
сос. Механический вакуумный
насос
Применяется в откачных постах
с большим газоогделением
Краткая техническая т
стик;»
/;пред —
Присоединение изделия
дится через
штенгель
произво-
ст.
Присоединение изделия произво-
дится через резиновый уплот-
нитель
Присоединение изделия произво-
дится через резиновый уплот-
нитель
Сх’.стл» отклики
।
2—Ю78
Адсорбционные насосы,
с кий вакуумный насос
Двухроторный вакуумный насос.
Механический вакуумный насос
Пароструйный диффузионный насос
ЦВЛ-100 с маслоотражателем.
10-камерный механический ваку-
умный насос И. 075. 003
Продолжснис табл.
Примечание
Индивидуальный откачной пост,
работающий по системе „ва-
куум в вакууме*
Лабораторный пост для откач-
ки ПУЛ И газонаполненных
приборов
Лабораторный пест для
единой откачки Пд?1 и г<.зо
наполненных приборов
_.„я,„„секим ««умным нмсосом ? ч_ер „ •
етсямеханнк< уГЛО»ои вентиль / закрыт, а на-
В° Кботает на форвакуумный бачок 3. Для измсре-
2 даЙня предусмотрены манометрические атчики
Чумная система, построенная по схеме та л 2-1,5,
н-.шп широкое применение в установках д. я огкачки
«X .о теклянных изделий. Основным отличном этой
-Х> / от описанных выше является наличие акуум-
сого / пака 5, откачиваемого до давления (о-8)х
\10 : «.и рт- ст. через вентиль 8 одной из камер много-
камерного механического вакуумного пасоса Давле-
ние в колпаке измеряется датчиком //. Напуск атмос-
феры в колпак перед его подъемом производится через
вентиль 10. Предварительная откачка изделий осущест-
вляется через вентиль 7, присоединенный к одной из
камер логокамерного механического вакуумного насо-
са. откачивающего колпак. По достижении заданного
предварительного разрежения в изделии вентиль 7 за-
крывается и открывается высоковакуу.мный вентиль 3,
который сообщает полость изделия с пароструйным диф-
фузионным насосом 1. снабженным маслоотражателем-/.
измерения высокого вакуума
метрический датчик .9.
предусмотрен мано-
СЙЛ«тУУ?’НЗЯ.СИСТема’ постРоенная по схеме табл. 2-1,6,
ческо’-о ДЗ*;Хроторного вакУУ’иного насоса /, мехапи-
иого^от^Т0 насоса вентиля 7, предназначен-
системы, « вСНт^"ОТ-каг1Н?аемого объема от вакуумной
мосферц соответственно » служащих напуска ат-
«УУ»ную системе' г,XВ. °™аЧ’,Вае?’ы й объем и ва-
Д'.я откачки П\’Ч о * стемУ Целесообразно применять
| ниями "
ч-ЫСН Кже °б1>емов с рабочими давле-
*ь» являются у.г?ое ст- Преимуществом систе-
ввнлу «псутсткии . р5мя пУска и
(т₽али. ’ нед°ходимости
некоторое упрощение
в байпасной
ПУЛ
1$акх*смнс1я с
пх/СпеМС ТабЛ- 2’1,7'
«ИОННЫХ и° ' ?Чл‘ рт. С7 и ' 710 ДЯВЛСНИЙ
коса 2 и ^(Н(Н1 7 и /' Из АВУХ адсорб-
МеРспия аан1УППЬ1 Фитилей ->ХаГи’1еского вакуумного
л;"' ?"-” • «стемё 4 - « 6’. Для из-
м 7 Система оаГи ,й''С‘мотРеи мапометри-
Работает слелсшп.им
адсорбционным п,зсосомР;™р"3 вент™4’п**"’ №дется
Г регсиср .русгся нагревом ™с
куумиым ысосом > через вентиль б' Пог, , , “
насоса 1 откачка производится „асосом ' ‘ ‘
ставится па регенерацию. С целью уме,„.иге™ "репе,и
достижения предельного давления и удлини...₽™‘ка
раооты оез ....................... предварите™™
откачку изделия механическим вакуумным иасоео ? 2
через вентиль 3. Однако „ри этом „е исключается воз
можность загрязнения вакуумной системы маслом из
мехапи юс \О1 о вакуумного насоса. Целесообразнее поед-
паритель ю откачку изделия производить одним из
адсороционных насосов, условно называемым «черно-
вым», а окончательную откачку— «чистовым». При вы-
ключении механического вакуумного насоса простран-
ство над его впускным патрубком заполняется азотом
или воздухом через вентиль 8. Вентиль 5 предназначен
для наполнения газом из отдельной системы газонапол-
ненных приборов после их откачки.
^2-2. ВАКУУМНЫЕ СИСТЕМЫ С ДАВЛЕНИЕМ МЕНЬШЕ 5 • КН мм рг. ст.
Требования к герметичности вакуумных систем, ра-
ботающих в области давлений меньше 5-10~7 мм рт. ст..
и газоотделению с их внутренних поверхностей зиачи-
предиаз в а чей и ы х дл я
7 мм рт. ст. Харак-
системах.
дельно жестче, чем
работы при давлениях больше 5* И)
с в ср х в ы со ков а ку у мн ы х
о
териой особенностью сисрхвысоковакуумв».,
являются отсутствие резиновых Дплотн"т ’ ( до 300 —
димость прогрева с целью ооС3*.^ -щффузион-
600°С. В случае применения паросгр>нь'\- ж
пых насосов должна быть оосспече’1’ ‘ „ов рабочей
та откачиваемого объема от попа^4 Конструкционные
жидкости или пРодУкто^ ее ^Изготовления сверхвысо-
материалы, применяемые для 1,3 НИЧКую упругость
ковакуумных систем, должны имезь низкую угр,
паров при температуре ооез!^‘^изготовлении сверхвы-
Материалы, применяемые пр б;°дать такЖС хоро-
соковакуумпых систем ^^точной Прочностью и анти-
шей свариваемостью, достато шин 1
коррозионной устойчивостью.
Элементы сверхвысоковакуумных
изготовляются из нержавеющей
систем чаще всего
стала Х18Н10Т
19
1
схеМы вакуумных систем откачных
Краткая тсхниче.кп хс|х<ктериетнка
^иред = 5-10“9 мм рт. ст.
Присоединение изделия про-
изводится через металличе-
ский уплотнитель
Гирод = 5 • 10 “9 мм рт. ст.
Присоединение изделия про-
изводится через металли-
ческое уплотнение или на-
пайкой через стеклянный
штенгель
Гирод *= 5 • 10 -9 мм рщ. ст.
Присоединение изделия про-
извол ится через металличе-
ский уплотнитель
попов с давлспгсч
меньше 5-10 -* .чм рп, с.п.
Т л ’»лиц з 2-2
Средств» откачки
При меч .нлг
Сверхвысоковакуумный агрегат
ВА-05-5. Механический вакуум-
ный насос
Откачной пост для обработки
крупных м е та 1 .юкера м мч е -
ских приборов
Геттерно-ионный насос ГИН-05М!
или элсктроразрядный магнитный
насос НОРД-250. Пароструйный
Диффузионный насос ЦВЛ-100 с
азотной ловушкой. Механический
вакуумный насос РВН-20 с сорб-
ционной ловушкой
г
Индивидуальный откачной пост
для обработки особо надеж-
ных приборов. Откачной пост
для откачки малошумящих
ЛБВ
Геттерно-ионный пли элекг| 11
рядный магнитный насос. , ‘
пароструйных дпффузнойны‘
сося. Два механических вакуР«
ных насоса
Откачной пост для обработки
металлокерамических прибо-
То же
/?пред — О’] 9 ММ рт.
Присоединение изделия про-
изводится через металличе-
ский уплотнитель
Продолжение табл. 2-2
• Средств , откачки
Примечание
Геттерно-ионный или электрораз-
рядный магнитный насос. Ад-
сорбционные насосы. Два механи-
ческих газобалластных насоса
Откачной пост для обработки
особо надежных электрова-
куумных приборов
Турбомолекулярный насос. Двухро-
торный вакуумный насос. Механи-
ческий вакуумный насос
Откачной пост для обработки
крупных металлокерамиче-
ских приборов
,, и,.тзъемныс соединения вы юлняются
/ГОСТ 5582-Ы)- *^;т0В011 сварки. црп сверке ответ-
; помошы° а.Р, Ц,'|Х деталей лучшие рс-г/штаты по-
ственных тон ,' 1еПснии электроннолучев сварки,
^чаются при "Р технологии нзготовлеш. г куумной
Подробно н»"1’°;'ютрп|Ы „ (Л. 4].
плотнителсп в разъемных <
динениях
В качестве
1 г/гост 10988-64).
3 В 2 9 чР1,веденй принципиальные мы высо-
ковакхтмиых систем.
К° В вакуумной системе, построенной но
т--п1 9 9 Г предварительная тткачка изделия
" ЛДчпцииееким вакуумным насосом
произ-
цельнометаллический прогреваемый вентиль 9. Высоко-
вакп-мная откачка осуществляется через цельнометал-
лический вентиль 3 пароструйным диффузионным насо-
сом Л снабженным прогреваемой двухъярусной охлаж-
даемой ловушкой 2. Выпускной патрубок насоса 1 че-
рез вентиль 5 соединяется с механическим вакуумным
насосом 6. Для измерений давления предусмотрены ма-
нометрические датчики 4 и 8.
В вакуумной системе, построенной по схеме
таол
качестве сверхвысоковакуумного насоса
используется геттерно-ионный или элсктроразрядный
насос
магнитный насос /, который производит откачку изде-
лия через цельнометаллический прогреваемый вен-
т..ль 2. Для предварительного обезгаживания сверхвы-
соковакпмного насоса и вакуумной системы, а также
ппрпп?ЗДЗН 1Я пРедваРительного разрежения в изделии
с азот4Л1’ЧеН паР°$тРУЙный диффузионный
Ю-2д’ 11 лов-шкои 4- Откачка изделия до давления
насосом 6 чр °С- щес™яется механическим вакуумным
насос 5. Нагге3'ХОЛО'1ПЫ5 паР°стРУЙный диффузионный
стены неинА,,?) может быть отделен от вакуумной си-
^ыпускной,патпг'Ли!1ЧССКИМ пРогРсвасмым вентилем3.
соса соединен с ЮК ,паРостРУЙног° диффузионного на’
через вентипь 9 ,;1еханнческим вакуумным насосом <}
«метрическими ^.ерС1",е ня производится ма-
п°ьнение вакуучигг'1ИКамн и 8. Конструктивное нс-
ГКт,__ '.‘'‘НОИ СИСТОМ1.1 ----- “________ о 1
"Троенной „Г? ^беш.остью
Сксг®мы табл 9 э7е Таб/|- 2-2,'
вакуумном
наличие пароструйного
является
•тиффузпонного на оса
^,;,смым ВСИТП.ТС-.
с азотной ловушкой // и про
г₽ м 'З ЮШЮГО насоса к гсттерио-иоиному насосу
Цельно увеличивает быстроту откачки последнего
<на-
при
Рис. 2-1. Цельнометаллическая сверхвысокова-
куумная система.
1 — геттерно-ионный насос ГИН-05М1; 2 —- цельно-
металлический прогреваемый вентиль ДУ-50; 3 —
цельнометаллический прогреваемый вентиль ДУ-25;
4 — «азотная ловушка; 5—пароструйный диффузион-
ный насос ЦВЛ-100.
Вы-
низких давлениях за счет откачки инертных газов,
нуекпой патрубок пароструйного диффузионного насо-
са 10 через вентиль 13 соединяется с механическим ва-
куумным насосом 14.
"1 -К- • а1К1 41 1
применением
с безмасляной откачкой и
1 'Умного колпака. Предвари
“•т срю-попного или электро,
ьпсоса 1 и вакуумной системы
чески м
газобалластным
вентили
Гос 8 используется
вентиль 7. При откачю
вакххмным насосом ' не >
> хаинческий вакуумный на-
1ля откачки колпака 18 через
издели!1 с большим объемом
С целью удлинения
межрегсиерацнонного периода на-
1ая откачка изделия производится
зенитного
Рис. 2-2.
Сверхвысоковакуумные безмасляные по
сты откачки модели Л М-4850.
чПО'.’ нРПТН’Ш // И -• #
« системе давления Ю-’-Ю- .«.» рт- ст. дальнейшая
ёткмка изделия производится сверхиысоковакуумным
насосом / через цельнометаллический прогреваемый вен
тичь 3 Вентили 3 и /7 объединены в единый блок.
Впуск атмосферы в колпак 18 перед подъемом осущест-
вляется через вентиль 6. Для измерений давления в раз-
ных участках вакуумной системы предусмотрены мано-
метрические датчики 2, 4, 5, 16 и 19. На рис. 2-2 показан
участок цеха, оснащенный сверхвысоковакуумными оез-
масляными постами откачки модели ЛМ-4860, в кото-
рых применена вакуумная система, построенная по схе-
ме табл. 2-2,4.
Вакуумные системы, построенные по схеме табл. 2-2,5.
нашли применение для откачки крупных металлокера-
мических электровакуумных приборов. Откачка изделий
производится через прогреваемый вентиль 3 турбомо-
лекулярным насосом 1. Откачка насоса 1 в свою оче-
редь осуществляется через вентиль 11 механическим ва-
куумным насосом 10. После выключения установки
вакуумная система заполняется сухим азотом через вен-
тиль 2. Откачка защитной камеры 5, имеющей значи-
тельный объем, осуществляется через вентиль 7 двухро-
торным вакуумным насосом 8, работающим на механи-
ческий вакуумный насос 9. Насосы / и 10, так же как
насосы 8 и 9, конструктивно оформлены в виде двух
агрегатов.
На время откачки и обезгаживания прибора каме-
ра 5 через вентиль 6 заполняется инертным газом. Изме-
рение давления в системе производится манометриче-
ским датчиком 4.
а также предварительная откачка изделия осуществля-
ются через цельнометаллический вентиль 17 и вен
тиль 15. В качестве насосов предварительного разреже
ння могут быть применены адсорбционные насосы
14 (как показано на схеме) либо механический
ный насос с защитным устройством. Откачка во ВР
регенерации насосов 11 или 14 производится мех
26
2-3. ВАКУУМНЫЕ СИСТЕМЫ КАРУСЕЛЬНЫХ И КОНВЕЙЕРНЫХ
ОТКАЧНЫХ МАШИН
_ И крупносерийном
ОВП ведет на кяпуг
н массовом производстве откачку
так как это позволяет
пых и конвейерных машинах,
увеличить производитечьноегь
,чГ1Ю с откачкой на нндивпдуалп.ых по-
тогда по еравниьт (тель110СТ)1 в основи > обес-
стах. Повышение ‘И^‘ а111енпя ВСПОМОгателы. гн о вре-
г’еЧИВаГ.м ченве1 числа Дачных гнезд еще о ее по-
мени. >ьслич<н ь Эго обусловлено ."4, что
в’,ииаст-"пгТувстичсния производительности а счет
±ьш ч я машинного времени неприемлем для техно-
Й5Х» процесса откачки, так как приводит к у.худ.
. |;1И обезгажпвания приборов.
к мпоиовка откачных позиций в конвейерное или
кабельные машины с перемещающимися откачными
гнездами позволяет исключить дублирование отд< ишых
механизмов, время работы которых но сравнению со
временем откачки и обезгаживания прибора невелико
(механизмы отпая. удаления щтенгеля, проверки герме-
тичности и т п.). Наряду с этим облегчается построе-
ние поточных линий, состоящих из отдельных машин.
за счет того, что в конвейерных и карусельных машинах
съем обработанного изделия и установка нового произ-
водятся, как правило, в одном месте.
Откачные позиции конвейерных машин г 7 ----
ют со ой независимые вакуумные системы, перемещаю-
щие я по л циа.тьным направляющим.
,.„,^ТпйЧНЬ1С !!Оз,н1ии карусельных машин также могут
И3 0ТЛСЛЬН1>1х независимых вакуумных
вмпо ню< вак-м'*Ь1е системы карусельных машин
ищется тол!ко3КИМ оо?азом’ что с каруселью иереме-
ГГ- ХТЧН0С ГНеЗД° " ‘'-'’сть3 вакуумной си-
йег,;;.Л. 1’Л? ,я как даая
продетавля-
часть системы остается
коммутация между подвижной
выполняется золотником. При-
!! неподвижной частя
У ;нние золотника, к
•елового вакуумного гп~' "" 1йлжс играет роль много-
с’РУкцию карусеч)ни?’аНа’ зиачнтельно упрощает кон-
^’МИ СИСТ. Л... ^Нь,х ма1»ин,
РИТЫ вращающих
алей не Их вакуум-
снизить вес и габа-
сокого. так
’ расположен к
ак в области
КУУМНЫХ кп„,.
н в Обло-г-, '‘',ш и,^ен к.... ______
Этично’ ”ИЗКОГО вакУума. в силу
зад^ника и удлинения
(пп?,подасГСя существенное
вы-
не-
по сравнению с
по-
д ав-
с.хеми 1-ги’ - пРИвсдс1ий ... "*егстиУ1ощего насоса.
» ‘""««к-рцих „ к,»; ............. ш.куум.ш<-
Вак умная система, построенная по схеме тай , , ,,
выиолгепа на оазе малогабаритных аву ст? е ч
'|еха"",|ггК1|Х аакуумных насосов /. ветров п.к« . отк ,
„ые те. зад полуавтомата. Сравнительно никое „Х
„не в откачном гнезде достигается за счет очень ко»?
ких коммуникации. 1 1
Ваку\ иная система, построенная но схеме табт ЭТ>2
1ярос1 рунного диффузионного насоса /
и механического вакуумного насоса 2, применяется
в конвейерных агрегатах откачки ЭЛТ и ничем не от,- I-
частся от схемы табл. 2-1,1. Насосы / и 2, откачное
гнездо и электрический блок скомпонованы н единый
пост, который перемещается на конвейере. Недостатком
системы следует считать необходимость в периодиче-
ском охлаждении пароструйного диффузионного на-
соса перед каждой установкой нового изделия. Конвей-
ерная линия для откачки ЭЛТ содержит по 165 таких
постов [Л. 24].
В беззолотниковой 24-позиционной карусельной >
шине откачки ЭЛ 1 была применена вакуумная система,
схема которой приведена в табл. 2,3,3. Клапаны 3. 4,
, причем клапаны 4, 5
5 и б выполнены в едином олоке
откачка изделия
и 6 приводятся в действие’ одним механизмом, который
имеет два рабочих положения. В одном положении кла-
паны 4 и 6 закрыты п производится предварительная
откачка изделия насосом 2 через клапаны 3 и о. В Др}
гом положении клапан 5 закрыт и откачка изделия пр
изводится насосом / через клапаны 3 и 4. 1 это р । '
выпускной патрубок насоса 1 через открыть и ‘ ‘
соединен с насосом 2. При постановке ново
применена в
Вакуумная система, построенная
16-позиннонпом ОТЫ 1Ном "О - .
Шестнадцать откачных постов разопты 1 мпогока-
ИЫ, каждая из которых обслуживает^одно
мерным механическим вакухмным < „„топ.няя от-
ным на нижнем
качка изделия осущсств.тясии - гемного пасо-
ка мер многокамерного механиченко>о < м • окончатель-
са. Эта же камера насоса ;1СП^;,^НОГО коанака б. Вред-
ной откачки через клапан 4 3<’>Ц1 ,.11ССТП,|яется стацпо-
варительная откачка колпака о ое\ я.1СОСом через
парным механическим вакуумным < управляемый
электромагнитный клапан /3 и к.шг< >
Позиция наполнения колпаха,
Т а б т и и а 2-3
карусельных и конвейерных машин
Краткая техническия
характеристика
Средства откачки
Прим* чапие
/’ергд — 3-10 3
ле* ;;/л. г. л.
Л
Присоединение изделия
производится через
резиновый унлогни-
гсль
М а лога ба рит и ы и д ву х-
ступенчатый механи-
ческий вакуумный
насос, встроенный в
откачное гнездо
Карусельная .маши-
на для откачки
среднегенератор-
ных ламп
рнред - О • 1 О
мм пт. ст.
11 рис ое ди и с н и с и з д с. шя
производится через
ре шновый уплотни-
I с 1Ь
Па рос г ру йный диффу-
зионный насек: Н1-С?
Механический ваку-
умный насос В! I-161М
Конвейерный агре-
гат ;г!я 'откачки
а 1т
У7 пред -— 5*10 5
мм рт. ст.
Присоединение изделия
производится через
ре зинов ы й у илот пи -
тель. Откачное гнез-
до встроено в блок
клапанов
11а рос труйный диффу-
зионный насос
ММ-40А. Механиче-
ский вакуумный на-
сос ВН-461М
Карусельная маши-
на для откачки
ЭЛТ
У?пред — 1 • 10*—°
мм рт. ст.
Присоединение изделия
производится через
металлический штеи-
гель
Пароструйным диффу-
зионный насос
ЦВЛ-100. Десятика-
мерный механический
вакуумный насос
И075.003
Карусельная маши-
на для откачки
металлостеклян-;
них СВЧ ваку-
умных приборов
насосов Позиция
удаления сшпенгел*.
загрузки и прев6а~
рительной откатки
Краткая техническая
характеристик1
/'пред — 3'
мм рт, ст.
Присоединение изделия
производит ся ч е ре з
резиновый уплотни-
тель
Средства откачки
Примечание
Десятикамерный меха-
нический ва к у у м н ы й
насос Н075.003
Карусельная маши-
на для откачки
ПУЛ
Рщла — 3* 10 -3
мм рт. ст.
Присоединение изделия
производится через
резиновый уплотни-
тель
Пароструйный диффу-
зионный насос
И076.002. Десятика-
мерный механический
насос И075.003. Ме-
ха н ич еск ий вакуум-
ный насос ВН-461М
Карусельная маши-
на для откачки
ПУЛ и стабили-
заторов напря-
жения
/'пред = 1 • 10 “ 6
мм рт. ст.
Присоединение изделия
производится через
металлический штен-
гель
Пароструйный диффу-
зионный насос
IIВ Л -100. Дес яти к а -
м е р в ый ме х а нич е с кий
вакуумный насос
И075.003. Механиче-
ский вакуумный на-
сос РВИ-20
Карусельная маши-
на для откачки
электровакуум-
ных металло-сте-
клянных прибо-
ров
возду
механическим приводом 11. Впуск атмосферного
ха в колпак перед его подъемом производится через
электромагнитный клапан 12 и клапан 5. В это время
клапан 13 закрыт. При повороте карусели меха-
низм // разобщает клапан 5 и стационарную вакуум-
ную систему предварительной откачки и наполнения
колпака.
«черновой»16 откачки'3кН0Г° вакУУА,иого насоса//?
котоп’каТаЦИи Много,<амепн1 гу0ЛПаКа УлУчшает условия
качТ'Х в д^ьисйшсм п пи ПаСОСОв 7> камер
} колпаков. I зводит окончательную от-
Окончательная
н«мОнасл?У‘'1НЬ1Й Клапана5ИЗг?еЛИя производится через
тромагйчС°М снаб>кенним паР0СТРУйным диффузион-
вусе ВыпНЫе лапаны ^ЛМаслоотРа>кателем 2. Элек-
электпох УСКНой патруоо; 8 вь,полиены в едином кор-
еДинен с ДНИТВЬ1В клапан ЛИ(^'?Ноп,,ого насоса через
ВакуУмНо ЛНой Из камеи м аваРийного закрытия 9 со-
?.асоса 7. X ^Ка^рного механического
Ния атмоЛ«КЛапана являрт/ШМ назиачением электро-
Рийном обг^Ы и Ма<’ла п Я пРедогвращение полада-
В"®П«Й »“'го'1'«апи/с" "““С /ИЗ „асоса 7 при ав»-
'н^едьного АпЬ'’ На Р"с- 2'3 показан
ЛМ.4ппп ',Олотиикового полуавто-
с‘,а ио схем, 9’ вакуумная система к°‘
гард 2-3,4.
“а?ка₽усел'
Крзтк о! техническая
хапактери тика
Средства огкзч! и
ИримечанН'-
мм рт. ст.
Iрм<оединение взделив
производится через
резиновый уплотни-
тель
1Ыроструйный диффу-
зионный насос
И076.010. Десятика-
м е р н ы й м е х а н и ч е с к и й
вакуумный насос
И075.003. Механиче-
ский вакуумный на-
сос ВН-461М
Карусельная маши-
на для откачки
ПУЛ
В вакуумной системе, построенной по схеме
табл. 2-3,5, многокамерный механический вакуумный на-
сос / неподвижен и соединяется с вращающимися с ка-
руселью откачными гнездами с помощью золотника 2.
На позиции загрузки откачное гнездо отделяется золот-
ником от насоса /.
Рис. 2 3. 1С>-местный беззологнчковый карусельным
полуавтомат откачки модели ДМ-4000
- ' 4 сиет™е, выполнении.'
136.1. 2-3,6, О кзч’.а изделий ведется в три ЭТП° Схеце
чале технологического цикла производится „ ’а: п’«а
кач а изделий насосом затем осущеетв яотРП°Вая от-
рптельная откачка изделий многокамерные Пре^-
ским насосом 2 и, наконец, изделия проходя Механ»чс-
самиР/ °1КаЧКе ^^руйными ДиФФузионньнм,^^-
В этой схеме золотник 4 расположен между отгя«.
гнездом и пароструйным диффузионным насосом'«
надежной работы золотника его вакуумные канати Я
1ЦШЦСНЫ кольцевыми проточками, заполняемыми маслом
либо откачиваемыми механическим вакуумным нао-
сом. Вакуумные системы с таким расположением золот-
ника даже при тщательном изготовлении всех элсмен
тов обеспечивают давление в системе не ниже 1х
X 10~3 мм рт. ст. вследствие большой протяженности вы-
соковакуумных коммуникаций и негерметичности золот-
ника.
В вакуумной системе, выполненной по схеме
табл. 2-3,7, золотник 4 расположен в области предвари-
тельного разрежения, вследствие чего в системе можно
обеспечить меньшее давление, чем в предыдущем слу-
чае.
Предварительная откачка изделия и насоса / пр •
изводится отдельным механическим вакуумным насо-
сом 3. Дальнейшая откачка пароструйных насосов осу-
ществляется многокамерным насосом 2. Вакумные
системы, построенные по схеме табл. 2-3,7, применяютс
в карусельных машинах откачки с длительным техн^а,
гичсским циклом, продолжительность которого ДО
точна для охлаждения пароструйного насоса на о
двух ПОЗИЦИЯХ. на-
При применении в пароструйных ДиФФ7зпо1а1В1У0Г1-
сосах рабочих жидкостей с высокой окислитель тсЯ
костью предварительная откачка изделия
механическим вакуумным насосом через I
струйный диффузионный насос, за счет чего
орячий 'Пар0'
э повышает^
"СКЛ1°"лаа"осгРУЙ-
производительность машины, так как
мя, необходимое для остывания и разогрева
иого диффузионного насоса. .стсмЫ. ,1°'
Отличительной особенностью вакуумноф,1*' поТцик
троенной но схеме табл. 2-3,8 и 11МС101аС.р11уя, явЛЯеТ
<акже в области предварительного разрея
ся налично клапана ,5, который исключает нсобходи-
мость охлаждения пароструйного диффузионного насо-
са 1 пер постановкой нового изделия. В остальном
система повторяет предыдущую и используется в кару-
сельных откачных машинах с более коротким техноло-
гическим циклом.
Приведенные принципиальные схемы по исчерпывают
всех возможных вариантов построения вакуумных си-
стем откачных машин. В последнее время в свя и с по-
вышением требований к надежности и долговечности
ЭВП получают распространение бсзмасляные средства
откачки и на высокопроизводительных откачных маши-
нах. Использование бсзмасляных средств особенно эф-
фективно при бесштснгельной, камерной [Л. 6] и раз-
дельной откачке [Л. 12].
2-4. ЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ ФОРВАКУУМНАЯ СИСТЕМА
Централизованные форвакуумные системы (ЦФС)
в основном предназначаются для откачки вакуумных
установок до 5-Ю-2 мм рт. ст. или несколько ниже и
создания предварительного разрежения на выходе паро-
струйных диффузионных насосов или запуска электро-
разрядных магнитных насосов. Применение централизо-
ванных форвакуумных систем улучшает условия рабо-
ты и эксплуатацию вакуумных установок, исключает ви-
брации, шум и загрязнение воздуха производственных
помещений. При этом появляется возможность заменить
большое количество механических вакуумных насосов
с малой производительностью одним или несколькими
насосами с большей производительностью, что повышает
коэффициент загрузки насосов и облегчает их обслужи-
вание.
Па рис. 2-4 представлена схема централизованной
форвакуумной системы, успешно эксплуатируемой
в течение длительного времени [Л. 5]. Система исполь-
зуется на участке обработки экранов вакуумных при-
боров. Многопроводная форвакуумная система собрана
из толстостенных стеклянных труб с фланцевыми бол-
товыми соединениями, схематично показанными па
рис. 2-4 (узел I). Применение стеклянных толстостенных
труб вместо металлических весьма экономично.
Насосная станция системы состоя। из пяти механи-
ческих вакуумных насосов ВН-1Г и двух насосов ВН-6Г.
Насос подсоединенный к гребенке, является зала -
ным и может заменить любой из насосов 8, 5 или Ь.
Насосы / и 2, один из которых также является за-
пасным, обслуживают трубопровод /2, предназначенный
для создания предварительного разрежения 1
3 мм рт. ст.
Трубопроводы 8 и 9 от-
качиваются насосами 5 и 6 до
давления ~5-10~2 мм рт. ст.
и служат для создания в ра-
бочих объемах' установок
разрежения, достаточного
для включения пароструй-
ных диффузионных насосов.
Трубопровод 10 предназна-
чен для откачки пароструй-
ных диффузионных на'сосов.
Трубопровод 11 обслужива-
ет установки вакуумной
сушки. Ра шица в давлениях
в непосредственной близо-
сти от насоса и на копие
трубопровода ЦФС весьма
невелика и иллюстрируется
графиком на рис. 2-5.
Вакуумные системы уста-
новок снабжены электро-
магнитными клапа'нами, уп-
равление которыми осущест-
вляется блоком контроля ва-
млг рт..ст.
Рис. 2-5. Изменение давления
на концах трубопровода в за-
висимости от длительности
откачки.
куума. Блок контроля ва-
куума по достижении в рабочей камере давления 5Х
Х10~2 мм рт. ст. дает команду на се отсоединение от
трубопроводов 8 или 9 и включение пароструйного
диффузионного насоса. В качестве датчика давления
в блоке контроля вакуума используется термопарный
манометр ЛТ-2. Следует отмстить, что переключение
откачки рабочей камеры с «чернового» трубопровода
12 на трубопровод 8 или .9 осуществляется с по-
мощью реле времени, хотя целесообразнее было бы
использовать датчик давления типа манометра сопротив-
ления.
/ — откачка через трубопровод 12:
2 — момент срабатывания клапана-
переключателя; 3 — ст
труС провод 8 или 9;
срабатывания главного клапана;
5 —откачка камеры пароструйным
диффузионным насосом, работаю-
щим на трубопровод 10.
Рис. 2 6. Изменение давления
в рабочей камере.
л
откачка через
л; 4 — момент
В централизованных фор-
вакуумных системах защи-
та трубопроводов то попа-
дания’ в них воздуха при
выходе из строя одной из
установок осуществляется с
помощью электромагнит пых
клапанов, управляемых бло-
ки ро воч н ы м и ва ку у м м ст р а -
ми. использующими в каче-
стве манометрических дат-
чиков ЛТ-2 или МТ-6. Та-
кие системы весьма инерци-
онны и не обеспечивают эф-
фективной и надежной за-
щиты трубопровода при вне-
запном прорыве значитель-
ных масс воздуха. Для этой
цели лучше применить пре-
дохранительный клапан с
линией акустической за-
держки.
На рис. 2-6 приведена
кривая изменения давления
во времени в рабочей каме-
ре с объемом ~20 л, под-
ключаемой к централизован-
ной форвакуумной системе.
Как видно из рисунка, вре-
мя откачки объема от атмо-
сферного давления до дав-
ания 5-10-5 мМ рт, ст\^
ставляст мопсе 5 мин.
Г«М ТРЕТЬЯ. ЭЛЕМЕНТЫ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ
3-1. разборные вакуумные соединения
работы в конкретнсиРрак” Раз$°РН0Г0 соединения для
Руководствоваться сте 1\1опшУ?Ш°И системе необходимо
0 величиной натеканий? хаРактеР”стиками:
кающего в единицу времёни п' Коли',естпом газа, про-
-С поверхностями уг.Х.., ! _п вакУУ-мный
40
объем меж-
и элементом соедипс-
пня, и гакжс за СЧС1 проницаемости газа через магепиат
унло1пит('.'1я; величина натекания выражается в • щ <
/»'• ст./сек, г-мм рт. ст/сск или см^/сек (см. принц-
ипе 19); '
2) । .оот,делением с поверхностей уплотнителя и
элементов соединения, соприкасающихся с вакуумным
ооъем х а ©отделение имеет ту же размерность что
и нате! анис, отнесенную к единице поверхности мате-
риала);
3) м панической прочностью соединения;
4) тс мическои стойкостью, т. е. способностью вы-
держивать многократные нагревы и охлаждения без на-
рушения герметичности;
5) хи?[ической стойкостью;
6) легкостью монтажа и демонтажа соединения и
степенью сложности его изготовления;
7) простотой проверки герметичности.
В разборных вакуумных соединениях в зависимости
от предъявляемых требований к разрежению в вакуум-
ной системе могут быть использованы как неметалличе-
ские, так и металлические уплотнители.
Разъемные соединения с резиновыми
уплотнителям и просты в изготовлении и надежны
в эксплуатации, не требуют больших усилий для уплот-
нения, до имеют ограниченную термическую стойкость
и, как правило, высокую упругость паров уплотнителя,
вследствие чего они широко применяются лишь при дав-
лениях нс ниже 5-10-7 мм рт. ст.
Уплотнители для вакуумных систем в отечественной
промышленности изготавливаются из резин марок 7889,
9024, 1015, 14Р-23 и др. Одной из важнейших характери-
стик вакуумных резин является их газопроницаемость.
Газопроницаемость представляет собой результат соро-
ции газа материалом, диффузии газа через материал и
десорбции газа с поверхности, обращенной в сторон)
вакуумной полости. Константы проницаемости значи-
тельно отличаются для различных газов и сортов рези
ны (см. приложение 33).
Так, например, наименее проницаемыми при
ной температуре по азоту, кислороду, водороду иг -
являются резины марок 9024 и 1015. Наибольшл Р
пикающей способностью из газов обладает водо{. _ ,
гем в порядке уменьшения проникновения след)
•чин, кислород и азот.
( выше газов, резины проннцае-
I перечпеленны?
мы для паров многих растворителей х,
р. толуол и др.), а также для
Крож
(бензол, бензин
этиловый эфир
сложных
газов (аммиак, этан, хлористым
При прогреве в вакууме из резины выделяются газо-
пппячпые, жидкие и твердые продукты. Скорость газо-
жидкие
Рис. 3-1. Зависимость удельной скорости газоотделепия резин раз-
личных марок от времени их прогрева.
/ — резина 1015 при 80° С; 2 — резина 9024 при 80° С; 2 —сезина 14Р-23 пои
200° С; 4 — резина ИР-2 при 150° С; 5 - резина 7889' при 70° С.
Вертикальной чертой на кривых отмечено время снижения температуры
ДО
Пои^лителыипм'1Яаается ПРИ возрастании температуры,
времени сково-ть ^огРесе Резины в вакууме с течением
гает малсГ меняюп РХ°°ТДеЛеНИЯ Уменьшается и дости-
До комнатной техшератупы’'1г1<ИНЫ’ После охлаждения
работанной таким Лг>7Р СКОРОСТЬ пазоотделения об-
(рис. 3-1) Ня этом Р 3°М Резииы резко уменьшается
обгаживания резин, п^ХеТ™6 пРадваРительного
*.ЫХ уплотнителей. Тем не -*
До'Х'0™ Уплотнителей; обра-
й торону вакуумной полости [Л. 14].
ых в качестве вакуум-
менсе необходимо сокращать
режимы
вакуумных рези»
предварительного обезгаживания
и максимальные пабочип ш
Марка резины Тсмпсрату ра обезгаживания, °С Время обезгажи- В.ТНИЛ, ч м -У. И? Ъ'И.НиЯ рабочая темпе* 1 Р-.
78 >9 9024 ИРП-Н'15 1 -1 Р-23 ИРП-2043 60—70 70—80 70—80 230—250 200 10-15 10—15 10—15 10—50 10—15 70 80 80 200 200
Рекомендуемые режимы обезгаживания резин при-
ведены в табл. 3-1.
После обезгаживания резину желательно хранить
в сухом воздухе или азоте.
Основные физико-механические свойства резин раз-
личных марок приведены в табл. 3-2 и 3-3.
Разборные соединения должны конструироваться та-
ким образом, чтобы резиновый уплотнитель не воспри-
нимал механические нагрузки и не влиял на точность
установки деталей.
Также следует учитывать несжимаемость резины,
т. е. сохранение резиной постоянного объема при ее де-
формации. Резины обладают некоторой текучестью, в ре-
зультате которой при длительном сжатии они получают
остаточную деформацию, причем величина деформации
возрастает с повышением температуры.
Наиболее употребительные схемы соединений с ре-
зиновыми уплотнителями приведены в табл. 3-4.
Фланцы разъемного соединения рекомендуется затя-
гивать до соприкосновения металлических по ерхностеи.
В этом случае необходимо предусматривать каналы д^я
проверки герметичности соединения с помощью сч нм <
теля.
Так как резиновый уплотнитель несжимаем, ол кл
быть предусмотрено место для растекания резины п- •
Деформации. Объем канавки выполняемся равным
несколько большим объема резины.
В большинстве случаев удельное давлешк, '
Димое для уплотнения, создастся дефор мая «к и Ь
во го уплотнителя на 30—-10% первоначал '
ны, В вакуумных разъемных соединс ях.
Ма рк
Газовыделение резин
Показатели 7889 1 5024 ИРЛ-1015 ИРГМ363 ИРП-хич
Температура ис- пытания, . Удельная скорость 90 90 90 250 200
газовыделения, л-мкм рт.у(, у^ст./сск- • . . 4-10-0 2-10-» 1.8-10-4 3,3-Ю--1 9.1
Потеря веса за ** • * V
50—60 ч, % . . Характеристика 2,3 3,4 6,2 4,0 0,4
продуктов выде- ления (твердые,
жидкие, газооб- разные) .... ТВ, ж, г ТВ, ж, Г ТВ, Г ж, г Г
щихся частым
разуплотнениям
затворы,
крыш-
(двери
ки и т. п.), предусматриваются канавки с фасонным
профилехм для удержания уплотнителя. В табл. 3-5 при-
ведены размеры профилей канавок и уплотнителей, ре-
комендуемых фирмой Лейбольд.
Уплотнительные кольца вырезаются из резиновых
пластин (ТУ МХП № У-251-54) или склеиваются из шну-
ра прямоугольного или круглого сечения (ТУМХП
№ У-213-54), однако иаилучшие результаты получаются
при непосредственном формовании резиновой смеси и
последующей вулканизации в пресс-формах. В качестве
уплотнителя довольно часто применяется фторопласт-4.
который обладает широким рабочим т( мпсратурным
диапазоном (от —195 до +250°С), «высокой химической
стойкостью и малым собственным газоотделением (на
порядок ниже, чем у лучших сортов вакуумной резины).
К недостаткам фторопласта-4 следует отнести малую
Упругость, большую остаточную деформацию и тек)
честь, которые возрастают с увеличением температур-
Поэтому' при использовании фторопласта-4 в разъемн
соединениях необходимо, чтобы зазоры в етыкиХ
чтобы предотвратить его вы-
превышали 0,1 мм, с тем
тскание. ,0.
Коэффициент трения фторопласта-4 с мета‘1*1^1 _\т.
Ставляет 0,04—0,1, что делает его пригодным для' V-
чсния вакуумных подвижных вводов. При эго.
?
Т а б линя 3-4
Принципиальные схемы соединений с резиновыми уплотнителями (доп>стимук р
• м *»* Ж 1 <4 /* О ПГ 61 Г1 Т1 _ »>**! I
1 1рИ.у.'"1 НИ'
П П
р<» юормГйое
огун е-
пего вакуума
- < м_а> т а-
ПГЖСж <1
* * * < »
»<1бр;п11и-'' л |кр< (|.| чпюе
Уплотнитель из ре шны. - »
.•П’КН'ТСЯ при смыкании
па металл. Употребляется в системах ред-
фланцев метал ла
в* системах ср дн< го
Уплотнитель из резины
вляется при смыкавш
металл. У потребляется
вакуума
^>Ч*.и * ~ч < —“Г •--- —- - -
Уплотпите.ш—'резиновый шланг. Илои.-=
осуществляется при подаче давленья .3 кип
п 1н гни' Употребляется при больш м 'ри
° Ш 'плотнения в системах низкоговаку-
Продолжение табл. 3-4
Примечание
Уплотнитель — шнур круглого сечения. Тре-
буемое усилие на уплотнение меньше, чем
в случаях 1, 5 и 6. Уплотнение осущест-
вляется при смыкании фланцев металл на
металл. Употребляется в системах среднего
вакуума
Уплотнитель из резины. Уплотнение осущест-
вляется при смыкании фланцев с ал. на
металл. Употребляется в системах с ред-
него вакуума
Уплотнитель из резины. 5 п.ютнение ос\щс<г-
влястся при смыкании фланцев метл к. на
металл. Употребляется в системах среднего
на к у \ ма
рЫ профилей канавок и уплотнительных колец
Ж 4 *
ДУ д Фланец Резиновое кольцо
Л Д, 8 т н В
10 16 5 13 3 4 4,8 4
20 26 5 23 3 4 4,8 4
25 32 5 29 4 4,8 4
32 42 7,5 37,6 4,4 6 7,2 6
40 50 9,5 44,7 5,3 7 9 г
50 60 9,5 54,7 5,3 7 9 7
65 85 10 79 6 8 9,6 8
90 105 11 97,7 7,3 8 10 9,5
100 115 11 107,7 7,3 8 10 9,5
125 140 11 132,7 7,3 8 10 9,5
150 165 11 157,7 7,3 8 10 9,5
200 220 13 212,5 7,5 10 12 10
250 270 13 262,5 7,5 10 12 10
300 330 13 322,5 7,5 10 12 10
350 380 13 372,5 7,5 10 12 10
400 416 13 408,5 7,5 10 12 10
500 550 13 542,5 7,5 10 12 10
600 640 13 632,5 7,5 10 12 10
800 820 14,5 811,2 8,8 12 14,5 12
текучесть
ст необходимость смазки. Однако^Предусматривать
и малую упругость матери ‘ ‘ ’ обеспечивая пр!
постоянное поджатие сал ’ 2 пМаться
усилие сжатия не менее 3 могут как выр с
Уплотнители из фтороп пз отдельных
из пластин, так и с1"к^ 'стойкости Ф™Р°оло-
Вследствие высокой хим собой сложный
ста-4 склейка его представля кй.
гпческий процесс. с металл и1
Разъемные соединения с 11римеиения
ми прокладками предназначень 49
4-Ю78
660°
В ПК IV НС1.Х X. ----
емныс соединения должны выдерживать длите пжыс и
многократные прогревы до темпера гуры 300 ОСИ ’С во
врем я обе зга ж ива ни я.
В конструкциях прогреваемых разз>емных едине-
ний уплотнение достигается за счет использован,, пла-
стических деформаций уплотняющей металлической про-
кладки. При пластической деформации материал за-
полняет все имеющиеся па поверхности хил т I цих
фланцев микронеровности. Вследствие юго что к\-
честь металлов по сравнению с резинами невысока, не-
обходимо уплотняющие поверхности фланцев изготав-
ливать с высокой степенью чистоты. Для уплотнения
соединения с металлической прокладкой требуются зна-
чительно большие удельные давления, чем
уплотнения с резиновой или фторопластовой
ками.
Металлические уплотнительные прокладки,
ски. исключают проникновение газов через
уплотнителя, а газоотделение их примерно в
в с. । \ ч а е
ироклад-
практиче-
матсриал
103 раза
меньше, чем у лучших сортов вакуумных резин.
Схемы наиболее распространенных соединений с ме-
таллическими уплотнителями приведены в табл. 3-6.
В соединении по схеме табл. 3-6,1 с канавочно-кли-
яовым профилем в качестве уплотнителя применяется
алюминиевое или медное плоское кольцо. Натекание че-
рез это соединение обычно не больше 10-9 лХ
Хж/сик рт. ст.!сек для диаметров до 800 мм.
Удельное давление на 1 мм среднего диаметра про-
филя составляет 40 г.гс для медной прокладки и 20 кге
для алюминиевой [Л. 16].
ппимлиа«Н'НИС Г канавочио'к-'*иновым профилем широко
пэохо 1'Л1гЯ~ооЯ тР-\^опРоводов с диаметром условного
лаются гл/т ' 'Г Углы профиля канавки и клина де-
метат1ич<‘сгл|*|ТСпВеНН° И с тсм что^ьг уплотнение
канавки п ХХ^й; ™ломкой
нему значитеПК11Л , ? поверхностью клина, благодаря
вергающаяся дебоомзпии1Я п’,0П1адь прокладки, пол-
необходимое д,явадёжнпЛ слсдопательно. и усилие,
профилей канавоХ^Х1юЛОГ,еНИЯ- Г1овеРхности
иметь иш-глт, НОВо,° соединения должны
о.1 а года ря
ниже 9-го класса.
•'илотнительные поок''шгп....
«иния, допускают прогрев"3 ялЮ'
(О } до .ДО С, так как при про-
греке ЛО более
костями, олщина алюминисвои прокладки долж абГт
нс более 0.3 .гл/ из-за оольшого коэффициента л Хо
- - алюминия. Уплотнительные прок ?д н‘
< МР1Н М-лпь'и ЛАГ? __ * 'КМоДКИ,
го ра'.ш'ч'''1 *
изготовленные
,10 450— 600" С
меди марки МБ, допускают
прогрев
в отечестг евной вакуумной технике в системах сдав-
лением ниже 1 Ю мм рт. ст., как правило, употребля-
ется соеди 1 те с кановочио-клиновым профилем и м/г
ной проклалгол. = Г $
С целью повышения надежности уплотнения и
уменьшения у ьчотняющего усилия медные прокладки
подвергаются вакуумному или водородному отжигу при
800°С в течение 5 мин. Иногда отжиг прокладки про-
изводят в в ановитсльном пламени газовой горелки
с охлаждением в воде или на воздухе с последующими
травлением и промывкой.
Соединение по схеме табл. 3-6,2 с плоским профилем
зуба и медной прокладкой употребляется для диаметров
до 200 мм. Соединение с плоским профилем зуба зна-
чительно проще в изготовлении, чем соединение с кана-
вочно-клиповым профилем, но требует вдвое больших
усилий для уплотнения, а медная уплотнительная про-
кладка в этом случае подвергается более интенсивной
коррозии при обезгаживании соединения, так как по-
верхность, открытая на атмосферу, в этом случае зна-
чительно больше, чем в соединении по схеме табл.3-6.1.
В соединении по схеме табл. 3-6,3 в качестве уплот-
нителя также употребляется отожженная медная про-
кладка, которая при уплотнении срезается кромками
фланцев па половину своей первоначальной толщины.
Этот вид уплотнения прост, нс требует высокой точности
изготовления деталей и легко подвергается в0ССтан0В’,с.
нию после повреждения за счет проточки по горн
поверхности [Л. 17]. . . пплгоев
Соединение по схеме табл. 3-6,4 допускаю I
До 450°С. 13 качестве уплотнителя используется1
кольцо трапецеидального сечения, вырезанное а ' во-
1акие соединения нашли применение для ’Р-
ДОВ,5 Диаметром условного пл!1
Соединение по схеме таол. 3-6,о со тПРб\ег Д-1Я
"ндиевым кольцом в качестве уплотншеля Р чу,|3е
Стягцвания значительно меныппх усилии, е-
4*
ний с металлическими
схемы соедине
Принципиальные с. ^пл0ТНителями
Схема уплотнения
Уплотнитель — медное
или алюминиевое плос-
кое кольцо. Уплотнение
м оже т и од во рга тьс я
многократному нагреву
до 300° С (алюминиевая
прокладка) или 450° С
(медная прокладка)
Уплотнитель— медное
плоское кольцо. Уплот-
нение может подвер-
гаться многократному
нагреву до 450° С.
Требуется большее уси-
лие уплотнения, чем в
случае 1
Уплотнитель— медное
плоское кольцо толщи-
ной I мм. При уплот-
нении прокладка среза-
ется уплотнительными
кромками на половину
своей первоначальной
толшины. Уплотнение
может подвергаться
многократному нагреву
до 450° С
•V плотнитель — медное
ко.’пцо, вырезанное из
трубы. Уплотнение мо-
жет подвергаться наг-
реву до 450° С
П П
уплотнения
Ппи'.! Чпние
У плотнитель — свинцовое
КОЛЬЦО 0 1—6 Л1.Ч
рззо бранное
собранное закреплен-
ное
-- или
индиевое кольцо
0 0,6—1,0 лмс Уплот-
нение может подвер-
гаться нагреву до И)0° С
Уплотнитель — медное
кольцо с двусторонними
острыми кромками
Уплотнитель — медное
кольцо с фасонным се-
чением. Уплотнение мо-
жет подвергаться много-
кратному нагреву дс
430° С
Уплотнение может под-
вергаться многократно-
му нагреву до 8С0°С и
охлаждению до темпе-
ратуры жидкого азота
Уплотнитель — медное
плоское кольцо. У плот-
пенне может подвер-
гл гься многократному
лаждению до темпера-
туры жидкого азота
люминисвых уплотните.ющ по допускает пре-
г тишь 10 Ю0° С.
ий йк.выс уплотнители пэтогаилпвшотея аз проиоло-
достаточно надеж-
ки тиаметром о» о,о 1 •
н” уплотняет нс только металлические
кие материалы, как стекло и керамика.
деталп, но и та-
По сравнению со свинцом индий значительно мягче и имен
твеп ость по Бринеллю 0.75 кге.-и.и*. Предел прочное ги ы разрыв
Г25 кгемя*. Коэффициент линейною расширения индия
чл' ‘ ' - ф имест температуру плавления 156,1 С и ладает
упругостью паров. Так, при температуре плавления
нидии имеет упруг^ть пара, равную КГ20 мм рт. ст. „Благодаря вы-
сокой пластичности индий не требует больших усилии д I о к<_-
равен 3,3 • 10
весьма низкой
лги рт. ст. Благодаря вы-
ния надежного уплотнения.
Усилие, необходимое для создания индиевого вакуум-
ноплотного соединения, составляет 5—6 кге па погонный
сантиметр при ширине уплотняющей поверхности 1 мм
(Л. 43].
В конструкции соединения, выполненной по схеме
табл. 3-6.5, индиевая проволока раздавливается и за-
полняет канавку и зазор между стыкуемыми поверх-
ностями. Обработка стыкуемых поверхностей, зуба и
канавки обычно выполняется с классом чистоты Уб.
Толщина индия между стыкуемыми поверхностями по-
сле уплотнения составляет 0,015—0,02 мм. Ориентиро-
вочные размеры уплотнения с использованием уплотни-
теля из индиевой проволоки приведены на схеме
табл. 3-6,5.
Сосдинения с фасонными медными прокладками по
схемам табл. 3-6,6 и 7 применяются в тех случаях, когда
желательно иметь гладкие поверхности уплотняющих
фланцев.
Соединение по схеме табл. 3-6,6 может быть прнмеие-
о в конструкциях с проходным сечением до 1 000 мм
V 1 О].
или отверстий некруг-
с медной птпй- схемы„ та$л- '3-6,6 является соединение
п Чтот тип женнон проволокой в качестве уплотните-
ли очень’ болХТпР™^ннс при унлот-
!ОЙ формы. Для удобства
меньше расчетногобп^п1еТС- несколько миллиметров
волоки соединяются ст метР? Уплотнителя. Концы про-
чищаются <Я стьп<°вой сваркой и тщательно за-
моптажа длина уплотпитсль-
Чтобы проволока удерживалась в момент мтгяжки
•псдииепия, в одном из фланцев предусматривайтак
пзывасмыс «исчезающие» элементы, на которые г
ичвяивают упт с ш. Так в случае уплотнения отвер-
тя прямоугольной формы такими элементами могу»
дь1ть штыри, расположенные в углах прямоугольника
и выступающие плоскостью уплотнения. Отверстия
под штыри дсл<1 ' я несколько глубже, чем длина шты-
рей, с тем что ы I и затяжке фланцев штыри могли
утопиться. ;?
В копструктщ I уплотнения по схеме табл. 3-6,7 после
сжатия простр ’.нсгво между кольцевыми выступами
прокладки откачивается механическим вакуумным на-
сосом, что повышает надежность соединения.
Уплотнение меж ту двумя коническими поверхностями
(схема табл. 3-6,8) осуществляется за счет пластическо-
го течения материала вследствие больших сил трения.
В качестве уплотнителя чаще всего применяется пло-
ское медное кольцо толщиной 0,12—0,25 мм. Плоское
кольцо при затяжке соединения деформируется и приоб-
ретает коническую форму. При дальнейшей затяжке си-
лы трения, возникающие па поверхности прокладки и
фланцев, разрушают окисную пленку и другие поверх-
ностные загрязнения, создавая тем самым условия для
местной сварки чистых металлических поверхностей.
Экспериментально установлено, что оптимальный угол
конуса должен быть равен 20°. Уплотнения такого типа
нашли применение для соединения трубопроводов с диа-
метром условного прохода до 200 мм. работающих^ в ин-
тервале от температуры жидкого азота до 4-800°С. При
работе соединения в интервалах температур 500—800 С
11 от температуры жидкого азота до —80°С применяют
уплотнительные прокладки, изготовленные из никеля,
нержавеющей стали или мягкого железа. Соедг не I ге
Допускает многократное использование уплотнительных
прокладок. Герметичность соединения сохраняется лишь
при одинаковых температурах на стягивающих флан-
НП-''- Для облегчения разборки соединения то. ж г г 6с ть
предусмотрены резьбовые отверстия. Соединение может
Л$5е/Кио Работать и выдерживать температурные пгкл.
Гп>К^л-,После снятия стягивающего усилия с фланцев
Ы. 19].
г -Фланцевое уплотнение, выполненное по схеме
л- 3-6,9, допускает многократное охлаждение и про-
как дальнейшее те-
температуры 1 и
гр Сметного 'натекания при давлениях ниже
и' рт ст- [Л. В, 34]. При внедрении конических
’.ипк В П1ОСКОС МСДНОе КОЛЬЦО ПРОИСХОДИТ ХОЛОДНОС
XX материала прокладки к внутренним цилиндри.
... поверхностям фланцев. Так ^ак дальнейшее те-
чрни" материала прокладки из зоны уплотнения жестко
ёгп ничено создаются высокие давления между уплот-
няющими поверхностями, вследствие чего происходит
„потненис всех мпкронеровностеи и надежное уплотне-
ние соединения. Толщина .медной уплотняющей проклад-
ки обычно около 2 мм.
Преимуществом данного типа уплотнения является то,
что конические уплотняющие поверхности находятся
в углублении, благодаря чему снижается вероятность
их повреждения. Для обеспечения уплотнения достаточ-
но сравнительно небольшой деформации медной про-
кладки. Оба фланца имеют одинаковую геометрию, что
снижает их стоимость и обеспечивает взаимозаменяе-
мость.
Подобная схема уплотнения нашла применение для
фланцев с проходным сечением от 70 до 250 мм.
Металлические уплотнения хорошо работают лишь
при близких коэффициентах линейного расширения всех
элементов соединения, мало отличающихся темпера-
турах стягивающих фланцев и отсутствии их короб-
ления.
--2. ЭЛЕМЕНТЫ СОЕДИНЕНИЙ ВАКУУМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
.. пРоектировании вакуумных установок следует
их соединений6 внимаиие трубопроводам и элементам
вь1бпТниТ?И?еСК11е Размеры трубопроводов должны быть
тивнее мсПаКИМ обРазом, чтобы по возможности эффек'
(см. ч щ ользовались применяемые средства откачк
ханичёсклй рово-’ш Должны обладать необходимой ме
^зоотдеприи рочиостыо, химической стойкостью и малы ~
вых случа<1уем. с внУтренних поверхностей. В отдел’
кРатный нагп 1 . ОПРОВ°ДЬ1 должны допускать мпо1
^°Мм\'тнп\^ С цель,° их обезгаживания. ,
. ицие трубопроводы чаще всего изготи
этся
I* а
Трубопровод
- - Ч м
СЯ из Ло..,
веских материалов,
он кос тонны с сип тот иче
'"‘"ичсской цро
СИНЯ 1'1'-
кои проволокой.
Соединения отдел ь-
ыстеп трубопрово-
дов производятся свар-
кой, пайкой или с по-
-Н1фов И флаи.
чес
ных 1
моШь1°
цев.
фланце-
Уплотнение
вых соединений обычно
осуществляется по одной
из схем, приведенных
в табл. 3-4 и 3-6.
Часто при соединении
ДЛИННЫХ трубопроводов И
подключении средств от-
качки элемент 'Соедине-
ния служит также гиб-
ким звеном, исключаю-
щим передачу вибрд'ций
ня вакуумную установку
1 РвЗи>' '
Рис. 3-2. Быстроразборное вакуум-
ное соединение трубопроводов.
Ц енгг,рирующее
кольцо
и компенсирующим не-
точность сборки и монтажа оборудования.
В зарубежной практике для соединения трубо-
водов с внутренним диаметром до 32 мм широкое
применение нашло бы-
строразборное вакуум-
ноплотное соединение,
конструкция которого
изображена па рис.
'Кать
1’°р;1зборное
Быстрораз б о р н о е
соединение, конструк-
ция которого показана
на рис. 3-3, применяет-
ся, когда необходимо
-ла»пя воздуха в
^ва штУНсра 3 1
1ветствуюпщмд1 концами трубопровод
разъединяемые трубо-
11 5, герметично сое пшенные
Г-----Ф50 ---
Рис. 3-4. Гибкое звено с резиновыми мембранами.
Рис. 3-5
Гибкое ззело с резино-
вой уди жетон.
Тздздмм "•..ЧМУ.•/’<*. П' ;»;..ЗаНО *;г»доже АИС
ивижй'ги до соедчнелия со рлорык
Т’/уО .гронъдом.
10^5
го Хия1/'™у1С₽п"“ГОЩЬЮ резинового кольца кругло-
шестью шариками 6 11ввются в соединенном состоянии
шариками 6. Для разъединения штуцера необ-
ходимо кольцо 5 оттянуть
вправо, после чего шари-
ки 6 получают возмож-
ность выйти из кольцевой
канавки штуцера 8. В мо-
мент разьединения шту-
церов клапаны 4. имею-
щие резиновые уплотни-
тели 2, за счет действия
пРУ>кин 7 надежно пере-
крывают отверстия в шту-
вера.х 3 и 8 и концы тру-
бопроводов оказываются
ким образом , /Пл°тненными. Размеры
• по УплОтН} СОеДинения выбраны та‘-
5г5е?С1?>-> ’ Ншь после тпгХ°ДИг с Цилиндрической
пфе?? "е°‘- 'сое^’^одоз °’ Как клапань1 4 перс-
* „склю„аюшк
РУющее неточность сборки
Рис. 3-6. Прогреваемое гибкое звено.
и монтажа, показано на рис.
"1Ь1 играют роль компенсирующего
г 3-4. Две резиновые мембра-
мплотните
’ ' Достаточно просто осуществляется гиокос
длинных металлических трубо-
соединен
бопроводов с помощью рези-
новой манжеты, как это пока-
зано на рис. 3-3. Резиновая
манжета может изготавли-
ваться из плоской резины и
соединяться в кольцо методом,
горячей вулканизации с после-
дующей шлифовкой. Внутрен-
ний диаметр манжеты обычно
делается на 10—15 мм мень-
ше наружного диа'метра тру-
бопровода.
Падежное уплотнение со-
Рис. 3-7. Фланцевое уплог
некие больших труболрово
ДОВ.
единения достигается при
по-
са (ке манжеты на концы тру-
бопроводов С ПОМОЩЬЮ К1СЯ
88-П (ТУ МХП УТ-880-58).
Прогреваемые высоковакумм
няются гибким звеном (рис. 3 6)
1еско1 о сильфона /, 'приваренного
пые трубопроводы следи
к двум фланцам 2
Ряс. 3-6 Уплотнение флан-
цев с помощью струбцин.
Уплотнение гибкого
1В этом случае производит''
с помощью модного или а-т
миниевого уплотнителя 3 '
Для трубопроводов с боль-
шими наружными диаметрам
уплотняющие фланцы получа-
ются достаточно громоздкими.
11а рис. 3-7 показано соедине-
ние с металлическим уплотни-
телем, в котором с целью
уменьшения уплотнительных
фланцев применены струбцины
1 (рис. 3-8) (Л. 44]. Уплотните-
лем может быть медная круг-
лая проволока 2 либо кольцо
круглого сечения из синтети-
ческого материала. Фланце-
вые соединения такой кон-
струкции применяются для
трубопроводов с наружным
диаметром от 240 до 600 «о.
В 1многопроводной форва-
куумной системе, собранной из
тол стостенн ы х стеклянных
труб, применено фланцевое
болтовое соединение, поюа’зан-
ное на рис. 3-9. Резиновая
Т-образная прокладка /сжата
двумя резиновыми 'кольцами--
плотно натянутыми на стек-
лянные трубы 4 и стянутыми
литыми фланцами 3. Экспери-
ментальная проверка показа-
ла’, что натекание каждого
фланцевого соединения состав-
ляет не более 0,6-10-3 л •лги
Труби ч . а рг- ст./сек [Л. 5].
тройники 1 3 0НПЬ1е 'части к ним (переходники.
та № 13 иг гпг'-т в?Готовл я ются из термостойкого стек-
- по I ОСТ 8894-58.
В лабоп- 33 откач,’ые гнезда
стве при огкйи!-!10'1. п1)актике и мелкосерийном произвол
бо стеклянных и металлостеклянных изд
„„енис ИХ I вакуумной системе обычно про-
ЛИЙ присосдимен а1ШЛПИЯ пламенем газовой горелки,
изводится путей напайки ИЗделия на сте-к-
11ногда пггтчном штенгеле заранее делается суженный
ля-нном. т-п< .называемая «перетяжка», которая предна-
значается для последующей
В серийном и ма совом
нения изделий к вакуумным
„ые гнезда разнооораз-
ных конструкции.
На рис. 3-10 пред-
ставлено откачное I пс-
здо карусельного полу- •*_
автомата откачк элек-
троннолучевых трубок
с резиновым уплотни-
телем и ручным винто-
вым зажимом. Подоб-
ные гнезда (применяют
и при откачке ряда
других приборов. При
вращении рукоятки 1
резьбовой стакан 6 че- [
огпаики приоора.
(производстве для присоеди-
системам применяются откач-
3-10. Откачное гнездо полуавто-
рез 'ПОДШИПНИК 5 И мата откачки ЭЛТ с ручным винто-
шайбу 7 нажимает на вым зажимом.
резиновую муфту 4,
которая плотно обжимает стеклянный штенгель изде-
лия. Корпус гнезда 3 имеет кольцевую полость
ограниченную с внешней стороны стаканом 5. В этуг по-
лость может .подаваться вода для охлаждения резино-
вой муфты во время откачки и обезгаживания изделия.
Предохранительная сетка 2 защищает вакуумную систе-
му' от осколков стекла при поломке штенгеля.
Наличие «перетяжки» на стекляннохм штенгеле резко
снижает эффективную быстроту откачки.
Применение отпая с интенсивным нагревом штенгеля
электрическим нагревателем позволяет использовать
стеклянные штепсели диаметром до 10 .ч.ч и без «пере-
тяжки».
лей / и 2. В начале
а рис. 3-11 показано устройство для отпая стеклян-
ных штенгелеи с электрическим нагревом. Нагрев штен-
1еля цроизвоинся с помощью двух нихромовых опира,-
ппг>». отпая напряжение подается ото-
временно на обе спирали; при этом спираль 1
нагревает-
высокова-
<;овременными
напряжс-
6 — токо-
в полость ог-
п повышает
показали, что
чин (
б
чие Л*‘5’0
“езил пт
52 Ъ
паянного издели'/
з нем давление.
Исследования
к '• у м иы м и системами
а,кл нашли широкое
штенге ли, чаше всего
при нагревании стекла во время
отпая выделяются главным обра-
• ом пары воды, двуокись и окись
,\5‘1еР°-!а и значительное количс-
1а (см. приложение 38) •
при сочленении изде
лчлене’ые
»го штеагелл
гнездом с
Рис. 3-11. Устройство для отпая штепгсля с нагревом
его электрической спиралью.
/. 3 — иихрим-пв’де спирали; 3 — контакты для подачи
и :й г. а злектроды изделия; 4 — основание; 5 — корпус;
ввод; 7 — керамическая изоляция.
ПрХТ™ ™°~750°с- а с""₽а- 2 яо 80°-
чего слизан 'г п ТЛЗЯ пР°должается около 4 мин, после
?31Ь ' а „а сп.грал.„ 2 тем!„ература
снижается и производится от-
жиг места отиая.
Необходимо отметить, что как
при отпа’е газовой горелкой, так
15 при нагреве электрической спи-
ралью из стекла выделяется зна-
чительное количество газов, часть
Один из варпап гов ссчлсче!;Ия Металлического (11Т.
с вакуумной системой показан на рис 3 19> и жп'Н:е М
ванный медный штеи\(!, с тените I иазв3лъц -
ниппелем 3 и шайбой У впаивается Г вадет“««
твердым припрем. Разрезная накидная гяТГ/ ",де-™я
мает развальцованный конец шгенгет' У пР»ж»-
।.....................
* «угол конуса
Развально-
мает —
скругленной поверхности каленой головки 4. Угот конуса
развальцованной части штснгсля должен быть паяем
углу внутреннего конуса на нцппелц ВиутреХ кони
веская поверхность ниппеля прижимает развальцован-
ную часть медного штснгсля
к скругленной поверхности голов-
ки. При этом усилие, необходи-
мое для уплотнения, получается
небольшим, так как дсформируе-
мая поверхность штснгсля неве-
лика. Шайба служит для умень-
шения трения между гайкой и
ниппелем. Поворот штснгсля от-
носительно головки недопустим,
так как возникающие при этом
Р.чс. 3-13. Сочленение ме-
таллического штепселя с
откачным гнездом с по-
мощью рычага.
задиры на поверхности их кон-
такта могут стать причиной не-
герметичности. Для предотвра-
щения поворота ниппеля со штен-
гслем изделия относительно го-
ловки предусмотрены выступы на ниппеле и соответ-
ствующие пазы в головке.
На рис. 3-13 показана несколько видоизмененная кон-
струкция сочленения металлического штеигеля с вакуум-
ной системой.
Так же как и в предыдущем случае, медный штен-
гель 1 с предварительно надетым ниппелем 5 впаивается
в корпус изделия твердым припоем. Рычаг 2, на который
воздействуют болтом 3, через ниппель 5 прижимает раз-
вальцованный конец штепселя к полированной поверхно-
сти головки 4.
При прогреве изделия рычаг г . -
го элемента, компенсирующего разность величин линей-
ных удлинений деталей откачного гнезда, за счет чего
повышается надежность уплотнения штенгеля. Для
штенгелей с внутренним диаметром больше 15
но применяются фланцевые
клиповым профилем .и медной
выполняет роль упруго-
I ООЫЧ-
уплотиения с канавочно-
уплогнителыюй прокла д-
. . о и Отделение изделий от вакуумной систе-
К0Н (2,н ^гвтяется методом холодной сварки металличе-
•' оАКОвремевпой его отр . > (Л. 7.3].
;М. ЭЛЕКТРИЧЕСКИ С ВАКУУМНЫЕ ВВОДЫ
Во внутренних объемах вакуумных установок могут
находиться нагревательные элементы, различные датчи-
ки и иные устройства, требующие применения электри-
ческих вводов. В зависимости от электрических параме-
тров питания, конструктивных особенностей и условий
эксплуатации электрические вводы
могут быть подразделены на три
основные группы: низковольтные
низкочастотные, высоковольтные
низкочастотные и высокочастотные.
Низковольтные в а к у у м.
н ы е вводы (до 250 в) в свою
очередь делятся на сильноточные и
слаботочные. Сильноточные вводы
служат в основном для подвода
..ЛЛЫЮТОЧ-
У.-гАИ вакуумный ввод.
1 — мед.'ЫЙ пер лень;
2 -- рездновий
Те»* • п
... о — нзолицнонние
к '.’ьг.з; 4 — нотреватель.
электроэнергии к нагревательным
элементам, расположенным внутри
откачиваемого объема. Для 'исклю-
чения нагрева свыше допустимой
температуры сильноточные вводы
охлаждаются -водой. Практически
вводы, предназначенные для пропу-
скания тока свыше 100 а, должны
иметь водяное охлаждение. Пло-
щадь поперечного сечения водоох-
лаждаемого электрического ввода
Должна быть такой, чтобы плот-
тока не превышала 10—
12 а1 мм2 г- 1
С ВеОДОМ)
,,а ' °ез охлаждения допусти-
до ™Отаость тока для мсди не
должна превышать 3 а/мм\ а для
ка вя,МаркиХ18нЮТ 1 а!мм\ Стен-
>о тока "’ ПреднааначсннтУУМН0Г0 объема, граничащая
а ней еиакже должна оЛЛЯ Опускания 'переменно-
•<ос1ь Т0‘^'1Яется значитЛ ЛаЖАаться водой, так как
На быть },(1В?'Ссте контакта т° Количество тепла. Плот-
(й ' ' б«лее 2 а/.«Л(2 ОКопРОвода и ввода долж-
’ в случае если токоподвод
тоже Охлаждается водой, допустимая
сги тока может оыгь увеличена д0плоШ.
Следует отметить, что ппи 4 Мм-
мх поверхности контакта 6™™,°ВЫХ Р^ечегны-
тока будет разной „ завнемоетн о, рС“ая пло™«г
контактируют,1х поверхностен стет,™ обРавогкн
"" их загрязнения
Рис. 3-15. Токоввод для систем
свор х вы сок ого в а к у ума.
1 — стержень; 2 — керамическая
втулка.
и удельного давления в соеди-
нении. рис д Вакуумный
На рис. 3-14 изображен ввод термопары,
сильноточный ввод, применяв-
мьш в вакуумных системах с давлением не ниже
0 ’ Ю"7 ям рт. ст. Вакуумные выводы, используемые в си-
стемах с давлением ниже 5-10-7 мм рт. ст., должны
уплотняться с камерой через металлическую прокладку.
Изоляционные элементы этих вводов изготавливаются из
керамики или стекла, что позволяет при необходимости
прогреть вводы с целью их ввод простейшей
На рис. 3-15 приведм про г «»м1и в с„сдаЖ
конструкции, пригодный ДЛ
высокого и сверхвысокого вак}. • • „ иа рПС 3-16. \ Д°’
Слаботочный ввод, изоор<с/ []3 ва!<уумного ооъе-
бен для вывода концов терм ‘иеиия компенсационных
ма, так как в этом случае соединен^ вакуумноп поло-
проводов с термопарой нах ' .вается еще и тем. ч
с!и. Такая конструкция обое.ювьщаегс^ ^.13оежяо
все контакты, находящие1-51 теплоизлучения. При ’
подвергаются нагреву за сч В119Сяшая сущеезвы -
образуется паразитная э. Д- •’ ^ыиесенпе места с
оншбки в показании термо, >• -термопарой из
нения компенсационных пр ', епШо. т. е. из ва,^}я
сги, подвергающейся теплоиз. р030Дцик уплоь -
объема, устраняет эти ошибки. Ш
резиновым
няюгся при
нон
МОШЫО ИЗЖнмИ?0Ва»НЫЙ
"?!,*«маг]ся-;к кольца /
•Ч1!И 3 вакуу резк,19зому у
Д'ЗИНОВЫМ
от стенки
2 Корпус ввода изолирован
ры изоляционными втулками 3
уппотнителем 5, деформация
вводы при-
доорого ограничена кер-’
Высоко волы 250 6> а также ,пр|,
необходимости исключить уточки в из-
нмн высоковольт-
ный ввод.
мерительных цепях.
Вакуумный ввод с малыми
эл ек-
изображен на
ий штекер 1
трическими утечками
рис. -
изолируется и уплотняется фторопла-
стовой' втулкой 3. Усилие уплотне-
ния втулки с корпусом создастся при
затяжке гнезда 2. Втулка должна
иметь достаточные размеры изолирую-
щей поверхности, с тем чтобы исклю-
чить утечки. Тем нс менее высоко-
вольтные вводы лучше всего изготов-
лять с использованием керамических
изоляторов, как показано на рис. 3-15.
В случае напряжений, больших
1 500 в, керамический изолятор дела-
ется ребристым для увеличения про-
тяженности изолирующей поверхности.
1-
в-ег.. пп _ т н ы е в а к У у м н ы е ввод ы чаще
(свыше’ "1 500 ДЛЯ падвада тока высокой частоты
к мнах-кт п- 4 от высокочастотпого генератора
1!ас1отные^звотче-11СИНОМ' В вакУУмном объеме. Высоко-
ной энергии X 7^ •меньшения потерь высокочастот-
и охтяЛ? п?авило,
охла-маются вок.г. п ~
выполняются коаксиальными
3-5- СМОТРОВЫЕ ОКНА
Давление-
Од^а9-СЯ.СМо1Рэзь1е окна0' .'‘1М рт' ст' ШИРОКО ПРИ’
на пио \К.0}1стРУкций Резин°вь1ми уплотнителями.
- “ярового окна показана
С1екляаный диск 5 с по-
1СРез мягкую прокладку 2
^отнигелю 3. При проведе-
ическпх операций, связан-
• С'еклянпый диск изготав-
внутренней поверхности стеклян-
ного диска от напыления ино-
гда ставится защитное стекло 4,
которое периодически заменяет-
ся. В некоторых конструкциях,
особенно связанных с интенсив-
ным распылением, применяются
защитные металлические заслон-
ки, отводимые па короткие про-
межутки времени. В конструкци-
ях с поворотными дисками с на-
бором защитных стекол и свето-
фильтров применяются специаль-
ные механические щетки, которые
очищают защитные стекла и све-
тофильтры от напыляемого слоя.
В высоко-вакуумных напыли-
тельных установках нашли при-
менение перископы. Для увели-
чения обзора внутреннее зеркало
перископа делается поворотным.
Попадание распыляемого веще-
ства на -внутреннее зеркало пе-
рископа не затрудняет наблюде-
ние, так как отражательные
свойства зеркала при этом меня-
ются незначительно.
С целью защиты смотровых
окон от напыления и теплового
излучения также применяют бы-
стро вращающиеся диски с про-
резями. При этом интенсивность
напыления снижается пропорцио-
нально отношению длины окруж-
ности с радиусом, равным рас-
тояпию от осп вращения диска до
середины окна, к ширине паза.
При скорости вращения диска бо-
лее 1 500 об/мин достигается хо-
Рис. 3-18. Смотроке
окно с резиновым уплот-
нением.
Рис. 3-19. Смотровое
окно для сверхвысокого
вакуума.
решая видимость через окно.
В установках со сверхвысоким вакуумом употребля-
ются смотровые окна без резиновых уплотнителей, как
показано на рис. 3-19. Стеклянный колпак / приварен
к коваровому стакану 2, сваренному в свою очеред-
веющей стали. Фланец еплогащ-т.
, .4 па епс, металлическую прокладку.
' Ф: -дач»»' об”'""т ,,ц рушепкя соединения стекла
<;\\ ;„е.тодра»<!'1',,’Х металлического уплотнения пеоб-
1 «том при затяжке очиыс канавки. Смотро-
Д°ПУСКаЮТ "Р°Г₽“ “
ВЬН' ОКЛаоГ01
300—4 э0 ь.
З-р УСТРОЙСТВ \ для ПЕРЕДАЧИ ДВИЖЕНИЯ В ВАКУУМНЫЙ ОВЬЕМ
Возможность использования того пли иного 'ввода
движения в значительной степени определяется конструк
иней уплотнения элемента, передающего движение в ва-
куумный объем. Конструкция уплотнения определяет
рабочую температуру, скорость перемещения, срок"служ-
бы и другие параметры ввода.
В зависимости от схемы конструкции уплотнения вво-
ды движения можно классифицировать следующим обра-
зом:
с сальниковыми уплотнительными элементами;
с гибкими уплотнительными элементами;
с передачей движения через неподвижную перего-
родку.
В табл. 3-7 приведены основные схемы конструкций
вводов движения с сальниковыми уплотнительными эле-
ментами.
плотнительные элементы в конструкциях по схемам
табл. 3-7,1; 3-7,2 изготавливаются из маслостойкой
быть обеспеченаЫпшп3ДСЖПаЯ Ра°ота устройства может
вала и тщатеткипл Ь ПРН полиР°вапной поверхности
«ос вни-ма^е с“едуегГобпВ;’е,,ИИ Рез“™0“х колец. Осо-
дня внутпеппну о°рзщать на качество изготовле-
новымн колыпмн^о М°К Резиновь1х колец. Между рези-
сгва требуют чястайлнвается вакуумное масло. Устрой-
расположфия в мчп'' Ревизии поэтом)' должны быть
Ввод движении 0Иых для обслуживания местах.
с Фторопластовой в ВЬ1П0лнснныи по схеме табл. 3-7, 3,
во его отличает лт г^ЛК0я не требует смазки, что выгод-
• • от вводов по схемам табл. 3-7, 1 и 2. Так
с фторопластовой втулкой не т
» Ж — — -
П 1 и --
(ПОДВИЖНЫМ поли
свойства рези-
менее упруг, чем резина, " '^’пеНсаи.и’’
чительную остаточную деформацию, для лоТцяЮ1Це11
износа и обеспечения плотного контакта У _.,,ни-
Ф:пропластовой втулки / (рис. 3-20) с I...
рованным валом 5 используются упругие
Т । '> и п я 3-7
В од л движения с сальниковыми уплотнительными
элементами
№
п/п.
Наименование вво-
да движения
Схема конструкции
Примечание
С уплотнением
Вильсона
С резиновыми
армированны-
ми кольцами и
С Пру/КИНОЙ
С фторопласто-
вой втулкой
I. I (аиболыиая допус•
тнмая температура
определяется мате-
ри а лом у илот н ит е ля
(см. табл. 3-1)
2. Натекание не более
5-10"1 2 * 4 л-.чл-
-рт. ст./сек
1. Наибольшая допус-
тимая температура
определяется мате-
риалом уплотнителя
2. Натекание не бо-
лее 1 • 10 ~4 л • лья -
• рт. ст. сек.
То же
Ч П.1
1
I Ьим > >ржие пвэ
Л ХЯПЖ; «ПЧ
Примечали»’
(' промежуточ-
ной огкачкой
'Х’М.1 К(’Н Т|)укцни
тимая 1
450—700е
лаждении
--|
2. Натекание не более
10-7 л-льн рт, ст./сск
Допус
При м с ч л н и е. СМеспсчнвзют передачу поступательного, вращательного и ком-
биянревзиного движении.
новых колец 2, предварительно деформированных с по-
мощью нажимной гайки 4 и втулки 3.
В ряте сверхвысоковакуумных установок нашли при-
менение вакуумные вводы движения с промежуточной
Рис. 3-20. Устройство для ввода вра-
щения с использованием фторопла-
ствой втулки.
откачкой, выполненные
по схеме табл. 3-7, 4.
Уплотнение вала в
'перегородке, отделяю-
лдей камеру с проме-
ж уто ч н ы м давлен нем
от атмосферы, изготов-
лено в виде сальника.
Уплотнение вала в
стенке, отделяющей ра-
бочую полость от поло-
сти с промежуточным
давлением, осуществля-
ется за счет малых
зазоров между валом
лько сотых миллиметра.
и втулкой. При зазоре в неско.*^^ - •*“йХ’ии про-
длине втулки порядка 40 мм и диаметре вала
пускная способность щели не превышает 5’1 дВи-
В лабораторной практике иногда применяют вв°потнЯю-
жения с жидкостными затворами. В качестве у* вВода
т$й жидкости чаще всего применяют ртуть, ьх
70
В качестве уплотняю
— Л
ЛвИ!1Н ’ с Р’УТ >ым затвором изображена на рис 3-21
[Л. 40]. Корпус / имеет глубокую кольцевую прогД
в которую залита ртуть. К вращающемуся валу 2 пви
варен стакан 3, нижний торец которого погружен в жиа-
ко Iь. Для сокращения высоты жидкостного затвора не-
обходимо уменьшить разность давлений внутри и снару-
жи стакана. В данной конструкции это достигается
ЖII
применением дополнительного уплотняющего резинового
кольца 4 и откачкой простран-
ства над ртутью до давления
~ 1 мм рт. ст., осуществляемой
механическим вакуумным насо-
сом через откачной штуцер 5.
Эта конструкция ввода наряду
с передачей вращения позволяет
совершать небольшие возвратно-
поступательные перемещения, ве-
личина которых ограничивается
глубиной погружения стакана
в жидкость. Наибольшее число
оборотов 'вала лимитируется тем,
Рис. 3-21. Устройстве
для ввода движения с
что ртуть увлекается вращаю-
щимся стаканом, вследствие чего
происходит нарушение герметич- использованием жидко-
ПОСТИ ЖИДКОСТНОГО затвора стного затвора.
[Л. 41].
Схемы конструкций вводов движения с гибкими
уплотнительными элементами приведены в табл. 3-8.
Вводы движения с применением металлических
сильфонов или резиновых диафрагм, выполненные по
схеме табл. 3-8, 1, надежнее устройств, приведенных
в табл. 3-7, проще в эксплуатации, но могут обеспечить
передачу сравнительно небольших поступательных пере-
мещений.
Для передачи значительных крутящих моментов це-
лесообразно применять устройство по схеме табл. 3-8, о.
Конструкция такого устройства, рассчитанного на пере-
дачу момента до 1 500 кгем, показана на рис. З---.
В связи с трудностью обеспечения соосности наклонных
расточек в поводках 1 и 5, общая ось которых должна
• 'Проходить через центр пространственного шарнира, в по-
водке 1 устанавливается сферический шарикоподши
пик, а поводок 5 выполняется с пазом. Шарякопод ч -
ники 3 помещаются в прямоугольную бронзовую обоим}
а ппзу поводка а, компенсируя тем
( , .топая скользит в -пенп.л и еборкп узла.
4' ^ неточности и.оото ч сш1>1 в подшипниках, за- I
<3" • >.Щпй «оме"Т "Хом звене 2, воспринимается
пенных иа -пром к'1 в связп с чем гиокпи гер-
™л,’огтью разгруже” от "*
":"ХСпряжений., „ „яготовлснпи устройство, выпел-
Хитслъио прошс в и 0 этот ввод движения
"ос ПО схеме таол;3г„’„до меньше крутящих момев-
”бе'Хивает передачу г°₽а ^ртющий элемент (диафраг-
как гибким перметш-к. щим моментом от
ая’или сильфов) нагрХежут°™ого ЗВе”а’ " раМУСЫ
м ?Хчя в опорах пром ыл , звеньях должны
сил тре * ведущем и хттоиь <л величины де-
коивошипов на вед ш, $ ограничения велишны де
бХГерметизирующего элемента.
Т а б л и ц а 3-8
Вводы движения с гибкими уплотнительными элементами
п п.
Ндимен-в пше
ввода движе-
ния
Схема конструкции
Примечание
Ввод поступа-
тельного
движения
1. Уплотнительный элемент—
металлический сильфон
или резиновая мембрана
2. Допускает нагрев: а) до
150—700° С в зависимости
от материала сильфона;
б) до 70—150° С в зави-
симости от материала ре-
зиновой мембраны (см.
табл. 3-1)
Ввод к ач отель-
ного движе-
ния
То же
П родолжснм табл.
Примечание
II П
I. Уплотнительный элем нт—
Ввод вращения
венным мар-
го же
металличесг ий
чли резиновая
сильфон
мембрана
точным зве-
ном, соверша-
ющим плос-
копараллель-
ное движение
I (^именование
ввода движе-
ния
ра л у у л/
1 ГП—700* С в зависимости
от материала сильфона;
б) до 70—150° С в Iзави-
симости от материала ре-
зиновой мембраны (см.
табл. 3-1)
Ввод вращения
с разгрузкой
гибкого эле-
мента от
скручивания
с ПОМОЩЬЮ
планетарной
^зубчатой пе-
редачи
Прнмечанне
ти 1а движе-
ния
Ввод вращения
е и пользова-
нием волио-
V плотните льный элем,
металлический тонко
ный деформируемый ста.
кан
* применяется в сверхвы.
соковакуумных
СИстемах
Звод вращения
с и пользева-
ннем дефор-
мируемой
шестерни
(зчбчатой вол-
нлвгй передачи)
1. Уплотнительный элемент—
металлический тонкостен-
ный деформируемый ста-
кан с зубчатым венцом
на наружной поверхнос-
ти
2. Применяется в
соковакуумных
с верх вы-
системах
Па рис. 3-23 показано устройство для передачи вра-
щения с использованием в качестве подвижного уплотне-
ния металлического сильфона 3. Ведущий вал 4 черм
/промежуточное звено
2, совершающее пло-
скопараллельное дви-
жение, передает вра-
щение ведомому валу
1. Эксцентриситет про-
межуточного звена от-
носительно оси веду-
щего и ведомого валов
определяет .величину
у си ли й, в о з действ у ю -
щих на подшипники
устройства. Величина
эксцентриситета огра-
ничивается величиной
допустимых деформа-
ций металлического
сильфона >и не может
быть большой. В при-
веденной конструкции
величина эксцентриси-
тета составляет 4,5 мм.
Устройство такого ти-
па может с успехом
применяться <в систе-
мах высокого и сверх-
высокого вакуума.
Для передачи вра-
щения в вакуумную по-
лость при больших мо-
ментах сопротивления
применен ввод, выпол-
ненный по схеме
табл. 3-8,5 [Л. 228]. Ха-
рактерной особен-
ностью ввода движе-
ния по этой .схеме яв-
ляется использование
планетарного механиз-
ма для разгрузки силь-
фона от скручивающих
5 — шарикоподшипники; 4 — обойма
Рис. 3-23. Устройство для враще-
ния с плоскопараллельным движе-
нием промежуточного звена.
- помощью вала с изогнутым концом ка,
...........Г. А Л-А ..... ’ К°Т0-
Промежуточное звено
жестко закрепленным
ничсскпм сателлитом в
свою очередь вставлено
по ходовой посадке в на-
клонную расточку в веду,
щем поводке. Момент от
сил трения, возникающих
в опорах промежуточного
звена, воспринимается
планетарной шестеренча-
той передачей, 'сателлит
п солнечная коническая
шестерня которой име-
ют одинаковое число
зубьев.
/ ведомый вал; 2— промежуточное
металлический сильфон; 4 —
ведущий вал.
знено; 3 —
менно является редуктором с
показан ввод вращения,
|прсдназпаченнын для пе-
редачи значительных кру-
тящих моментов с раз-
грузкой сильфона по
схеме табл. 3-8, 5. В этой
конструкции солнечная
шестерня 1 и сателлит 7
имеют одинаковое число
зубьев. Вращение шестер-
ни 2, сидящей на ведо-
мом валу, передается вто-
рой, внутренней шестер-
ней-сателлитом б, имею-
щей обычно число зуоь-
ев, большее на единицу,
чем шестерня 2. Поэтом)
ввод движения одновре
передаточным отношением
♦
I —
где 21 - число зубьев шестерни 2;
‘ - число зубьев сателлита 6.
Для ограничения деформации сильфона необходимо
стремиться к уменьшению угла качания б (рис. 3-24) и
обычно б~2->4°. При этом передаточное отношение ме-
ханизма более 200, так как
соз 8 = Д—.
1 4- 1
Сбор <у механизма надо осуществлять таким образом,
чтобы сопряжение зубчатого зацепления шестерен / и 7
Рис. 3-24. Ввод вращения с коническим планетарным редуктором.
— солнечная шестерня; 2— шестерня ведомого вала; 3— резиновый уплотни-
тель; I—металлический сильфон; 5 — ведущий вал; 6*—внутренняя тестер: я
сателлита; 7 — наружная шестерня сателлита.
не вызывало даже малейшего скручивания оболочки
сильфона; в противном случае срок службы сильфона
резко понизится.
Значительный интерес представляют вводы движения
с волновыми передачами [Л. 28. 38]. На схеме табл. 3-8.6
показан ввод вращения с волновой передачей, в которой
в качестве гибкого элемента применена плоская метал-
лическая мембрана.
Па рис. 3-25 показана схема ввода вращения с вол-
новой передачей и гибким элементом в виде тонкостен-
ной гибкой трубы.
Внешнее жесткое кольцо 2 имеет эллиптическую
расточку. Поперечное сечение вала 3 также представ.тя-
77
йг собой эллк-пс. имеющий ту же разность размеров
ботыиой 11 -малой осей, что и эллн 1 гчческая расточка во
внешнем жестком кольце 2. В эллиптическую расточку
вешнего кольца на внутренний эл пиитический .вал надо-
• ’пеппачьные шарикоподшипники, имеющие обоймы
Г милой жесткостью, которые при монтаже •подшипников
м чоспочные места принимают эллиптическую форму.
В кольцевой зазор между внешним и внутренним шарп-
коподшипннками вставлена тонкостенная, неподвижно
а) в)
Рис. 3-25. Относительные положения элементов устройства для вво-
да вращения с использованием волновой перс гачи.
закрепленная гибкая труба /. При вращении внешнего
кольца гибкая неподвижная труба деформируется таким
образом, что волна деформации следует за поворотом
осей эллиптической расточки в стакане 2, увлекая за
собой внутренний вал 3.
\Фитлп₽,,к’. ° показаны три положения основных эле-
Знагпм 1^ха‘П13ма’ последовательно повернутых на 45°.
< » отмечены относительные 'положения этих
элементов во время вращения. На рис. 3-25,а «се знаки
п о'о-'1- 1ают- При повороте внешнего кольца 2
Р!-с- •'-°,о) происходит деформация трубы 1 и поворот
и'|-йтнг1Пе1° Вала Рпоунок 3-25,6 иллюстрирует даль-
мяпшл' 110®°’,)0Т кольца и, следовательно, вала и дефор-
мацию трхоы.
II** < *
ш тт!™/ 2$ показана конструкция волновой переда-
ческой па-тгш0^-0111 И3 наРУжного иакана 1 с эллипти-
1я )нйпи-вРа,лтаЮщСгося относительно корпуса
СКИМ ппраш,,,,. ! рсиипп вал О С
на шарИкХдш",яика₽хаШаеТСЯ от"осительи° К0Р'
Д ' . ЛЯС ИОг ! гл ..
4. На эллиптические лоса-
жес1|°1^1е11и 11,арикоподшипники
С[и. Шарики внутреннего под-
пвшнпка Д и подшипников 7 покрыты диет и.фи и,- м<-
лиодена (А1о32), играющим роль твердой смаэки
Гибкая герметизирующая труба 6 изготовлена из теп
мически оораоотанпой углеродистой стали и вак-мио
плотно соединена с корпусом 7. Толщина стенок то би
равна 0,2о мм. Для предохранения се от поврежлений
кольиами шарикоподшипников 5 па нее с двух столп,
) 1 овыс обоймы 8. В описываемой констоух-
ции разнос 1ь размеров большой и малой осей эллипса
Рис. 3-26. Устройство для ввода вращения
с использованием волновой передачи.
составляет 0,4 мм, а диаметр тонкостенной грубы равен
50,8 мм.
Чтобы обеспечить достаточно легкую деформацию не-
подвижной трубы 6, расстояние от мест посадки бронзо-
вых обойм 8 до торцов трубы должно быть равно или
больше ее диаметра. В случае если необходимо переда-
вать значительные крутящие моменты, применяют зуб-
чатые волновые передачи, выполненные по схеме
табл. 3-8-7. Наряду со схемами волновых передач
табл. 3-8,6 и 3-8,7 существуют и другие, в которых в ка-
честве уплотняющего элемента используются гибкие ци-
линдрические гайки, комбинация гибких цилиндров и
перегородок и т. и. [Л. 39].
В табл. 3-9 приведены схемы конструкций вводов дви-
жения через неподвижную перегородку из немагнитного
материала. Герметичность таких устройств высока, так
как в них отсутствуют подвижные вакуумные уплотнения.
Г ' * - г •
личина передаваемых усилии.
Методика расчета
систем дана
маг-
' Па рис. 3-27 ‘Приведена
конструкция устройства для
передачи вращения с приме-
нением 'постоянного -магнита
выполненная по схеме табл'
3-9. 4. Вращение от электро-
двигателя 'передается валу,
на конце которого помеща-
ются башмаки постоянного
магнита <3. Па ведомом валу
укреплен якорь /. Гермети-
зирующий стакан 2 выпол-
нен из немагнитного матери-
ала и имеет толщину стенки
в цилиндрической части 0,3—
0,5 мм. На .полюсах якоря и
магнита сделаны канавки,
перераспределяющие магнит-
ный поток с целью его кон-
центрации. Магниты изго-
тавливаются из никель-ко-
бальтовых сплавов с направ-
ленной кристаллизацией.
В тех случаях, когда в
вакуумный объем необходи-
мо ввести вращение с числом
оборотов, равным или близ-
ким к числу оборотов асин-
Рис 3-2.'. Устройство для не- хрониых двигателей, целесо-
и» тгхжт. образно "Ридеиять
пита. ' струкцию, изооражеиную на
рис. 3-28 (схема табл. 3-9,о)-
че-'гир . $ этой конструкции в ка-
ратов 1 а/ 0. 0 звепа используется короткозамкнутый
ческхю ча-тк п1010 аснпхРопного двигателя. Цилиндрн-
рон< е «М .,^0|>а "Р°™™а1от па 0,5-0,7 мм на сто-
рон з нак-...,.иг и Разместить между ротором и стадо-
ГОТОвленпую и°ПЛОТНу1° наиагнитнук) перегородку 2, из-
. УЮ 1,3 сталн Х18Н1ОТ. Так как в этой комет-
Т 1 б -ИЦ;: 3-9
Вводы движения с неподвижной перегородкой
№
п и.
Наилв'ноьмпк* ввода
движения
Схема конструкции
Примем ; :
Ввод поступатель-
ного движения с
постоянным маг-
нитом
Кинематически не-
жесткая переда-
ча
Ввод поступатель-
ного движения с
Ввод канательного
движения с элек-
тромагнитом
То же
П ^одолжение таб
ЖНХЛГНОЯ }»(НС ввода
ДВ1»^0!’ЛЯ
4 Ввод вращения с
< постоянным мзг-
,и^Ми1»нг<ки не-
жесткая переда-
нитом
П I: ;
Ввод вращения с
вращающимся
магнитным полем
-244
Применяется, когда
необходимо ввес-
ти вращение с
числом оборотов,
близким к числу
оборотов асинх-
ронных двигате-
лей
1 Ч.
I «V/ < ~
! ’ I
I--------------
г а 4
3-28. Устройство хтя ввода вращения
ванне*, асинхронного двигателя со статором
и ротором в вакууме.
с использо-
в атмосфере
п отсутствует вентилятор, охлаждение статора осу-
шествтясгся водой, протекающей то трубке 4.
Ппя компенсации теплового расширения ротора 1
предусмотрен зазор, равный 0,5 мм, между задней крыш-
кой и подшипником. С торца двигателя имеется иллю-
минатор, позволяющий наблюдать за вращением ротора.
Следует’отметить, что вследствие увеличенного зазора
между ротором и статором мощность двигателя несколь-
ко уменьшается.
Для надежной и долговечной работы вакуумных вво-
дов движения необходимо, чтобы герметизирующий эле-
мент не воспринимал передаваемые устройством усилия.
Направляющие и опоры устройства желательно поме-
щать вне вакуумной полости ввиду больших коэффи-
циентов трения в вакууме.
3-7. ТРЕНИЕ В ВАКУУМЕ
Как уже отмечалось ранее, • основным недостатком
магнитных вводов движения является необходимость
размещения (направляющих поступательного движения
или подшипников в вакуумном объеме. Известно, что
коэффициенты трения при работе в вакууме значительно
возрастают (табл. 3-10), а долговечность направляющих
и подшипников, особенно при повышенных температу-
рах, резко уменьшается [Л. 55]. Основное влияние на
фрикционные характеристики материалов в вакууме при
повышенных температурах оказывают диффузия, вызы-
вающая сильную адгезию металлов, размягчение мате-
риалов и окислительные процессы, имеющие место даже
в высоком вакууме [Л. 45]. Для обеспечения долговеч-
ности и надежности узлов трения, работающих в ваку-
уме, применяют различные сухие слоистые смазки, само-
смазывающисся материалы и покрытия металлическими
пленками. В качестве твердых слоистых смазок чаще
всего применяют
Мо82, М8ег, \У8е2 п’др. (табл. 3-11).
Гвсрдые слоистые смазки могут наноситься на по-
верхности трения в виде порошка путем пульверизации
с последующим спеканием, виброметодом или голтовкой.
Однако при таких методах нанесения смазки прочность
ее сцепления с подложкой невелика. Лучшие результаты
получаются при применении различных композиций, со-
сюящп.х из твердой смазки и связующего вещества.
„мшярз^чных металлов навозке к/»лФиа'’сНТЫ ’р1 ив ваклр'1
V Коэрфнинеш т| енля
» на воздух р в В :Кууме
х *
Пара трс*тиЯ у 3 V— ч о * <•
г*^ С § о §
с
о 1 0,50 0,57 0,78 0,78 1,10 1,57 1,57
Агхншнвй- а№ви1‘“ •5, * 6,3 0,59 0,59 0,61 0,75 0,59
р. ; . : Г'-'.Я Йроизэ-бернл- 3,3 0,46 0,57 0.89 0,58 0,70 0,71 0,87 1,10
ЛИС'?.’.’» • • 6 5 0,44 0,50
3 3 0,31 0,31 — 0,43 0,70
Ллу.ЧЪ—..3*: НЬ • • • • • 6 э о’37 0.39 0,40 0,55 0,60
3,3 0.26 1,01 1,04 0,32 1,22 2,0
Нержавеющая .»а. ь— нор- 6 3 0,29 0,47 0,51 0,32 0,62 0,93
-..с - ЛЗ. Ста * ШХ• дь . . . ’ и । V <3,5 0.13 0,66 0,70 0,25 0,41 0,45
Сталь р" ш гдая—злю- ыкнии 3,3 0,29 0,39 0,40 0,38 0,39 0,31
Сталь г-?гл.1ндл ' •я— ла- тунь Ге-р! Р.РлЕ'ПЯ брицзз—ла- 6,5 0,21 0,32 0,39 0,32 0,67 0,62 0,84 0,90
тукь 6.5 0,28 0,34 0,38 0,49
Ка:. ий—кал мий (покры- 0,31
1Я-) 6.5 0,26 0,44 0,39 0,43 0,43
: 1п1 с нг-нш е (пом 1 япе) Серебро- сс$*е6ро (покры- 3,3 0,33 0.33 0,30 — - " —
6,"> 1 1 0,28 0,41 0,39
0,26 0,28 0.36 0,50 0,77 0,89
Ь качестзс связующих веществ
и фенольные смолы или неопган
ратура узт' с5ыцВ1Я’^ЮЩИХ матеРиалов рабочая темпе-
Пр ® и 320°С 1Л- 47' 48]-
топал® яз я антафрикцио....их ма-
в «ачвсйе у1:'1 (табл. 3-12) , используемый
Рсмещения и сепапатпп1?аВЛЯЮ1и,ие П0ступательного пс-
Ио,свойствам к АМАН подшипников качения. Близки
с -Ф™рояластом-4 в ка-1^ Мазываюш.иеся материалы
бронзой;
На поверхности ™ , На’>олнителя.
№наков наносится ™?.?ийЙЛИ д°Р0Жки
5Мешающий трение п Ий слой
р ' пРк работе
используют эпоксидные
ические материалы (ке-
вешсства и
качения под-
материалов,
в Диапазоне темлера-
аз их
Характеристики твердых слоистых смазок
ТверДяЯ смазка Плот- ность, г/см3 Темпера- тура окисления на возду- хе, °С Темпера- тура раз- ложения в в 1Куу- ме, °С Темпера- тура плав- ления, °с Электро- провод- ность Коэрфи- ИЙИГ трения1
Графит ВЫ 1,4—1,7 2,25 455 800—960 3652 3 000 Высокая Низкая 0,04 0,67
I -И ~ Мо82 4,8 400 1 100 1 185 Полу- 0,03
провод-
ник
Мо5е2 6,9 400 1 200 То же 0,62
\У8с2 9,22 350 — 1 2С0 я п 0,02
\\'8о 7,4 510 1 400 п л —
К Ь8е2 6,25 350 — ' — 800 Высокая 0,06
он2 РЬ^2 5,7 — —* 388
6,16 412
ВЦЯ 8Ь282 А §.! 5,7 1 — 408,4
4,61 5,67 550 552 0,14 0,17
1 Испытания проводились в атмосфере азота при 71° С (скорость скольжения
I м/сек; давление 10,5 кгс/см')\ нитрид бора и пытан при 538° С.
тур 200—300° С для определения работоспособности ша-
рикоподшипников с сепараторами из са'10Смазива^11^
ся материалов можно руководствоваться следу
соотношением:
б/ср/?. = (15 ='ЗО) -10’, мм • обIмин, (3-1)
где г/ср — средний диаметр .подшипника;
п — число оборотов.
При работе д вакууме на верхнем пределе соотноше-
ния (3-1) долговечность подшипника составляет 100 ч.
и на нижнем — более 200 ч. Опыт работы показал, что
иаиоолылая долговечность обеспечивается материалом
АМАН-24 (до 400 ч). 300’С ПРИ^*'
Для работы при темпера^Р материалов и
ются композиции из сЛОПС^ь1зо*кгс/сл12 м0Г^т «пической
При удельных давлениях Д материалы с ме‘ • " у103ле-
мелены самосмазываюшисс ^стальНое—Л сг. и
основой (14% А- и Ю%О1 Явлении Ю ' ** 35
творительно работающие Р
Таблица 3.12
Апчико-теханическис и фрикционные
ОС"Охарак&стики материалов типа АМАН
Параметр^ Величина парамет]>св
ДМАН-1 АМ А В-2 । АМАН-? ЛМН-7
3,6 3,7 3,2 2,5
> дельный вес, г ел’ • • • ; ‘ ' У дельная ударная вяжость. 1,5 1.5 2,0 5,0
Твёрдость по Бринелю НВ 3/37/30 Коэффициент трения на машине МФТ-1 (^=2кгг погле 2«/ испытания без смазки 25—27 29—31 27—29 18—20
<0,1 0,1 <0,1 <0,1
Коэффициент линейного расшире- ния а-10-5 (в интервале от-р20
’* до —196е С) 1,0 1,2 2,0 1 ,54
Теплопроводность, кпал ,ч• ч • °С Максимально допустимая рабочая — 0,516 0,516
температура, °С 220 300 300 150
Композиция
Мо8о,
температурах до 300° С [Л. 49].
графита, золота и силиката натрия
способной при
10 7
из
оказалась работо-
, „ температурах до 800° С и давлении
ш-'ил СГ‘ (коэФФнй1!ент трения составил 0,14 при
Д° 2700 кгс/сл<2) [Л- 50]. В качестве
новых и шатикпа^Я •’атеРиалов Для сепараторов рели-
гии из 90% Мо8 чо/Пр1ШпшНИКОВ ‘предложены компози-
трения
0.Ь|. работающие в взкуг1« /о Рй <коэФФиЦиент трения
П- 49]. Подшипники сепии Й Ж темпеРатурах до 800° С
композиций успешно Р С сепараторамп из этих
Х Ъ?^7’СГ И 150°0РоблХН ПРИ Давлении 7Х
4
• ы “*' 'Ь’СИ11Я «вакууме при высоких температурах
эффективными смазками служат металлические пленки
етГчт»,301°10’ индий’ никель, кобальт и др.). Поведе-
минает пои-’п6 КИХ 'пленок как сма30к но миогом напо-
в вакуумеСметал™-ИЫХ смазочных масел. При работе
коэффициент тоения пленк» существенно снижают
ческую пове-пнА-тх.’^аШ‘иш,а1°т нижележащую металли-
ст «схватывания^ ’ ‘1,^охРаняют поверхность трения
контакта. Коэффициент ^„/С11Л0''’^
' мазок не превышает 0,3 [Л, 471 !'РИ
86 *
ю напряженность
применении этих
Рис. 3-29. Уста-
новка подшипника
на упругой мем-
бране.
/ — шарикоподшип-
ник; 2 - упругая ме-
таллическая мембра-
на: 3 -корпус.
При определенном подборе пар трения и малых
удельных давлениях удается избежать «схватываниям
в направляющих скольжения, работающих в вакууме
при температурах до 400'С даже без применения ка'ки?-
пибо смазок. Так, пары из сплава МНК [3,9—4 3% XI
6,8-1,1% $'• остальное —Си (ТУ МЭЛ 15-67)] и стали
Х18НЮТ удовлетворительно работают при температурах
до 400° С в вакууме 10~6 мм рт. ст. Ра-
ботоспособной оказалась также пара
молибден —сталь Х181110Т.
Для работы в вакууме при темпе-
ратурах до 100—150° С могут приме-
няться шарикоподшипники, изготов-
ленные из обычных материалов, при-
чем более падежными оказываются
подшипники с массивными сепаратора-
ми. Для работы при температурах до
500° С рекомендуется изготавливать
кольца и тела качения из сталей
ЭИ347, 9Х18Ш, ШХ15П и 11Х18М.
Лучшими свойствами обладает сталь
ЭЙ347, имеющая при температуре
500° С твердость Дс—58. Работа под-
шипника в вакууме при температурах
до 800° С может быть обеспечена три
изготовлении колец и тел качения из
быстрорежущей стали, твердого спла-
ва или молибдена. Следует отметить,
что подшипники, работающие в вакууме
весьма чувстви-
тельны к осевым перегрузкам, возникающим в ре.•
те термических деформаций. Чтобы избежать
вания, для создания предварительного ос
обычно применяют упругие элементы. констогк-
Применяющиеся при работе в атмосфере констрх „
ции компенсаторов, состоящие из нажил ууме так
пружины, пе рекомендуются для Ра0^ ‘ подшпп-
как возможно «схватывание» наружно
ника или поршня в корпусе. • , тсточке
Целесообразно устанавливать по'’1^1!’1'”оСТЬ мембра-
упругой мембраны (рис. 3-29), оСевой жесткости
ны должна быть в несколько раз „ТПЛ!1 Х18Н9Т дли
подшипника (жесткость мембраны 1 -
подшипника серии 6026 составляет ,
_ гиЧ1Т герметизируюЩВХ
ГИБКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
хиной технике в качестве гпот их герметизи-
ентов наибольшее распространение -получи-
кпо гчгнлЬлитл
: диафрагм. При расчете резиновых
ли резиновые диач'Щ""—
Г‘1Х’.™°г наибольший ход. величину усилия
возникающие в результате действия пере-
а Имений с разных сторон диафрагмы.
ы.
Рис. 3-30. К расчету резиновых диафрагм.
Наибольший ход /г (см. рис. 3-30) обычно прини-
мается
(0.25-0,5) (О-сГ), см, (3-2)
где (10 0.7 : 0,8, причем меньшей величине соотноше-
ния диаметров соответствует больший ход /?.
Ра«е^ Диафрагм, работающих в устройствах по
мостью Та°Л пользуются этой же зависи-
схемам табл.
:имостт1пСИЛНе ^эфф иа Диафрагме определяется за-
/эФФ = 5сДрД) кге, (3-3)
Ье \р^ перепад давлений, кгс/см2-,
дота /рЦ !СНт ^Равномерности, зависящий от
при СД1 для всех йЮ-
у -2,Ь НЮ для т/Ю = 0.6-^-0,8;
ч
о
I I / • ’ -
Внутренний
контур
учетом
ствитсльиостп
скруглений гофров), приня-
— —- » •
коэффициент эффективности мембраны при нуле-
вом про лбе:
пластин, попеременно
тренпему контурам Ь
формации сильфона в
схеме довольно сложен, в
связи с чем обычно пользу-
ются расчетной схемой, вК$
торой сильфон рассматрив,
ется как система кольцевы.
где Др — перепад давлений, кгс/см2;
б — толщина диафрагмы, см;
Л,.-— кольцевая площадь диафрагмы, см2:
вязанных но внешнему и вну-
54]. При этом в результате до-
севом направлении на величину
«5
у) ____эффективная площадь резиновой мембраны,
см ;
А — площадь мембраны, см2.
Напряжение т, возникающее в диафрагме в резуль-
тате воздействия перепада давлений, определяется по
формуле
* ‘к — 4 -- /
Допускаемое напряжение на срез Тдоп для резины
принимают 20—30 кгс/см [Л. 51].
Расчет металлических сильфонов. Раоотоспосооность
ввода движения с сильфон-
ным уплотнением в основном
определяется долговеч-
ностью сильфона. Долговеч-
ность зависит от напряже-
ний, возникающих в мате-
риале сильфона.
Расчетная схема сильфо-
на, наиболее близкая к деп-
Наружны’'
контур
Л возникающее в нем напряжение равно:
Л . "» о
зл = -д-С.. кгс.см-,
где /\\—внутренний радиус сильфона (рис. 3-31
С(—постоянный для данного сильфона
циент, подсчитываемый по формуле
(3-6)
), См\
коэфф и-
у » 21 о 7\ «> » г
с'=гй^да? кгс1см~- <з-7)(
где /5 — модуль упругости, кгс/см2;
6—толщина материала сильфона, см;
п — число гофров;
ц — коэффициент Пуассона;
/<2—коэффициент, являющийся функцией отношения
(3.8)
При расчете
сильфона
напряжения
по наружному контуру
№ — 1 — 2 1п К
(К2 — 1 )2 — 4/<- 1п2 /< ’
(3-9)
и для расчета напряжения у внутреннего контура силь
фона
К2п
27<2 1п Л' — (7<2 — 1)
(№ — 1)2 _ 4/(2 1П2 /(
(3-10)
Во вводах движения по схемам табл. 3-8, 2, 3, 4
сильфоны подвергаются сложным видам деформации.
Так, если в конструкциях по схемам табл. 3-8, 2, 3 ось
качания сильфона находится посредине его длины, мож-
но считать, что упругая линия сильфона представляет
собой дугу окружности с радиусом р (рис. 3-32,я). При
этом наибольшее напряжение с, при изгибной деформа-
ции, возникающее на наружном пли внутреннем конту-
ре, равно:
3^ = <рС2, кгс{см2, (3-П)
а торцев, рад;
сильфона коэффи
где ч —угол относительного поворот
С<2 — постоянный для данного
циент, подсчитываемый по формуле
При расчете напряжения по наружному
•г
11
по внутреннему контуру
/< — _1_____
•*'ЗВ 9 •/!
Во вводах движения по
схеме табл. 3-8,4 (рис. 3-32,6)
имеет '.место деформация.
Изгибные напряжения в
сильфоне определяются его
кривизной.
Сравнивания уравнения
упругой линии сильфонов при
разных видах деформации
(рис. 3-32), можно выделить
сечение с минимальным радиу-
сом, в котором имеют место
максимальные напряжения.
Уравнение упругой линии силь-
фона составляется так же, как
для стержня с 'постоянной
жесткостью.
При изгибной деформации
(рис. 3-32,а)
р — =’сопз(. (3-15)
При поперечной деформации
(рис. 3-32,6)
Рмич = (3-16)
Рис. 3 32, Вилы деформации
сильфонов.
а — изгибная: б — поперечная;
в — поперечно-изгнб чая.
и по1п^РаВпипая Уравнения (3-15) и (3-16). определим у
(Ьопип авим его в З'равнение (3-11). Для поперечной де-
формации получим:
% ~ , кгс{смг. (3-17)
роМ^и Расположении оси качания сильфона на некото-
схем- Расстоянии от середины во вводах движения по
(Ъг>п>аМ Та$л- 3-8,2,3 возникает поперечно-изгионая те-
^°Рмация (рис. 3-32,в).
91
пчсчста максимальных напряжений
Выражения дл«Н деформациях могут быть полу-
при поперсчио-изгиод^^^ _ 1_лтппп,1 быпп пппхшп_
ченЫ по той же •
"‘ по которой было получено
уравнение
Нзлря?
пепод-
г
V
6Л
местах крепления сильфона к
рычагу
1>лк. -- - -
. 3-8. 2) или промежуточному звену
6Л —4сА
—-_____»
*Л~~ Д
Формулы (3-11). (3-17), (3-18) и (3-19) получены для
селезня, что длина сильфона по его осп осталась равной
т.твне в его свободном состоянии.
Для повышения долговечности сильфона рекоменду-
ется производить его предварительное сжатие, с тем что-
бы при работе сильфона в устройствах по схемам
табл. 3-8, 2. 3. 4 максимальная длина тю наружным
гофрам была равна длине сильфона Ь в свободном со-
стоянии. В этом случае 'При подсчете напряжений по
формулам (3-11), (3-17), (3-18) и (3-19) необходимо
добавить напряжение, подсчитываемое по формуле (3-6),
з лсторой й принимается равным величине предвари-
тельного сжатия сильфона.
Строго говоря, необходимо
также
жения з , возникающие в материале
зультате действия перепада давлений Др (при
давлений Ар^1 кгс/см2 этим дополнительным
наем обычно пренебрегают).
учитывать иапря-
сильфона в ре-
перспаде
напряже-
в
Д/,Я-
кгс/см2,
(3-20)
внутренний радиус енльфона
толщина материала сильфона, см.
При расчете ------
* — — —
СМ\
;ьфоиа
по наружному
контуру
напряжений
при расчете ||апРяж 110 внутреннему контуру
2№ (№ ч- 3) 1п К — (№ - I) (3№ + |)
(/(2 _ 1 )2 _ 4/<2 1пг -------------------------
(3-22;
где К—
Суммарное напряжение изгиба будет равно сумме
напряжений, возникающих в результате деформации
сильфона и действия перепада давлений.
В конструкциях 'вводов вращения (схемы табл. 3-8,3
и 4) в сильфоне за счет трения в опорах промежуточно-
го звена (см. рис. 3-23) могут возникать касательные на-
пряжения т.
При расчете напряжений в наружном контуре силь-
фона
= "^5" ’ (3-23)
При расчете напряжений во внутреннем контуре
ип ---
Мтр
, кгс/см2.
(3-24)
где Л1тр — суммарный момент трения в
точного звена, кг - см.
Тогда эквивалентное напряжение
опорах промежу-
тки = /т24-Зг2, кге'емж
(3-25)
де а суммарное .напряжение изгиба;
Под- Касагельное напряжение.
в которт?^ Целесообразно применять вводы вращения,
°т дейгт> Х ги$кий герметизирующий элемент разгружен
Миях по ВИЯ касаг^льных напряжений. Так, в конструк-
Шариип- СрСА1с гаол. 3-8, 3 предпочтительно применение
вмоп-.-/\ 1 ^Ка с качестве опор промежуточного звена
С.?° сферического шарнира.
обычц1Юие^ОЧПЬ1Х Расчетах по формулам (3-6)—(3-25)
пем к° опРе'П'СЛЯ|от напряжения в наружном и влугрен-
нряжг‘ 1т^Рах п сравнивают наибольшее полученное на-
ми Х1яи?пС ДопУс'гимым, которое для сильфонов из ста-
равно 4500 кгс/см2.
Отметим
приведенные выше формулы отражают
’ ’ТОООНУ напряженного состоянии сильфо-
,<аЧ по‘ отяют производить лишь
НОВ И ПОэВС. Т1ПЖС11ИИ.
сравнение различ-
полмченпя достаточной долговеч-
и
' ‘ Ь.ипп НО8 циклов
рекомендуется использовать нс более 50%
п^нпго -швейного хода сильфона (максималь-
„ГХХфона см. нормали МН418-64^МН131-б4).
Расчет осевого усилия Р
пппа давлений Д/л производят ио формуле
возникающего за счет не-
В
, кгс.
В зависимости от предъявляемых требований и тех-
нологии сборки узла применяют сильфоны из иолутом-
пака. бериллиевой бронзы БрБ-2, сталей Х18Н101,
42НХТЮ (Н41ХТ) и др.
Наилучшими упругими свойствами обладают силь-
фоны из бериллиевой бронзы, которые могут работать
при температурах до 300° С.Сильфоны из стали Х18Н10Г
могут подвергаться длительным нагревам до темпера-
туры 400°С. Сильфоны из стали 42НХТЮ работают в ин-
тервале температур от —60 до 4-700° С.
Способы соединения металлических сильфонов
с арматурой описаны в [Л. 4, 53].
свя^иш^СЧеТСдПр11ВОДа «обходимо учитывать момент,
3‘с “Фор-маипей сильфона. Есл
н.'” "У*"? представляет собой неге он,
и упругая ли-
момснт С0‘
(3-27)
(а' ма табл. 3-8.4) "с™?".? ^Формациях сильфона
воспользоваться формулой
где ао—угол профиля инструментальной
а— угол зацепления;
/ -шаг сильфона;
К=^г-
рейки;
К — наружный радиус сильфона;
г —внутренний радиус сильфона;
2 и ш — число зубьев и модуль сателлита.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. КОММУТАЦИОННАЯ АППАРАТУРА
ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ
1-1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЕ
Коммутационная аппаратура (краны, вентили, за-
творы, клапаны, натекатели) является одним из важ-
нейших элементов вакуумных систем.
Особенности конструкций вакуумной коммутацион-
ной аппаратуры вытекают из специфических требований,
резко отличающихся от требований, предъявляемых
к аппаратуре того же назначения, применяемой в газо-
вых, пневматических и гидравлических системах. К та-
ким специфическим требованиям относятся:
1. Высокая герметичность. Особо жесткие требова-
ния по герметичности предъявляются к аппаратуре,
применяемой в системах высокого и сверхвысокого ва-
куума. Допустимые натекания в этом случае не должны
превышать 1 • 10-9 л • мкм. рт. ст.Iсек.
Высокая герметичность должна быть обеспечена не
только по отношению к внешней среде, но и между
седлом и запирающим элементом (клапаном) в закры-
том положении.
2. Достаточная пропускная способность в открытом
положении. Для аппаратуры, работающей при молеку-
лярном режиме течения газа, это требование лучше
всего обеспечивается созданием прямоточных конструк-
ций, оказывающих небольшое сопротивление потоке от-
качиваемого газа.
3. Минимальное газоотделение внутренних частей ап-
паратуры. Необходимо исключить применение смазок и
уплотнителей с высокой упругостью паров. хонстру
пия аппаратуры должна быть разборном и нс д лм
,1Я промывки мест и тру пооткачи
„меть недоступных
аасмых карманов. бция газов внутренними по-
4. Незначительная - 'Лппаратура должна изготав-
верхжкгями ю;| рхюших металлов.
.-шиться ИЗ „сЛашлчеппая для раооты в свете-
5. Аппаратура, ир *ма с целью ее обезгаживания
мах сверхвысокого ‘ Ч-Ожность многократного прогрева
должна л0пуска%л„боо°С
до температурь о выполиение коммутационной аппа-
К0НСТпп- азначонной для работы в условиях сред-
ратуры. ПР^И гяксхма часто отличается лишь стрем-
1С]П1см Уменьшить поверхность резиновых уплотнений,
обо шеннхю в вакуумную полость. Заметим, что
с Кю унификации в системах среднего вакуума до-
вогьчо часто'применяют аппаратуру, предназначенную
для работы в системах высокого вакуума, несмотря на
некоторое усложнение конструкции и несколько боль-
шую стоимость.
Коммутационную аппаратуру целесообразно рассма-
тривать в зависимости от области применения, которая
накладывает дополнительные требования.
4-2. КОММУТАЦИОННАЯ АППАРАТУРА ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ
С ДАВЛЕНИЕМ БОЛЬШЕ 5 • 10-7 мм рт. ст.
Схемы конструкций аппаратуры с ручным управле-
нием приведены в табл. 4-1. '
В вакуумных системах, предназначенных для лабо-
раторных целей, нашли широкое применение стеклянные
пробковые краны различных конструкций (проходные,
уьтовые, многоходовые, порционные)
СХСМе тяпт Л 1 1 г тт го _ 7
выполненные по
о промышленных установ-
ив применяются из-за ма-
и трудности автоматизации
той '™ляпвые краны почти
такт л™'"'4'’"08 "Р°''»ости
? а Кь 7 н и х снстем •
весьма часто испольчгк,НЬ1Х пР0МЫШленных установках
полненные по схеме таПпК')|11Ь1п3^ЛОТНИКОЕОГО типа, вы-
чЕ°'?й10т сову-естить в о тип Краньг этого типа по-
Ю1Ц”Х '^ментор и -2. золотнике несколько ком-
чешХН"1,1С с' ИСПРавн.тьиой *лючить ошибки оператора,
6т|'Г сг'Ответствмю)ц1!х °слеД°*штельностью вклю-
необходимоеь ' смяК0МмУтнРУЮщих
г? “ •ш' к 1а,рязнению тр.,ущнхся “
) У мной системы.
потникового типа, вы-
аны этого типа по-
устроиств
поверхностей
Наименование
Схема
о
Пробкоиые кра-
ны
К. Чй-утационпая аппаратура с ручным «««,
для закуумных систем с давлением Р ?
Примечание
Применяются в сп-кляи.
ных вакуумных системах
давлением р> )0-5 мм рт .
“ (ЗС-5К) Герметич-
ность обеспечивается с по-
/гпгт гел-уум,юй вмазки
(ГОСТ 6Ъ- )]) Применяют-
ся для ДУ6—-35
Краны золот-
никового ти-
па
Вентили с вин-
товым приво-
дом и сальни-
ковым или
сильфонным
уплотнением
штока
Вентили с диф-
ференциаль-
ной резьбой
Применяются в металли-
ческих системах с давлени-
ем р>10*1> мм рт. ст. вмес-
то блоков клапанов
(см. § 4-4). Имеют положе-
ния, соответствующие раз-
личным этапам откачки и
наполнения. Герметичность
обеспечивается за счет при-
тирки поверхностей и приме-
нения органических смазок
Применяются в металли-
ческих системах с давлени-
ем р > 5-Ю"7 мм рт. ст.
Сальниковое уплотнение
штока выполняется по схе-
мам табл. 3-7,1 или 2. Силь-
фонное уплотнение штока
выполняется по схеме
табл. 3-8,1. Натекание не
более 1-10"* л• мкм 'сек.
Вместо резьбы часто при-
меняют байонетное соеди-
нение штока с корпусом
4
Применяются в металли-
ческих системах: а) с уп-
лотнением штока резиновой
ме мбра но й (по схе ме
табл. 3-7.2) до давлений
^>Ю'3 мм рт. ст; б) С
уплотнением штока метал-
лическим сильфоном (по
схеме табл. 3-8,1) до дав-
11ри\п Ча вне
Область применения та
же, что и по схеме
табл. 4-1,1. Давление тарел-
ки клапана на седло опре-
деляет я усилием пружины
(„силовое замыкание*) или
при „кинематическом замы-
кании’—ходом штока (экс-
центри? шетом)
В вентилях с винтовым приводом, выполненных по
схемам табл. 4-1,3 и 4, давление тарелки на седло опре-
деляется усилием, прикладываемым оператором, что ча-
сто приводит к преждевременному выходу из строя
уплотнителя. Недостатком существующих вентилей явля-
ется и то. что отсутствуют указатели открытого или за-
крытого положения.
На рис. 4-1 изображен угловой вакуумный вентиль,
выполненный по схеме табл. 4-1,4. В целях упрощения
Рис. 4-1. Угловой вакуумный вентиль.
I—резиновая диафрагма; 2 — шток; 3 — винт; 4 — Рез“‘’°^
уплотнитель; 5 —резиновое кольцо; 6-гайка; 7-нажимное
кольцо; 8 — корпус.
конструкции, уплотнение ШТОКИ ПрОИ {ВОДИТСЯ ( чомопию
резиновой диафрагмы /. На наружной поверхности зи"
та нарезана правая резьба. а в отверстии- левая и
таким образом, за один оборот винта шток 2 певсм"
1 на расстояние, равное сумме шагов резьб Тз
кая конструкция вентиля
позволяет нс только по-
лучить выигрыш в ходе,
но и ограничиться на-
правлением штока по
резьбе.
На рис. 4-2 'изображен
вентиль ДУ-25 с сильфон-
ным уплотнением штока,
выполненным по схеме
табл. 4-1,4. Для удобства
сборки привод вентиля
с подвижным сильфон-
ным уплотнением смонти-
рован на фланце 3 и
представляет собой съем-
ный узел.
На рис. 4-3 изображен
клапан ДУ-50 с ручным
эксцентриковым приво-
дом (схема табл. 4-1,5),
выпускаемый отечествен-
ной промышленностью.
Усилие уплотнения кла-
пана создается эксцен-
триком /, перемещение
по вертикали которого
Рис 4-2. Вакуумный вентиль с
ручным приводом.
/ — маховик; 2 — винт; 3 — фланец; 4 —
корпус; 5 — резиновый уплотнитель.
ограничивается направ-
замыкание»), «Кинематиче-
ское замыкание» позволяет исключить пружину и обес-
печивает герметичность при наличии давления с любой
стороны тарелки клапана. Положение рукоятки указы-
вает на состояние клапана («открыт — закрыт»).
В автоматизированных откачных системах применя-
ется коммутационная аппаратура с дистанционным
управлением. Дистанционное управление позволяет про-
изводить более рациональную компоновку вакуумных
систем и обеспечивает возможность достаточно просто-
го осуществления блокировок и программирования.
автоматизированных огк
....'-'-гп! поп не клапаны
Рис. 4-3. Клапан ДУ-50 с ручным эксцентриковым приводом.
I эксцентрик 2 — направляющая эксцентрика; 3 — шток; 4— тарелка клапа-
на; 5 — резиновый уплотнитель.
приводом. Один ИЗ
Й.У-20, выполненный
рис. 4-4.
клапанов с проходным сечением
по схеме табл. 4-2,1, изображен па
Т а 6 л и п я 4-2
Коммутационная аппаратура с дистанционным
управлением для вакуумных систем с давлением
Р о • Ю-7 лен рт. ст.
Э киз
Прим ЧЛИ.Ш»
Клапан '
пневматиче-
ским мембран-
ном приво-
дом
। Ж именование
о
Клапан с
пневматиче-
ским или гид
оавличе кнм
приводом
Применяется в система*
Давлением р>10*3 ля
рт. ст. Уплотнение штока
выполнено с помощью ре-
зиновой диафрагмы
доздцх
Применяется в системах
с давлением р>5-10"7 мм
рт. ст. Уплотнение штока
выполнено по схемам табл.
3-8,1. Обычно компонует-
ся с электромагнитны?.; зо-
лотником
Клапан с
электромаг-
нитным при-
водом (уси-
лие уплотне-
ния обеспе-
чивается
магнитом)
Применяется в системах
с давлением р>5-10'? мм
рт. ст. Уплотнение шток
выполнено по схеме табл.
3-9,2. Работают только в
од ном по лож * ни и. Сокры-
тие __ под действием вес
якоря
Ч " н^в ««'
•V ч, 1
Э*кпз
I !рв мсчанне
. ЧГЧТ'ЮМ; г-
Ш1ТНЫМ При-
НО ДОХ! (усм-
лнг ззкрытпя
созд ет я
п р\- ЖИНОЙЛ
электромаг-
нитным ПРИ-
ВС.’ЮМ (У СИЛИ’?
закрытия
< издается
я Пу живой)
Применяется в системах
давлением /»>г> !0"7 мм
рт. ст. Уплотнение штока
выполнено по схеме табл.
Работает в любом по-
ложении. Может служить
предохранительным клапа-
ном
Применяется в системах
е давлением р>!0’3 мм
рт. ст* Уплотнение вы-
полнено с помощью рези-
новой диафрагмы. Рабо-
тает в любом положении.
Может служить предохра-
нительным клапаном
К.ъпан с
электромаг-
нитным при-
водом (уси-
лие закрытия
создается
пружиной)
Применяется в системах
давлением /?>!0"3 мм
рт. ст. Уплотнение вы-
полнено с помощью рези-
новой диафрагмы. Рабо-
тает в любом положении.
Может служить предо-
хранител ьны.м клана ном.
Обладает повышенной на-
дежностью из-за отсутст-
вия пар трения скольже-
ния в вакууме
№
п/п.
Наименеетис
Примечание
8
о
Клапан с
электромаг-
нитным при-
водом и
рычажным
у илителсм
Вентиль с
электромеха-
ническим
приводом
Электромаг-
нитный кла-
на н-натек а-
тель
Применяются в системах
с давлением р>1(Г8 мм
рт. ст. Работает в любом
положении. Может слу-
жить п редок рачительны м
клапаном. Применяется
для ДУ ^50 мм
Применяет я в металли-
ческих систамах: а) с уп-
лотнением штока (по схе-
ме табл. 3-7,2) до давле-
ния р>5-10*'7 мм рт. ст.;
б) с уплотнением што-
ка резиновой диафрагмой
(по схеме табл. 3-7,°) до
давления р>10*8 .м.ч рт.
ст.; в) с уплотнением што-
ка металлическим сильфо-
ном (по схеме табл. 3-8.1)
до давления /?<5-10“7 мм
р:п. ст. Применяется для
ДУ^ЗО мм
Применяется в системах
с давлением /’>Ю’5
мм рт.ст. и в систе-
мах 11ФС Д"Я черг-овой
откачки рабочих объемов.
Работает в одном положе-
нии.
Примечание
10
Кл пик-пере-
ключатель
с электро-
магнитным
ПРИВОДОМ
Н».и\-ен ранне
Применяется в системах
с давлением />>Ю“8 мм
рт, ст. Применяется в си-
стемах ЦФС для откачки
рабочих объемов. Рабо-
тает в одном положении
П
КЛ1П и с
пневмовак ммм-
•
ным приво-
дом
СХС“>5 $03 \1
Применяется в си темах с
давлением
мм
рт. ст. Усилие уплотне-
ния обеспечивается давле-
нием сжатого воздуха.
Открытие производится
пружиной пог ле откачки
воздуха из полости силь-
фона
• п чпименении
д в гелием
тничеля и< материала ИРП-2043 могут работать и смете*
рт. ст.
Аплотнение резинового клапана 6 осуществляется
пружиной 2, усилие которой регулируется гайкой /.При
подаче воз гуха сетевого давления через штуцер 4 про-
изводится открытие клапана. Шток клапана уплотнен
с корпусом 7 через резиновую диафрагму 5. Силовая
камер I образована корпусом 5, резиновой мембраной -7
а диафрагмой 5.
Электромагнитные клапаны по конструкции сложнее
клапанов с пневматическим приводом, но имеют перед
ними ряд преимуществ. Клапаны с электромагнитным
приводом, обладая малым временем срабатывания (око-
ло 0.1 сек), незаменимы в качестве блокировочных эле-
ментов, имеют простые цепи управления п получили
широкое применение в автоматизированных откачных
установках. На рис. 4-5 показан угловой клапап с элек-
Рис. 4-4. Угловой клапан с пневматическим
приводом.
тромагнитпым приводом, выполненный по схеме
табл. 1-2,5.
Усилие, уплотняющее клапан 6 по седлу, впаянному
в корпус 8, создается пружиной 4, которая воздействует
на рычаг 7. Рычаг с клапаном введен внутрь корпуса
через резиновую диафрагму 5 и жестко закреплен в ско-
бе Ю. которая вращается на шариковых подшипниках,
чем достигается разгрузка диафрагмы от усилия у плот
105
и воздействия атмосферного давления.
Открыт клапана производится электро^гиитом 2.
который при подаче на
него напряжения 24—28 в
м через скобы 9 и / связан
1 ано\ 6. Повышенная надежность клапана
что в отличие от конструкции, выпол-
ненных по схемам табл.
4-2.3 и 4, все подвижные
элементы (якорь, скобы
и т. д.) выведены из
ва к у V м поп п од ости,
вид А
рычаг 7 с
Рис. 4-5. Угловой клаиа'1 с электромагнитным приводом.
/ — штуцер охлаждения; 2 —катушка электромагнита; 3— якорь; 4—пружи-
на- 5 — резиновая диафрагма; ? — клапан, 7 — рычаг; 8— корпус; 9, 10-
скобы
а в качестве опор применены шариковые подшипни-
ки. Как видно из рис. 4-6 (сплошные линии), уси-
лие открытия, создаваемое электромагнитом в течение
всего хода клапана, превышает усилие, создаваемое пру-
жиной, которое в свою очередь должно быть больше
усилия, необходимого для уплотнения клапана. В слу-
чае, если уплотняющее усилие создается электромагни-
том (см. схему табл. 4-2,3), вес и габариты магнита
могут быть значительно сокращены (пунктирные линии
на рис. 4-6). Однако при этом клапан не может быть
использован для аварийного закрытия.
При создании клапанов с электромагнитным приво-
дом открытия и проходным сечением более 50 мм необ-
196 4
ходпмо применять жесткие пружины для надежного
и I нсни> и, , едоваюльно, электромагниты повышен-
НО1! МОЩНОСТИ.
с приемлемыми размерами
к усложнению кинематической
схему
Попытки создать клапан
электромагнита приводят
схемы его привода (см.
На рис. 4-7 показан кла-
пан-натекатель, выполнен-
ный по схеме табл. 4-2,9.
Клапан 'применяется для
удаления основной массы
воздуха из рабочих объемов,
подключенных к централи-
зованной форвакуумной ма-
гистрали (ЦФС).
В обесточенном состоя-
нии отверстие для откачки 3
и вспомогательный канал 5
перекрыты, а отверстие 6
открыто и воздух через ка-
налы 7 поступает в рабочую
камеру. При включении элек-
тромагнита 1 клапан 4 втя-
гивается, закрывая отверстие
6 и открывая капал 5. При
этом начинается медленная
откачка из рабочей камеры,
так как большой кланам
по-прежнему прижат к от-
верстию атмосферным дав-
лением и собственным весом.
При малой скорости уда-
ления воздуха его быстрого
расширения в рабочем объем
табл. 4-2,7) [Л. 73].
Рис. 4-6. Зависимость между
усилиями электромагнита и
пружины.
/ — кривая изменения усилия элек-
громагнита, открывающего клапан;
2 —кривая изменения усилия пру-
жины. уплотняющей клапан; 3 —
кривая изменения усилия электро-
магнита. уплотняющего клапан:
./—кривая изменения у ;’лия пру-
жины. открывающей клапан.
е не происходи г и он не ле-
вел едем вне
чего не происходи! выпада
По достижении определен-
м сияют
ное с
Для перекрытия трубопроводов больших сечении при-
меняют затворы п задвижки, оказывающие минималь-
ное сопротивление потоку откачиваемых газов (табл.4-о).
Широкое распространение в отечественной промыш-
ленности получили высоковакуумные затворы, один из
пожени., тарелка 3 расположена вор.
, Пои вращении эксце. трикового
пс'овой стрелке тарелка поворачивается на
понта пьное положение. В это время
90 И занимает юризон - __„,чгч ,,омгп\; ТЯГ) .ТКОИ
еще сохраняется небольшой
В открытом по
валика 7 по ’
зазор между тарелкой и
Оа
* ь?
Рис. 4-7. Клапан-натекатель.
резиновым уплотните-
лем 4. При дальней-
шем вращении эксцен-
трикового «валика вы-
давливается фиксатор
8, а рычаг 5 вдвигает-
ся в рамку 9. Затем
эксцентриковый валик
начинает опускать вниз
левое плечо рычага 5 и
через шарикоподшип-
ник 10 прижимает та-
релку
резиновому
уплотнителю.
При применении
электропривода враще-
ние валика 7 ограни-
чивается концевыми
выключателями, а при
ручном закрытии —
упорами. Открытие за-
твора осуществляется
при вращении эксцен-
трикового валика против часовой стрелки.
Работа затвора в зависимости от угла поворота экс-
центриковое ) валика 7 поясняется циклограммой, изо-
браженной на рис. 4-9.
Вал. передающий вращение к эксцентриковому вали-
ку, вращается в патрубке, приваренном к корпусу. Уп-
валика в патрубке осуществляется двумя рс-
кхч'мнпп и врокла'1ка^,и’ между которыми заливается ва-
ватиком чопр? Врущий вал связан с эксцентриковым
валиком через крестоподвижную муфту.
тродви'ктетщпепр! электРопРивода вращение от элек-
ххх "да30"преду'
Время закрытия затворов ДУ-85 и ДУ-160 составляет
2 сек, а затворов ДУ-260, ДУ-380 и ДУ-500 —от 7 до
9,4 сек.
заглушке затвора 11 приварены два вакуумных
ввода с грибковыми уплотнениями, один из которых
• т
Рис. 4-8. Высоковакуумный затвор ДУ-85.
вора; 2-корпус; 3- тарелка клапана; ^-резпиовыйуплотшр
, 7 — эксцентриковым валик, 8— фиксатор,
шарикоподшипник; // заглушка
/ — фланец затвора
тель; 5 — рычаг; Ь — штуцера;
рамка; /О —
предназначается для установки манометрического датчи-
ка, а другой — для предварительной откачки. затво-
ров с большим проходным сечением предусмотрен фла-
нец для соединения с. магистралью предварительной от-
качки.
109
„М.КИ для вакуумных систем с .влением
Затворы и оддв! . 1()~7 мм Рп1- с™'
Примечание
Эскиз
Наименование
ме табл. 3-7,1
не
воздуха
0.05 л, мкм рт.ст./сек.
Затвор с ры
чажно-эксцект-
риковым уп-
лотнением
тарелки
Применяется
ДУ — 854-500 мм
. Натекание е
лево-рычаж-
ным механиз-
мом уплотн -
ния тарелки
Затвор с э?.< -
центрнковым
механизмом
уплотнения
тарелки
Имеет ручной пли элек-
тромеханический привод.
Уплотнение эксцентриково-
го] вала выполнено по схе-
боле
для
Имеет ручной или элск-
тропневматическ и й и ри вод.
Уплотнение ввода движе-
ния выполнено по схе-
мам табл. 3-8,1 или 3-7,2.
Применяется для
ДУ=32. 65, 150, 250, 350 мм
Имеет ручной или элек-
тромеханический привод.
Уплотнение ввода движе-
ния выполнено по схеме
табл. 3-8,2. Обеспечивает не
менее 10‘ циклов ^откры-
то-закрыто*. Применяется
П родолжение табл. -1-'
н/п.
I {анмсн*)в пню
Эгкиз
Примечание
Задвижка с.
нодзеской
тл редки на
шарнирном
параллело-
грамме
Имеет ручной или элек-
тромеханический привод.
Уплотнение ввода движе-
ния выполнено по схаме
табл. 3-7,1. Применяется
для ДУ=604-^69 м
В зависимости от компоновки вакуумной системы за-
твор может быть как угловым, так и прямоточным.
Затвор имеет небольшие габариты в плане при срав-
нительно большой высоте. К недостаткам затвора сле-
дует отнести наличие сальникового уплотнения и значи-
тельное время закрытия.
В затворе фирмы Лей-
больд, выполненном по
схеме табл. 4-3,2, в откры-
том положении плоскость
тарелки расположена вер-
тикально и оказывает не-
большое сопротивление
потоку откачиваемого га-
за. Уплотнитель изготов-
лен из синтетического ма-
териала витона.
Затворы, выполнен-
ные по схеме табл. 4-3,3,
Рис. 4-9. Циклограмма работы
высоковакуумного затвора.
имеют примерно те же габариты, что и п”пМу1Це-
табл. 4-3,1 с одинаковым ДУ- Сушествешшм преим^
ством затвора с колено-рычажным пр' _ ДВИжения.
большая надежность и герметичное ь '.„„„рв боль-
Очень удобны для перекрытия тРу°°ппРымп оССвыми
ших сечений задвижки, обладающие
иве потоку отк
Конструкция
оказывающие незначительное совпав.
ачивасмого газа [Л. 6о, 66].
АонегрулипЯ задвижки ДУ-160, выполненная п0
ме табл. 4-3.4. приведена на рис. 4-10. Хе‘
Тарелка 5 с резиновым уплотнителем , тевекрывае-
отверстие задвижки, уплотняясь по седлу, сделанному з-
Р«е. МО. Вакуумная эадмжи с ручшм .
иех г крышкои 10- Тарелка подвешена на чёты-
подшишшках /У*1*™6 4' перемещающейся на шарико-
сообщается кпиипи пазах К0РпУса Движение каретки
качения и ?тлтипЛП°М К0Т0РН,й также имеет опоры
кольцами, 'простванстро Крышкой 8 ДвУмя резиновыми
вакуумным масл0Рм В м^жд>'кот°Рыми
‘•ЯВСШИП стопорится
кольца ми,
V
горыми заполняется
ранних положениях задвижки
фиксатором 2, вмонтированным
в рукоятку / При повороте рукоятки ио часовой гпю-^
каретка перемещается вправо до тех пор, пока тапе к-,
не упрется в крышку. При дальнейшем движении капет
ки вправо серьги выпрямляются, а тарелка опускается
вниз и уплотняет отверстие задвижки у СТС/’
ки вправо серьги выпрямляются
Задвижка не разуплотняется поп
ферного давления с любой сторот,, таре"-,™" п а™ос’
задвижки производится вращением рукояти ' °ТКр'лт"'
совой стрелки. При этом В певвпн 0Яткн против ча-
мя пружинами // подтягивается ввопх'0!'/ ТарМка ДВУ‘
том вместе с кареткой перемещается' в'евоР?0’ ' За’
крышки, полностью открывая ппохоюшо Д. ’ каРма1!
кп. Задвижки, снабжен,,ые ™, ГС""С МДЕ«-
равняться дистанционно. э'1скгР°"Р|’"»лом. могут уи.
Одиак > существенным недостатком конструкт,,, пт<
сапной выше задвижки является птт.,.. ' 0
полости элементов приводатак х ’ вакУ>'М!'»й
направляющие рычаги и т. д. Наличие сащ ковщо
уплотнения требует тщательного ухода и частых ревизий
Как показывает опыт эксплуатации задвижек сальни-
ковое уплотнение часто становится источником натека-
ния в вакуумный объем.
Задвижка ДУ-300, принципиальная схема которой по-
казана на рис. 1-11, свободна от перечисленных недо-
статков [Л. 66]. В вакуумную камеру через резиновую
металлический сильфон) вводится
вошппа 2 па угол 160° (см.
диафрагму 8 (или
лишь силовой рычаг 7, на котором шарнирно укреплена
заслонка 6. Привод .задвижки осуществляется от элек-
тродвигателя 1 мощностью 120 вт через червячный ре-
дуктор 13 и кривошипный механизм. При повороте кри-
вошипа 2 па угол 160° (см. циклограмму на рис. 4-12)
шатун 3 перемещает верхнюю скобу 4. Со скобой 4 через
жесткую пружину И связана нижняя скоба 10, которая
вместе с рычагом поворачивается вокруг оси О|—-Оь За-
слонка, шарнирно укрепленная на рычаге, перемещается
до тех пор, пока нижняя скоба 10 не дойдет до жест-
кого упора 9. Упор 9 устанавливается таким образом,
чтобы в конечном положении скобы 10 заслонка совпа
дала с перекрываемым круглым отверстием. После ост
новки нижней скобы 10 и рычага заслонки верхняя
ба 4, преодолевая усилие пружины ^\ПРОДО'™\^
некоторый угол вокруг ос и
1млеппя рычага 12 ппо-
перемещение точки Б, что заставляет Рычаг
Движение, поворачиваясь на
^2—О2. При этом за счет выпря
ИСХОДИТ
8—1078
введенный в вакуумную полость через диаФпаг™
вернугьея вокру! осп О3— Ол. в результате повопот
чага 7 вокру оси 3 О3 точка /1 перемещается на 10
12 мм в сторону уплотняемого отверстия и „пиж °
_ ___ ьппхТКП I ОП мптшанпг. ----- 1Я,/ЛН
по-
мается
мации резинового уплотнителя 5
за счет дефор-
Перемещение задвижки,
составляет несколько сотен
крытия более 10 сек. Со-
противленис перемещению
во время этого хода не-
значительно и возрастает
лишь в самом конце, ког-
да надо развить усилие,
необходимое для дефор-
мации резинового уплот-
нителя.
Привод задвижки,
включающий кривошип-
ный и колено-рычажный
механизмы, обеспечивает
ребующссся для закрытия,
миллиметров, а время за-
Рис. 4-12. Циклограмма работы
высоковакуумной задвижки.
существенный выигрыш в силе за счет проигрыша в пу-
ти в конце хода. При этом при некоторой неточности
остановки ведущего звена привода, на котором установ-
лены кулачки конечных выключателей, ведомое звено
фиксируется с достаточной точностью. Кривошипный ме-
ханизм привода задвижки исключает возможность по-
ломки деталей устройства в случае отказа конечного
выключателя во время работы, что упрощает электриче-
скую схему управления.
Аппаратура, предназначенная для работы в вакуум-
ных системах с давлением р> 10_6 мм рт. ст., обычно из-
готавливается из малоуглеродистой конструкционной
стали и подвергается антикоррозийному покрытию.
Узлы и детали коммутационной аппаратуры вакуум-
ных систем с давлением р<10~с мм рт. ст. чаще всего
изготавливаются из нержавеющих сталей.
Для уплотнительных элементов применяются резины
марок 7889. 9024 и 2043.
при котором обеспечи-
мутационной ап-
Наименьшее усилие нажатия,
вастся необходимая герметичность
паратуры, составляет 10 -13 кге см-
лотпителей прямоугольного сечения и 1
для резиновых
,о аппаратура ВАКУУМНЫ' ЧС1ЕМ
—? ЖнЙ ^«ЬШЕ г. .0- ,Л РГ. ст
„ ^ппзпатура, предназначенная д.1я
Коммраисонна ₽чных системах (давления ни-
обычно обезгажнвается прогревом
от- 600° С При обезгаживания аппара-
до температур * заклинивание деталей кла-
ЧР- “ гср°метч|Ч11оет|1 в сосдииеиьят из-за
панов н «2Р\^н ^1Л0ТНЯ10Щ11е элементы аппарату-
деф0Р;';аЦ1и 4 ВЫдерживать многократные нагревы
также обеспечивать большое чи ло за-
работы в ов^рхвыс
жео-10-7^.пг с
рЫ ДОЛАНЫ
охлаждения, а
II
крытнн.
птогнение клапанов может осуществляться как за
снег расплавления и затвердевания металла или сплава
с низков температурой плавления и низкой упругостью
пара при температуре плавления (жидкометалли [ескне
уплотнения), так и за счет деформации металлического
клапана или синтетического уплотнителя с малым газо-
отделением (например, резины ИРП-2043).
/Кидкометаллические затворы применяются ограни-
ченно зз-за большого времени срабатывания, эксплуата-
ционгых неудобств, связанных со взаимодействием жид-
ких металлов и сплавов со стенками аппаратуры и ат-
осферой. а также из-за неизбежного попадания частиц
раелла лени ю металла в вакуумную систему.
Промежуточное положение между расплавляемыми
и деформируемыми уплотнениями занимают уплотнения
с использованием индия и его сплавов.
В уплотнении, выполненном по схеме табл 4-4 1
е««^.„ГСрМСТ"3аЩ!я дас™гае«я за счет высотой
таллов и его сплавами большинства ме-
г 1и усилия закрытия.
панаДнсвН?ик7аВпеПИе’.Необходимое для Уплотнения кла-
прнвести к быт2в₽7Ии1-Ж’НИе чрез '1СРН0,° усилия может
в конструкциях вентит^Ис гм'Гв-113 канавки- Поэтому
При ебс УСИЛИЯ закРы™я-
шающеи температуру птавте шп'^ темпергтУРЬ1. превы-
Димо моищровать таки• Я НДИЯ’
вытекания индия, либо прогревать в?6.-'' ИС "роисходило
^ак уже отмена юг-к „I ,Б?ГЬ в 3акРытом состоянии,
в настоящее время получип! Оольшее Распространение
Ис Р получили цельнометаллические про-
нет иль необхо-
Уплотнение с помпцью ин-
дия и его сплавов. Применяет-
ся для ДУ =84-500 м.м.
Усилие уплотнения
0,8—1,0 кгс}мм
Место „а
15 кгс!мм
медь — < глль
Ы0"’
Усилие
не более
Хап./сеК.
Применясг я для
ДУ=64-500
Натек-1 вне
Ж.М
ДЛЯ Н4ры
Схемы уплотнений вентилей с использованием
пластических деформаций
№ п/п. Схема уплотнения Примечание
Уплотненное н >ло- жеине Открытое положе- ние
10
Применяется для
ДУ=^4-300 мм. Натекание не
более 1-Ю'9 л, мкм рт.Х
Хет./сек. Усилие для пары
медь — сталь 30—40 кгс/мм.
Усилие для пары алюминий —
с га ль 15 кгс/мм
ДУ=204-150 мм. Натекание не
более 5- Ю”° л. мкм рт.У.
У.С1п.1сек. Усилие для пари
медь—сталь 20 кгс/мм
Примечание
Местом
пРит(1Рк!г
I
Применяется для
ДУ=204-50 мм Перепад давле-
ний не более 0,01 мм рт. ст.
Применяется для
ДУ=204-250 мм. Натекание
не более 1 -10”* л-мкм рт.Х
Хет.{сек. (при тщательном из-
готовлении)
• н игид-а. <д \ ,уД'*авие
ЛЬ1 К 1 ** для уплотнения метал-
-иЭнного прохода' вен гиля.
гнсння
пгнное пол •
Применяется для
ДУ =• Ю4-Ю0 мм. Натекание
не более ]-10~7 л-мкм рт.х
смые вентили, в которых уплотнение
пластическом деформации материала
пли седла.
происходит за
тарелки кла-
грева
счет
ЦЯНЯ
В уплотнении, выполненном по схеме табл. 4-4,2, гер-
етизаиия осуществляется за счет смятия конуса клапа-
кромками отверстия корпуса вентиля. Конус клапана
изготавливается из мягкого материала, чаще всего из
отожженной меди или алюминия.
Чистота обработки уплотняющих кромок седла долж-
на быть не ниже восьмого
пости клапана — не ниже
верхности нс допускаются
ханическис дефекты.
класса, а конической поверх-
седьмого. На конической по-
риски, забоины и другие ме-
С целью уменьшения уплотняющего усилия в зару-
бежной практике иногда применяются вентили, в кото-
рых уплотнение происходит за счет врезания’ острых
кромок седла корпуса в конус клапана, изготовленного
из более мягкого материала (как показано на схеме
табл. 4-4,3). В конструкции вентиля с подобной схемой
уплотнения должны быть обеспечены хорошее направле-
ние штока клапана и жесткое крепление к нему уплот-
няющего конуса.
Срок службы вентилей с медным клапаном невелик,
например для вентилей с уплотнением клапана по схеме
табл. 4-4,2 составляет всего 150—250 циклов (открытий—
закрытий). Такой малый срок службы обусловлен тем,
что в конструкциях цельнометаллических вентилей с руч-
ным и электромеханическим приводом трудно обеспечить
постоянство усилия на штоке клапана, и поэтому прихо-
дится с каждым иовым циклом вновь деформировать
уплотняющий элемент, что требует приложения посто-
янно возрастающего усилия.
Отметим, что в случае использования в вентиле с уп-
лотнением по схеме табл. 4-4,2 пневматического привода,
обеспечивающего постоянство усилия на штоке клапана,
срок службы увеличивается вдвое, а усилие уплотнения
после нескольких десятков срабатываний снижается.
ТС вентилях с уплотнением по схеме табл. 4-4,4 дости
вается практически постоянная ширина кольца смятия
грибка независимо от точности изготовления и сборки,
что обеспечивает двукратное уменьшение усилия уплот-
нения и увеличение более чем на порядок срока служ-
бы по сравнению со схемой табл. 4-4,2.
готовленное на >.г._
пня достаточно проста
0 л,)п (503 3;
Рис.
СК ИЙ
ко..ыю,
ПТ 791 Конструкция уплотне-
)К".,^жна. Число рабочих циклов
11 "“Л-пчотняюшего элемента.
ЛвНЫ . * тпбл 4-4 6 УПЛОТ-
по схеме таол. * унисн
111 \ено в любом месте внутрен-
ней цилиндрической поверх-
1я.\. пестрое
г быть осуществ
4-13. Целыюметалличе-
прогревгемый вентиль с
ручным приводом.
ности корпуса, за чего
обеспечивается большое чис-
ю закрытий. Однако надеж-
ное уплотнение вентиля до-
стигается лишь при чистоте
обработки внутренней рас-
точки корпуса не менее Х78 и
чистоте обработки острых
кромок каленой тарелки нс
менее Х79. Большое значение
имеет также правильность
геометрической формы этих
элементов вентиля [Л. 57].
В тех случаях, когда разде-
ляемые объемы имеют пере-
пад давлений не больше
0,01 мм рт. ст., могут приме-
няться устройства с притер-
тыми поверхностями (схема
'габл. 4-4,7).
Вентиль, выполненный по
схеме табл. 4-5,1, представ-
лен на рис. 4-13. Сменный
медный трибок 4 крепится к
штоку 3, перемещающемуся
•во втулке по посадке вто-
рого
вытает 0,1
класса точности. втУ?ке по посадке вто-
ся к правильности геометпии^г |ре$оваиия предъявляют-
грибка и ХР срп\0И $ормы конической по-
•!,‘,^..„ратнос Уплотнение гпибкя того, надежное
тишь в случае её*,, П0 ССДЛУ может быть
печаток кппм*' эт°м достиг*Х Несоосность не пре-
»• сл'‘^зательноеДЛа На к°” и четкой Т равномеРный от'
' рилетру ’ Равные уделив/ П0ВеРхности грибка
-я к.рХ’”\НИЯ’ 8 г да^ния по всему
* ' "‘сом 5 4^ф7О1ЮС! 6
дкои 7. Медная про-
|Мммутациб„нйя аппаратура ДЛЯ вак„,,„
с давлением в^З-Ю-’ ,, акИмны*
--------------' 1и рт. сщ.
' я б ля ц а V?!
систем
Наименование
Эскиз
^Р^меч.ки-
Вентиль с винто-
вым механизмом
перемещения штока
Имеет ручной или
электромеханический
привод. Применяется
для ДУ ^200 мм. На-
текание через уплот-
няющий элемент не бо-
лее 5-10~« л-мкм X
Хргп. ст.Iсек
Клапан с криво-
шипно-шатунным
механизмом переме-
щения штока
Имеет электромехани-
ческий привод. Приме-
няется для ДУ^]60 мм
Продолжение табл. 4-5
кпч-.ка затягивается гайками 9. Усилие уплотнения
создается винтом / и передается.на корпус вентиля че-
рез дополнительный фланец и болты 2. При этом ис
ключается возможность разуплотнения сильфонно о уз
ла 8 с корпусом при закрытии вентиля.
При проходных сечениях более 50 мм для получе-
ния надежного уплотнения после многократных сраба-
тываний тарелку клапана подвешивают на шарнире и
гибкой диафрагме. Такая подвеска тарелки применена
в конструкции вентиля с электроприводом, который изо-
бражен на рис. 4-14. Диафрагма 7, изготовленная из не-
ржавеющей стали, является гибкой подвеской тарелки
клапана 8. Усилие, развиваемое электродвигателем 2, пе-
ре ается через червячный редуктор 1, винтовую пару и
предварительно сжатые тарельчатые пружины (на рисун-
ке не показаны) иа шток 6. Тарельчатые пружины обес-
ппЧЛапТ' 'охранен,’е уплотняющего усилия в заданных
положе шч еС<гТ1РЯ На некотоРые неточности в конечном
'й< -а 1 ю юнМЫ остановке электродвигателя и
формацию конической поверхности тарелки.
на-
-2.61)
конструкции со.
примерно 2 000
Шток через шарик 9
передаст усилие на тарел-
ку клапана и уплотняет
ее по острой кромке кор-
пуса 4. Открытое и закры-
тое положения вентиля
ограничиваются концевы-
ми выключателями. После
каждой переборки венти-
ля, так же как и в пре-
дыдущей конструкции, не-
обходимо проточкой уда
лить отпечаток седла на
конусе тарелки клапана
В этой конструкции вен-
тиля также требуется
обеспечить полное отсут-
ствие забоин и рисок па
уплотняющих поверхно-
стях и высокую точность
сборки (пссоосность кони-
ческой поверхности клапа-
на и уплотняющей кромки
корпуса допускается не
более 0,15 мм). В конст-
рукции вентиля уплотня-
ющее усилие воспринима-
ется теми же шпильками,
которые затягивают про-
кладку 3, уплотняющую
пусом, что нежелательно.
о вентиле
женном на
использована
изобра-
•рис.
4-15,
н**— $100 —I
—---------$200------
Рис. 4-14. Цельнометаллический
вентиль с моторным приводом.
схема
Уплотнения табл. 4-4,6.
происходит перемещение —..............
5 орного стакана 2. При вращении гайки 6 перемещается
прп°К и таРелка клапана прижимается к торцевой по-
рхности упорного стакана. Дальнейшее вращение ал
При вращении маховика о
штока вентиля 4, тарелки 1 и
Рис 4 15. Кельн металлический вентиль с малым сопротивлением.
В конструкции вентиля, выполненного по схеме
табл. 4-5,2 (рис. 4-16), обеспечивается постоянное давле-
ние на уплотняющие поверхности в закрытом состоя-
нии. за счет чего резко увеличивается срок службы
1. 1091 Экспериментальная проверка вентиля показала,
что после 1бГ)ОО пиклов натекание составляло менее
10 В 9 10 л • мкм рт. ст.1сек.
Вентиль состоит из корпуса 1 с цилиндрическим уп-
лотняющим пояском и кривошипно-шатхнного механиз-
ма привоза, включающего шток 2 с медным клапаном 3,
кривошип 4, шатун 5 и эксцентриковый палец шатуна 6.
гп™У?Л°ТНЯСТСЯ с КОРПУСО*> с помощью сильфона, из-
1 от явленного из нержавеющей стали.
• кспентриковый палец связан с рычагом 7 на кото-
Сом Гшат™УПпи''₽вУЖИНа >™Ра'0|«аяся одним кон-
с ПОМЛГП1- п ращении кривошипа (вручную
Центрика, видящего на о * энного в виде экс-
шается вдоль шпопе™, пп?Рах качения, шток переме-
< корпусом' Вблизи 'верхнего мепКИ’ жестко связанной
вошилно-шатунного механизма ^твого сложения кри-
124 ' "ма пР°исходит уплотнение
или
1Я |1() цилиндрическому пояску корпуса ^кг.„
К'' /и пален установлен таким образом что ос,
“ 'находящихся в шатуне ДменХ
давлении, перпендикулярном направлению пере ., "’
" „ штока относительно оси опор качения пальца 5 /
" иных со штоком. На цилиндрических цапфах эксгеи
3 „гхплго пальца 6 жест- ’^нснт-
перечень- -
П-образный
ко закреплен
рычаг. Таким образом, экс-
центриситет пальца 6 (е =
= 1 мм) образует малое, а
шое плечо двухплечевого
рычага. Благодаря наличию
двуплечего рычага осевое
усилие, возникающее на кла-
пане, воспринимается в ито-
ге пружиной 8, которая мо-
жет быть рассчитана на уси-
лие, меньшее усилия уплот-
нения во столько раз, во
сколько раз эксцентриситет
пальца 6 меньше расстояния
от оси вращения рычага 7
до оси действия пружины.
За счет того, что опоры
двуплечего рычага выпол-
нены на шарикоподшипни-
ках и трение в них мало,
обеспечивается практически
постоянное давление клапа-
на па цилиндрический уплот-
рис 4-16 Цельнометалличе-
ский вентиль ДУ-25 с большим
сроком службы.
няющий поясок корпуса да-
>ке при разных температур-
ных удлинениях корпуса,
штока и элементов .привода.
Угол поворота рычага 7
Жестко закрепленным на 1
'бисировать
’ 7 д“атоТ™ «ТОбыС,-
шатуне 5. Для того }(
- - погрешности изготовлени СТпе-
нтиля, а также для получения первона <• _ ,1?жет
би<а па поверхности клапана 3 длина и'с' - ? ц
I аудироваться с помощью муфты с пр *
Резьбой.
и левой
т1 Ч ГО Н ВС1И
подчерки ’• вс
исключена воз-
пни с
нежность
конечного
выключателя- меДНым клапаном может
Срок службы венти.ъ и। I _ «лиония пневмагиче-
Однако та,ХОгоСТеподдержания расчетного
бгРТ ПОСТОЯННОГО нодд н
в'закрытом положении^РШ!.^ аппаратуры
Для прогрева ко применяют нагреватель-
в'виде спиралей кз нихромовой проволо-
"“ которым" обматывается аппаратура. В качестве элек-
™,чес№й "золяцип используют керадшческие бусы пли
четки из термостойкой стеклоткани. В отдельных слу-
чаях применяют разъемные печи пли производят футе-
ровке наружной поверхности коммутационной аппарату-
ры шамотной глиной с вмазанными нихромовыми спи-
ралями. При этом затрудняются обслуживание аппара-
нее применения
ивода (схема табл. 4-5,3)
как тре-
да вл опия
с целью
стеклоткани. В отдельных слу-
туры и испытание ее на герметичность, хотя и достигает-
ся более экономное расходование электроэнергии. Боль-
шинство описанных выше вентилей обычно допускает
прогрев только в открытом положении.
Температура прсгрева контролируется термопарами,
контактирующими с нагреваемыми поверхностями.
Все резьбовые элементы (гайки, винты, шпильки)
и целях исключения прихватывания во время прогрева
готгаЬ1К3!0ТГ/' ЛИС^ЛЬФИДОМ молибдена или сульфид иру-
об«™X’а™гратуры- ^назначенной для работы
,„ва От " ™ р““™хого ^УУма. как правило, и'зготав-
шваются из нержавеющих сталей.
44. БЛОЧНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ ВАКУУМНЫХ КОММУТИРУЮЩИХ
ЭЛЕМЕНТОВ
вания содрНржатИ<кппХсовремспного откачного оборудо-
чество коммутирующих СР'С'лрТВ 0ТКаЧКИ’ болыпое ко;,и‘
трубопроводов. Так ияпп *лементов и соединительных
обычном современном поет^’ Л’1Я откачки изделия па
диффузионного н мех'тш.л С ПОМО,ИЬ’О пароструйного
три отщпп0:0 Умного насосов по-
открываться’ и ' вакУУМНЬ1х вентиля, ко-
РЬ'ваться и закрываться в определен-
диффузионного
обходимо и мет5
торые должны
>
пой последовательности. 11ри этом затруднена взаимная
блокировка вентилей, а габариты вакуумной системы
в целом получаются значительными. Стремление упро-
стить обслуживание и исключить возможные ошибки
оператора при работе с вентилями приводит к необходи-
мости компоновки коммутирующих элементов в едином
блоке с жесткой последова-
тельностью переключений.
В тех случаях, когда блоки
коммутирующих элементов
используются в установках
и автоматах, предназначен-
ных для откачки электрова-
куумных приборов через
штенгели, откачное гнездо
также является необходи-
мым элементом блока.
В одной из конструкций
полуавтомата откачки изде-
лий с металлическими штен-
гелями по системе «вакуум
в вакууме» (см. схему табл.
2-3,4) применен блок элек-
тромагнитных клапанов,
внешний вид которого с па-
ростру Й н Ы М диффузио! I и Ы М
насосом модели ЦВЛ-100
показан на рис. 4-17. На рис.
Рис. 4-17. Блок электромагнит-
ных клапанов в сборе с паро-
струйным диффузионным насо-
сом ЦВЛ-100.
4-18 приведен чертеж этого
блока. Откачиваемое изделие через развальцованный
металлический штенгсль с помощью ниппеля и накидной
гайки присоединяется к каленой головке 8. Предвари-
тельная откачка изделия производится через форвакуум-
ную магистраль 9, полость форвакуумного клапана и
штуцер 15, соединенный с механическим вакуумным на-
сосом.
Форвакуумная магистраль может быть перекрыта
клапаном 10, усилие уплотнения на котором создается
пружиной 11. Открытие клапана 10 производится элек-
тромагнитом 12. Рычажный механизм клапана 10 со-
бран на отдельном шасси 14, в которое впаяна гермети-
зирующая немагнитная перегородка 13. Уплотнение шас-
си 14 с корпусом клапана 17 осуществляется через
алюминиевую прокладку 16. Окончательная откачка из-
/4 ’З
15
малом плече ры-
< клапанов.
вставляется в
и уплотняется
чагами
корпус
17 16
с ним через алюминие-
вую прокладку. При
включении электромаг-
нита 18 втягивается
якорь /, что влечет за
Р>
4-19. Кинематическая схема пы-
Л
чаи-ной системы механизма привода
'. ысоковаку у м кого клапана.
собой поворот рычага 5.
ычаг 5 своим копиром Л
укрепленный на
10 11 12
делия производится через высоковакуумный клапан па-
насосом. Высоковакуумный
рострсйным диффузионным
клапан закрывается
электромагнитом 18 че-
рез систему рычагов,
собранную на съемном
шасси 7. Кинематиче-
ская схема рычажной
системы механизма
привода высоковакуум-
ного клапана изобра-
жена на рис. 4-19.
Шасси 7 со смонти-
рованными на нем ры-
лый бачок 5 (см. рис. 5-11) в "------~~—___________
пар подводится к соплам п-? ба',Ка чеп^ —
и 3. Вода под давлением Л,'рОсгРУй’»Ь1х сТупЕГ’НГИли 5
«*Л»Г’УДа «ста<ас“'ч р ?ке 4 " ' ?
псин < II. водоструйной ступ;„^ло “°®струй1,,“ 6а-
/, где гасится скорость упени 4 вода плгЛУ И 1 СтУ-
сливается без напора в 1пгДн Н°Г° Потока. Из бя^ Вба'к
1 в важную ли,,,,,,, а во®
Рис. 5-12. Принципиальная схема многоступенчатого
пароэжекторного насоса.
/ — первая пароструйная ступень; 2— вторая пароструйная сту-
пень; 3— третья пароструйная ступень; -/ — водоструйная
ступень.
К ва'куумной системе насос присоединяется через за-
твор ДУ-85 (8).
Вихревые вакуумные насосы в отличие от
от рассмотренных выше прямоструиных^ эжекто-
ров используют вихревой поток, создаваемый сжатым
воздухом или перегретым паром-
На рис. 5-13 изображен вихревой вакуумный насос
типа ДКМ, принцип действия которого состоит в сле-
дующем. „ .
Рабочее тело (сжатый воздух или перегретый пар)
пода’стея тангенциально через штуцер 5 в цилиндриче-
ы—1078 101
пгча ЧТО позволяет вынос лсктронную
электронного подверженной запылению титаном
Кушиты ка^да от разрушения ионами титана
Дггитгенз ионная ловушка, выполненная в виде
Р ?Л™,. вл которую подается отрицательное напри.
1'сие ™“д испарит'1'’» 5 заземлен а на катод подаете»
к 6 к» 11О1.Ы гитана, образовавшиеся около
каин, переметаются вдоль электронного .ту та, но затем
Рис. 5-36. Зависимость быстроты откачки
титанового охлаждаемого агрегата от дав-
ления для воздуха.
попада! т в ускоряющее поле ионной ловушки и проле-
тают мимо катода. Для исключения
попадания распы-
онте'0 1 Тз1 а в откачиваемый объем над анодом испа-
ирплпит -становлек экран 6. Мощность, выделяемая
пнтрчпй ирг’Л превышает 20 вт. что определяет срав-
ставляет 5 л ?льшои расход жидкого азота, который со-
агрст^т^которы? ’Ж-У Разработан высоковакуумный
оса. ео г т ».,Л ’ титанового на-
Н-50-М сРдвухъяоусж>ааКУУМЛЫЙ "аРоструйпый насос
значенной для откачки - азот"011 ловушкой, предпа-
таживаиия иот яч^ а,*'1егата во время его обез-
—иХз~Г08- Пароструйный на-
Обезгаживание ^ьного
400 С Н ТГПГИЛ1
агрегата производится
насоса вентилем ДУ-100.
агрегата
давления
при температуре
ыстроты откачки
мне (ГН,.ЧЛ “<^духа показана на
Ком -шалазощ- давлений ^гп^’3 ПОС1Ояп,,а в ,ПИР°'
Г.12 ' Л1Р(гат дает возможность
чаг
' 2 в положение, олиэлмч. «
ходе якоря ролик 4
г' - . ,
копира
рычаг остается
—* •»
чага 2, и поднимает ры
рпзонтальному. При дальнейшем лм« ----,.. .
укрепленный па якоре, входит в контак' с копиром Ь ры-
чага 2. В момент входа ролика в контакт с копиром Б
рычаг остается неподвижным, гак как у 1г /о. копира
/1, работающий в это время, представляет собой цили .
рпческую поверхность, центр которой находится
на оси вращения рычага 5. В конце хода якоря ролик
воздействует на копир Б, уплотняя по се ч л у клапан 3.
Таким образом, закрытие высоковакуумного клапана
происходит в три этапа:
1) поворот рычага 2 из вертикального п> жен «я
в положение, близкое к горизонтальному, (ио соотвегст--
веет повороту якоря на 63;
2) подвод ролика 4 к поверхности копира Б, что со-
ответствует повороту якоря на 4°;
3) уплотнение клапана 3 по седлу что соответствует
повороту якоря на 5°.
Открытие клапана 3 осуществляется при обесточен-
ном электромагните 18 под действием пружины. При
этом якорь поворачивается по часовой стрелке, копир Б
выходит из контакта с роликом и рычаг 2 под действием
собственного веса поворачивается вниз.
Электромагнитный привод блока клапанов обеспечи-
вает малое время срабатывания (около 0,1 сек) и по-
зволяет легко осуществить взаимную блокировку клапа-
нов и дистанционное управление вакуумной системой
Питание катушек электромагнитов осуществляется по-
стоянным током напряжением 24—26 е. В целях облегче-
ния обслуживания в блоке клапанов предусмотрены
сменное откачное гнездо и быстросъемное эксцентрико-
вое крепление пароструйного диффузионного насоса.
Блок клапанов уплотняется с плитой рабочего объема
через резиновый уплотнитель, затягиваемый гайкой 6.
Корпус блока изготовлен из малоуглеродистой стали и
хромирован. Уплотнители клапанов изготовлены из ре-
зины ИРП-1015, которая, как показал опыт эксплуата-
ции, оказалась наилучшей. Остаточное давление в систе-
ме при использовании этого блока составляет 1 • 10"6—
5 • 10~7 мм рт. ст.
К достоинствам блока клапанов следует отнести не-
большой объем пространства, подвергающийся сопри-
косновению с атмосферой при установке изделия, а так-
же прямоточную конструкцию и небольшие габариты.
.'V'
АпядЗСТ высокой плд в с ью в экс.
&ГОК кмпанов тствия подвижных вакуумных уП-
плуаташгл ввпл\, 'в и успешно эксплуатируется на
чотнснин 11 „ течение многих л
пядс предприятии». клаПанов являются сложность
Недостатком механизма привода высоковаку-
умного клапямя п «ГА
ном положении. ' зм°жность установки только в од-
1’10~7 Мм рт яздели,г До давлений ниже
прогреваемый блок Рп,еняется Цельнометаллический
«Ий с насосом НОРИ 1ЛпЛеИ ^ис' 4-20), скомпонован'
торне корпуса блок Л' ° ИЛИ ™-05М1. На верхнем
$е для соединения <•' м«е?Лено ГИезД° <$> предназначсн-
й. Рительлая откачка пп Таллическим штенгелем. Пред-
оковакуумная откачкаИЗВ°ДИгся чеРез вентиль 2, а
4ИЦ„Име,От Одинаковое к™ чеРез вентиль 4. Вентили 2
ков ЮмСЯ ЛИЩь Размера СТгтУКТИВНое исполнение и о г-
еитнлей выполнен,- И' ^одсижное уплотнение што-
,м "" |,а сильфонах 5 и 7 из нержа-
веющем стали. Вентили собираются в виде отдельных
узлов, уплотняющихся с корпусом 1 через медные про-
кладки. Фланцы, уплотняющие сильфонные узлы с кор-
пусом, нс воспринимают усилий уплотнения вентилей.
Для измерения давлений в нижний патрубок блока
встроен манометрический датчик (па чертеже не пока-
Рис. 4-21. Автоматизированный прогреваемый блок вентилей.
/ — откачное гнездо; 2 — цельнометаллический блок вентилей.
зан). Корпус блока вентилей в открытом положении
может быть прогрет до температуры 250—300° С. Блок
вентилей подвешивается к плите установки и при работе
по системе «вакуум в вакууме» уплотняется с плитой че-
рез металлическую прокладку. Управление вентилями
облегчено за счет применения червячных передач. Уси-
лия уплотнения вентилей ограничиваются предохрани-
тельными муфтами. Корпус блока изготовлен из нержа-
веющей стали.
Для автоматизированных установок откачки и кару-
сельных сверхвысоковакуумных полуавтоматов автора-
9* 131
блока вентилей
твнякпапановблока аналогичен принц».
1011/1 Л« । 1 /7 \
Принцип дсис
тсйствпя вентиля
дата цепях с'„бщим водилом. Применение
мальтийских и позволяет простейшим -оразом
ияяьтПискНх мо.аиизмо ло<у]едо))ателы,ость срабатыва-
„ взаимтю блокировку клапанов, а также псклю-
а т необходимость в точкой остановке ведущего вала.
обеспечить нс
СТРОЯСТВА аварийного перекрытия трубопро .ов
В большинстве вакумных систем для перск рытия
трубопроводов в случае аварии (ооесточивание систем,
выход из строя вспомогательного насоса, внезапное на-
текание.) чаще всего применяют электромагнитные кла-
паны, схемы которых приведены в табл. 4-2.
Система аварийного закрытия включает в себя мано-
метрический датчик, блокировочный вакуумметр и ис-
полнительный элемент — клапан. Время срабатывания
такой системы в лучшем случае составляет 0,1 сек. Так
как клапаны с большим ДУ должны иметь магнит со
значительным числом ампер-витков, а следовательно,
с большой индуктивностью, основной вклад во время
срабатывания системы вносит сам клапан. Меньшее
время срабатывания обеспечивают специально разрабо-
танные Астройства, принципиальные схемы которых при-
ведены в табл. 4-6.
Малое время срабатывания и высокая надежность
устройств для аварийного перекрытия трубопроводов
приобретают особую важность при использовании этих
(Ысьгл™ В центРализованных форвакуумных системах
приводитТр^ "есРаба™ван“е аварийного устройства
МИ кСТр0Я 'ВСеЙ ЦФС С
С
«“ решадыи "пло™™1е“е”дерЯкпзаРсЛКа 2 ° Фа'0Я'
132 ярмо 6 „ освобождается защелка. Тарел-
га :чачтиа под воздействием сильной пружины п ют-
। су, |О вентиля.
;ве генис вентиля осуществляется вращением винта
щ мт лн'.пк по часовой стрелке. При этом втулка 4 под-
нимаете'. вверх, сжимает пружину и ставится на защел-
винтовым
Рис. 4-22. Вентиль
ВЗВОДОМ.
1 — резиновый уплотнитель;
.. , — ./л. Г ТПСкШ
аварийного закрытия с ручным л_чани„„.
____ 2 —тарелка клапана; 3 —прул<и.1а, • ►„ _
/—резиновым <Р «пмо* 7 — защелка; 8 — маховик, у
лающая «тулка; 5 - э^^Хтёль- Й-резьбовая втулка; /2 - сильфон;
пинт; Ю -конечный выключатель^ "рпуС
против часовой стрелки
Конечный выключатель
вентиля. Время срабачы-
ку. Затем вращением маховика
производится открытие вентиля
10 сигнализирует о положении
вания вентиля меньше 0,05 сек.
. 4.23 показан /(схема табл. 1 6^).
ПУ ЗО и пневматическим взв Д ^^ па тарелке в, ко-
Д' резиновый к‘рычагу 2. Рычаг через ре-
торая шарнирно
Рис. 4-23. Аварийный клапан с пневматическим
взводом.
зинозую диафрагму 9 выведен из корпуса 8. На наруж-
ном конце рычага укреплен якорь 3, с помощью кото-
рого электромагнит / удерживает клапан в открытом
положении. Пружина 4, закрывающая клапан, закрепле-
на таким образом, что в открытом положении клапана
плечо силы, создаваемой пружиной, значительно мень-
„5П,;®М В закРыто^ поэтому достаточно электромагнита
’н™Лтрп <Р0В' ОткРытие (взведение) клапана осу-
пан может бм^К°М ппевма™ческого цилиндра 5. Кла-
использован как проходной или как
У”="1йс'"а ад»„ ВДб0„р7вХ- *
Наименование
Схема
Примечание
1 Клапан с ручным
ВИ нтовым взводом
11рименяется
в ЦФС
2 Клапан с дис-
танционным пнев-
матическим взво-
дом
Применяется
для ДУ > 50 мм
3 Защитное уст-
ройство с акусти-
ческой задержкой
Применяется
в ЦФС
11 род0.1 нс/'ни табл. 1-С>
создает мини-
положении клапан
хтловой. В открытом
мальное сопротивление потоку откачиваемого газа.
Для защиты от прорыва воздуха предназначено пре-
дохранительное устройство, выполненное по схеме
табл. 4-6,3. Общий вид этого устройства показан на
рис. 4-24. Устройство содержит предохранитель-
ный клапан ДУ-50 и линию акустической задержки. Пре-
дохранительный клапан состоит из камер А (рис. 4-25)
и Б, изолированных друг от друга резиновой мембра-
ной 5. В камеру Б через резиновую диафрагму 4 вве-
ден ры аг 2, на одном конце несущий грибок мембраны,
а другим концом жестко связанный со скобой 1. Скоба
/ несет на себе два регулируемых упора 15 и 16, кото-
рые воздействуют на рычаг 20 и серы у 21.
г $к??ерУ Б через РезиновУю диафрагму 12 введен
с Х>пКНа КОТ°Р°М шарнирно укреплен клапан 14
с резиновым уплотнителем. Рычаг 13 чыез екобм / /
' и. За счет ппи „ ТСЯ ьолизи своей мертвой точ-
- ио Четырех- веничка р ШаР1)КОПОДШИППИКОВ В 0ПОПЯХ
;ы|д..хзвенника вывод ею
с вн-
из мертвой точки про-
нирный четырехзвенник котлпи." обРазУ,от второй шар-
,з,. • К0101,ыи "₽“ Закрытии клапана
приближается к своей мертвой точке, вследствие
чего создастся необходимое усилие уплотнения при
сравнительно слабой пружине 22. Разгрузка резиновых
диафрагм, воспринимающих усилие от действия атмос-
феры, достигается с помощью скоб / и //, вращающихся
па шарикоподшипни-
ках.
Линия акустиче-
ской задержки состоит
из последовательно со-
единенных коаксиаль-
ных камер 8, сообщаю-
щихся друг с другом
расширяющимися соп-
лами 9.
Откачиваемый объ-
ект присоединяется к
патрубку 6, а трубо-
провод централизован-
ной форвакуумной си-
стемы— к патрубку 10.
Открытие (взведение)
клапана производится
с помощью рукоятки
(на рисунке не показа-
на), причем общий
шарнир рычага 20 и
серьги 2/, перемещаясь
влево, переходит на
0,3—0,5 мм за мертвую
точку. После некото-
рого времени откачки
(5—10 сек) давления
в камерах А и Б вы-
равниваются и резино-
вая мембрана 5 зани-
Рис. 4-24. Предохранительное устрой-
ство с блокировочным вакуумметром.
/ -- блокировочный вакуумметр УПТР-5:
2 — предохранительный клапан ДУ-50; •> —
манометрический датчик ЛТ-4М; 4 — ли-
ния акустической задержки.
мает нейтральное по-
ложение. При этом
пружина 22 растянута.
В случае аварии воздух, прорвавшийся в камеру
со стороны откачиваемого объекта, воздействует на мем-
боаиу которая, прогибаясь вправо, через рычаг 2 и ско-
бу 1 — упором 16 па рычаг 20. За счет этого че-
тырехзвепник, состоящий из скобы //, рычага 29 серь
заставляя
•„..и складывается.
„Од действием схзвспппк. состоящий „з
«' ".Г?! пр.. э™?.г на-
скобы 11, ТЯ1 * » Р К!1
дежное Уплотнение тар а
При прорыве возд.
0 стороны магистрали цснт-
ирн - ,.„гмн0й системы мембрана проги-
рализованной форваку« д воздействует па серьгу,
также закрывается.
- С>Гн.; 2, I
Да&леъия; 6 —
к 25-.
к аксиальная
рычаги;
камера;
Рис. 4-25. Предохрани
Л 23—упоры;
сопдо; И—клапан; /7 —
При постепенном повышении давления в откачивае-
мом обьсмс или магистрали централизованной форваку-
р ю\ системы (случай медленных натеканий) перепа-
т. гавлений на резиновой мембране 5 недостаточно для
гелыюе устройство. ......лппнт б 10- патрубку.:
<. 12 - резиновые тяга; В —каморы,
электромагнит; 2/— серьга» 2- Р- • ।
'°"С . --.то срабатывания элекгро-
\рСЗ>'^ пичаг М воздействует регу-
магнитом
19 на рычаг
осуществляется
ОИС. 4-24}
С помощью блокировочного
Н датчика давления /. Вре-
мя закрытия клапана сю-
с га вл я ст около ОД в то
Рис. 4 26. Кривая зависимости
пропускной способности предо-
храни тс.1 иного устройства от
давления.
время как прорвавшимся
В камеру л воздух прохо-
дит все 'камеры 8 гии
акустическом задержки за
0 2—0,3 сек. Следует учиты-
подобраны таким образом,
задержкой поступления во’:
вать, что в 'случае прорыва
воздуха со стороны форва-
куумной магистрали, давле-
ние в объекте несколько по-
высится, однако, как пока-
зал опыт эксплуатации цен-
трализованных форвакуум-
ных магистралей такого ро-
да, аварии случаются чрез-
вычайно редко.
При длине камер, равной
80 мм, четыре камеры обес-
печивают достаточную для
надежного закрытия клапана
задержку поступления воз-
духа в камеру 5 из камеры А.
Количество камер 'и диа-
метры отверстий в соплах .9
чтооы наряду с достаточной
ипппгеит-л ис слишком уменьшать
пропускную способность устройства.
ских сопел 9 равен 'Кции А1а,1Ь|’1 Диаметр конпче-
"РШтаХа’Х'я '!°“УСа 4°° На ₽1к' 4'26
СГИ предохранительного ест|>ойегп»ПР°ПуСК"01' способио‘
духа при 20°С. ” Р исгва от давления для воз-
оащигное уствойст’>л
табл. 4-6,4. обеспечивает боП^ПОЛ11ешюе п° схеме
описанные выше. Однако надежную защиту, чем
’Гого У тройства является и/пгеС1ВеННЬ,м недостатком
крашения кулачкового ватл ггХ°АИМ0Сть непрерывного
1Г Управляющею клап;ш.,м]11
и связанным с этим ускоренный износ резиновых и -л?
цителей. "
. фойство состоит из двух постсдовательно > з-
пснны; камер, на выходе каждой из которых установлены
поочередно открывающиеся клапаны. При вращении ку-
ачково о вала камера 2 поочередно соединяется с ЦФС
л с с камерон / (схема табл. 4-6,4). Открытое поло-
же не клапана камеры 2 соответствует откачке газа
ЦФ( . При открытом положении клапана камеры / дав-
л аие в 1 беих камерах выравнивается. 1 аким образом,
О .'кэчивзвмая устзновкз никогда ис соединена НСПОСрСД'
с зенно с ЦФС. Повышение давления в одной из камер
приводит к остановке кулачкового вала, и следователь-
но. во всех аварийных случаях откачиваемая установка
оказывается изолированной от ЦФС.
4-6. ЗОЛОТНИКИ
Золотник является коммутирующим элементом в ка-
русельных откачных машинах и представляет собой при-
жатые друг к другу диски с притертыми торцевыми
поверхностями. Один из дисков неподвижен, а другой пе-
риодически поворачивается с каруселью откачной маши-
ны. На притертых поверхностях дисков золотников име-
ются отверстия, периодически совмещающиеся при оста-
новке карусели.
Отверстия в подвижном диске соединены с частью
вакуумной системы, размещенной на карусели, а отвер-
стия неподвижного диска соединены со станционарнои
ва ку у м ной систем ой.
Золотники могут располагаться в зависимости т
конструкции откачной машины, как между откачи-
ваемыми изделиями и пароструйными диффузион-
ными насосами, так и между пароструйными диф-
фузионными насосами и насосами предварительного
разрежения. При размещении золотника между
обрабатываемыми изделиями и пароструйными^ диф-
фузионными насосами нельзя получить выс кии ва
куум в откачиваемом объеме из-за натекании
через разъем золотника и большого сопротнвле: »ы-
соковакуумной магистрали. При откачке изделии^ т . ш
лений меньше 1 • 10~з мм рт. ст. золотник недоходную
помещать между пароструйными диффузионными и ме
хапическими вакуумными насосами.
На рис. 4-27 показаны золотники различил-- кош-т-
рукции.
Диски золотников чаще всего изготавливаются из
стали -ОХ. Рабочие поверхности золотников ц-< ч...
г , ка я я и тщательно притираются. Форма забс-
чей поверхности обычно плоская (рис. 4-27 а
реже — сферическая (рис. 4-27,г). Золотники’со фе-
ри еской поверхностью могут самоустанавливаться, но
более сложны в изготовлении.
Для предотвращения натеканий по плоскости разъ-
ема золотников применяются кольцевые канавки, отка-
ивасмые механическим вакуумным насосом или запол-
няемые касторовым маслом (рис. 4-27,а и б) из маслен-
ки. В некоторых конструкциях золотников уплотнение
выполнено в виде масляных затворов (рис. 4-27,в и г).
Более надежное уплотнение золотников может быть до-
стигнуто при комбинации периферийного масляного за-
твора и канавок с промежуточной откачкой. Иногда для
более надежного прилегания дисков применяются пру-
жины.
4-7. НАТЕКАТЕЛИ
При работе с газоанализаторами, испытаниях раз-
личной вакуумной аппаратуры, а также в ряде других
случаев бывает необходимо создать дозированный поток
газа в вакуумный объем. Для этого применяют устрой-
ства, в которых используется явление диффузии газов
через некоторые материалы, генераторы газа или вен-
тили специальных конструкций—натекатели.
Основным элементом натекателей, использующих по-
ристые материалы, является керамическая пластина или
втулка, величина натекания через которую регулируется
перекрытием ртутью части ее поверхности. В отдельных
случаях для подачи чистых газов в вакуумную систему
может быть использована диффузия газов через неко-
торые металлы. Так, для напуска водорода применяется
палладиевая жесть, а для напуска кислорода сере
ро. Скорость диффузии газов в этом случае определяет-
ся разностью давлений и температурой металлической
перегородки.
В случае подачи газа в вакуумную систему с пр. .
пением генераторов газа используют легко разлагающие-
ся при изменении внешних условий вещества. 1ак, ча-
1 143
объем может быть осу Це-
пример. напуск кнеяорм» в °701<„слого калия, ..сроки-
ствлен путем нагрева > арга бо1-атых кислородом сое-
™ баоия. закиси меди и ДР)ГИХ
диненмй.
КоНСТрХ'КНВЯ ПС.11
текателя приведена
Ряс. 4-28 Целыюметал-
лический игольчатый на-
текатель
помета эпического игольчатого на-
,помета.*.' овчина натекания
Напсгутируется погружением то„-
К'сгаяьнбй каленой ко№.е« о.,
иглы 2 с углом конуса 2 в от-
верстие медного седла /. П ре-
мешение иглы в осевом направ-
лении осуществляется вращением
гайки 5 с дифференциальном
резьбой, люфт в которой вы а-
ется пружиной 3. В качестве э-
движного уплотнения иглы 2 при-
менен сильфон 4 из нержавею-
щей стали. Сильфонный узел
уплотняется с корпусом через
медную прокладку.
Плавное регулирование газо-
вого потока может быть достиг-
нуто лишь при тщательном изго-
товлении конусной иглы, 'внеш-
няя поверхность которой полиру-
ется. Отверстие в седле изготавли-
ется с припуском па опрессовку
иглой в собранном состоянии.
Наименьший поток воздуха, на-
пускаемого этим натекателем, со-
ставляет 1 • 10~6 л мкм рт. ст./се к.
Очень тонкое регулирование
потока газа, подаваемого в ва-
прпрпа^ и'лемУ- осуществляется путем уменьшения
Ъя чтптДа3‘1еНИИ’ сРабатывае.мых на натекателс.
новленш х нХМеНЯЮТСЯ Два последовательпо уста-
первом натекатртрТе'-1Я г пР°межУТ0ЧН°й емкостью. На
лада давлений. Тот же 7а“шГэ*ЛрН°ВНаЯ ЧЯСТЬ ПерС’
применении натекателей с капсулой 7 достигаеТся ПРИ
пониженного давления. ПСулои’ наполненной газом
1праеЛеяием,\^есгатоЦи"Кто1'к,';тС «“стаициовиым
п™ 1аза в вакуум„ую "°'
нный ко-
г имеет отверст} е диаметром 0,3 мм, которое уп.ют-
оотся фторопластовой пластиной, подвешенной напну-
ш Р 3. Ход пружины ограничен константановой ппозо-
Й длиной 10 см и диаметром 0,15 мм. Про:'
Н
локон
к объему
К вен-
тилю
Рис.
КОНУС;
4-29. Натекатель с дистанционным управле-
пнем.
1 - изолятор: 2 - корпус; 3 - иру«ииа; ’ т> у!!'1
5— нихромовая проволока; 6 - кронштейн.
изолятор.
при подаче на нее напряжения на Р_ ‘ тем самЫм
ся, вследствие чего пружина отход” натекатель за-
создается течь. При снятии напря'
крывается.
ГЛАВА ПЯТАЯ. ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ
„.«лмРТРЫ вакуумных
5-1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ
НАСОСОВ
Вакуумные насосы по приниппУ яейс^я можно
классифицировать следующим о Ра ые осуществля
1. Насосы объемного действия, Г 0 изменения
ют процесс откачки за счет перно.и.чско
Ю—1078
вне насосы).
насосы).
..лппне которые осуществляют от-
2. Насосы эжектораыс, I р;)бочсй жп;
качку за счет захва т ‘ пароэжекторные
ПЯГ3. Н^слж'которые осуществляют процесс откачки
т сообщения молекулам откачиваемого газа до-
за счет . в определенном направлении.
ПОЛ11ИТС.1М0Н выгь струЙНЬ1МИ, В КОТОрЫХ 11.1-
Х"™,щГХ™игс.йь,,.1» скорость сообщается тюле.
Р откачиваемого газа непрерывно истекающей
и молекулярными, в которых эта
кмлам
стоусй пара ял и газа, .
сирость сообщается движущимися поверхностями твер-
Насосы ионные, в которых откачка ос\ щсствляс!-
ся за счет движения ионизированного газа в элск1риче-
ском поле.
5 . Насосы, которые осуществляют процесс откачки
за счет способности ряда материалов поглощать I азы и
пары (геттерные насосы, сорбционные насосы, иногда
их называют адсорбционными насосами).
6 Насосы криогенные, которые осуществляют про-
цесс откачки за счет конденсирования откачиваемых га-
зов и паров при низких температурах.
Очень часто для улучшения рабочих характеристик
применяют насосы с комбинированным принципом дей-
ствия. например комбинации водоструйных и пароэжек-
торных. 1еттерпых и ионных насосов и т. п.
При выборе того или иного вакуумного насоса обыч-
производительностью. 0Ткачки’
тором насос начинает работать РПп^ДаВЛе1И1С’ ПрИ К0‘
насосы можно подраздешп чР и гУ паРамстРУ все
а) насосы, котовые пт,Лве большие группы:
€л:а с первоначальным
ОТНОСЯТСЯ Мехяпичос,,
’ ""Т'1”-’1 нары и газы из объ-
мосферным давлением; к ним
--ппиые, пароэжекторные,
л * "О'^бные им насосы;
ей работы требуют пред-
ки вакуумной системы,
водоструйные, сорбционные
о) насосы, которые изя
ХХЬ"0Г0 РазРе^ния
Другие иагосы^'0^ ЭТ° паР°стРУЙньГе,‘
гг ппопительное разрежение для этих насосов
Г^Дсоздастся насосами первой группы, для кото-
п,"° давление равно атмосферному. Для удоб-
рЫХ ’эгсплуатации насосов второй группы их целесооо-
ства,/объединять в агрегаты с насосами первой группы.
>М:Т ' ,ал ь и о е выпускное давление
„ „давление на выпускной стороне насоса, выше
готового насос прекращает свою работу. Для механи-
ческих вакуумных насосов выпускное давление несколь-
ко превышает атмосферное. Для пароструйных насо-
сов максимальное выпускное давление примерно равно
начальному давлению, с которого насос начинает
Е Предельное (остаточное) давление рОст-
давление, которое достигается данным насосом при за-
крытом впускном патрубке. Для насосов, использующих
рабочую жидкость, это давление складывается из суммы
парциальных давлений остаточных газов и паров рабо-
чей жидкости.
В механических вакуумных насосах с масляным уп-
лотнением давление остаточных газов зависит от выде-
ления газов, растворившихся в масле в тот момент,
когда оно было выброшено из камеры и некоторое вре-
мя соприкасалось с атмосферой воздуха, негерметич-
ности корпуса самого насоса и размеров так называе-
мого вредного пространства. Надо сразу же отметить,
что влияние вредного пространства невелико, так как
оно при работе механических насосов с масляным уп-
лотнением заполняется маслом.
Газы могут прорываться через зазоры со стороны ка-
меры сжатия при недостаточной вязкости масла или
малой подаче его. Вследствие того что различные сорта
рабочих масел, применяемых в механических вакуум-
ных насосах с масляным уплотнением, могут качествен-
но отличаться и иметь различную упругость паров, ме-
ханические вакуумные насосы оцениваются только по
парциальному давлению остаточных газов. Парциаль-
ное давление остаточных газов измеряется манометром,
снабженным ловушкой, которая охлаждается жидким
азотом и исключает влияние паров рабочей жидкости
насоса на показании манометра.
Предельное давление
ваотгп пароструйных насосов оцени-
ппг -СуММар"0С давле,,ие остаточных газов и па-
ров рабочей жидкости.
ч пос чавлснис в насо I но
Очевидно, что (молекулярных, геттсрно-
нмсюших Р^°1|е1‘ Я1;1*''% основном от конструкции па-
сечных и Т. 1.1. завнъит
соса. к и Зи определяется оо мом
Быстрота о т к а ВПускного патруб! па-
газа. проходящего чери определенном вп^кпом
соеа » «ш™у »Р«'е'. .“X измеряется в . сек,
сх, п^ложсияе 18). Она не является посто-
ятю обычно уменьшается с уменьшением
вХо о дав С ня. хотя в определенном диапазоне дав-
лений может оставаться постоянно.!. Качество насоса
тем лучше, чем шире диапазон давлении, в пределах
которого быстрота откачки насоса мало н м ся.
При достижении предельного давления оыстрста кач-
ки становится равной нулю. Для каждого типа п ов
существует кривая зависимости быстроты откачки насо-
са 5И от давления р:
5ц—/ (р) •
(5-1)
В соответствии с формулой (5-1) при определении
быстроты откачки насоса предполагают, что откачивает-
ся сосуд с бесконечно большим объемом. В противном
случае давление на входе в насос будет уменьшаться
во время измерения быстроты откачки. На практике при
определении быстроты откачки насоса сосущ с бссконсч-
ю большим объемом имитируется натеканием газа. Ус-
танавливающееся при этом равновесное давление зави-
сит от соотношения величины натекания и быстроты от-
качки насоса.
Производительность насоса (2 опреде-
™ет<я количеством 1аза в р\ -единицах, удаляемым ла-
' 1и при определенном впускном
ДИК. г! ИН **
откГчю-^зави ит'110 Ь Иа °Са> Так же как и быстрота
шш яре’-'етьногп 1°' входн 10 Давления и при достиже-
нии предельно, о давления равна ну тю
Производительность и ' У
заны соотношением
01 о а откачки насоса свя-
(5-2)
Рн давление во ,
Вакс , м-ф актов V п агр>'окс насоса.
Фа л нчсской быстроты откачки наХ^ с отно,пепием
П8 насоса 5П к теоретиче-
СКОП м
аксимальио
юзможной быстроте откачке
.г _ 5„
4 ' 6’теор *
Теоретическая быстрота откачки для воздуха при мо
.пекулярном режил е • Я|
и>теор“ Кб -К л/свК,
гпр Л см2—площадь входного патрубка насоса (для
диффузионных насосов-площадь диффузионной диаф-
1 ис. 5-1. Области рабочих давлений насосов разных типов.
Коэффициент Хо дает возможность оценить, насколь-
ко фактическая быстрота откачки отличается от возмож-
ного предельного значения.
Х0[)0Ш0 сконструированного пароструйного диф-
(узиониою насоса коэффициент Хо составляет 0,3—0.5
[Л. НО]. В сорбционных
--- ' лгкпчн
сильно
:иг ОГ роди м.— -
\з\ при откачке кислорода Хо олизок к
? азота, паров воды и углекислого газа
------- иирптиых газов Хо=Ь10
титановых
1. При от-
Хо = 0,2 -
-’-е-1 • 10-2
1 П™ выборе насосов необходимо также учитывать
некоторые Аномические факторы: расход электроэнер-
гии расход воды или пара, расход хладахента и . д.
На рис. 5-1 показаны области давлении, в которых
применяются вакуумные насосы.
5-2. ВОДОКОЛЬЦЕВЫЕ НАСОСЫ
Водокольцевые насосы относятся к насосам объем-
ного действия. На рис. 5-2 показана схема врдокольце-
/ - ротор 2 _ корпус-^ 5'2‘ Водокольиевой насос.
«-~^С?ЖТелы’а» тРУ<*а; <- выпускной
ЦМ..НКОЙ ьоди с регулирующим ^ЛЫ; 7-г:______
стойкик; Ю- сток оХЛ;ждающейКводы8е,‘ТИЛЬ: 9 “ ВОДОМ'
подводка циркуля-
вого насоса.
При быстром вращении ротора, и*/ -с г-'
лопатки, вода отбрасывается к периферии
------- тппльлыми лопатками. Так
радиальные
---НОТ пил»-»,!..
- ращения ротора смещена относительно оси ци-
линдрической полости статора., при вращении ротора
объемы, отсекаемые лопатками, меняются и, таким об-
разом, осуществляется сжатие откачиваемого
выбросом его в атмосферу через выпускное отверстие
Предельное давление насоса определяется —
паров воды и составляет ~18 мм рт. ст. ппи 20°С
Водокольцевые насосы применяются
черновых трубопроводов централизованных форвакуум-
ных систем, в сушильных установках, а также в качест-
ве безмасляных насосов предварительного разрежения.
и уплоч
газа перед
давлением
откачки
' м -
5-3. МЕХАНИЧЕСКИЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ С МАСЛЯНЫМ
УПЛОТНЕНИЕМ
Механические вакуумные насосы с масляным уплот-
нением относятся к насосам объемного действия и ра-
ботают за счет периодического изменения объема рабо-
чей камеры. Механические вакуумные насосы могут
быть поршневыми и вращательными.
Поршневые вакуумные насосы не нашли примене-
ния в электровакуумном производстве.
Механические вакуумные насосы с масляным уплот-
нением могут быть пластинчато-роторными, пластинча-
то-статорными и плунжерными. Принцип действия ме-
ханических вакуумных насосов широко освещен в лите-
ратуре [Л. 74, 75, 138] и ясен из рассмотрения принци-
пиальных схем, которые приведены на рис. 5-3,а б и в.
Получение низкого предельного давления возможно
при заполнении маслом вредного пространства ...
больших зазоров между трущимися частями насоса.
Применяемые для насосов масла должны обладать
определенной вязкостью, не слишком большой при ком-
натной температуре, чтобы нс затруднять запуск насо-
са. С другой стороны, при рабочей
и не-
™ 1М|длпя, при раоочеп температуре насоса
порядка 60—70° С масло должно сохранять вязкость,
достаточную для того, чтобы в зазорах не нарушалась
целостность масляного уплотнения.
Масло не должно окисляться в процессе работы
Очень важно, чтобы масло имело низкую упругость па-
ра. Для механических вакуумных насосов с масляным
уплотнением используются вакуумные масла маоок
У 6
Рис. 5-3. Схемы работы вращательных насосов.
ж7наЛ?~вы^^?‘^Й На?°г 2 — ротор; 3 -пластина; 4 - пру-
ный касос: / — стат^п^^'Л 6 Т впускной патрубок; б — пластинчато-статор-
5—выпускной кпап™ с ')ОТО?: ^"“Разделительная пластина; 4 — пружина;
Скно” клапа»: Рычаг; в-плунжерный насос: /-статор; 2-
-* золотник; 5 — выпускной клапан; 6 — отверстие.
эксцентрик, 3 — плунжер
рычаг;
в
При откачке влажных газов
ними насосами с масляным
механическими вакуум-
уплотненисм происходит
ш;.ю' 5ТОМ масло ^степенно превра-
. ’ л ляную эмульсию и предельное давле-
4
Физик0-
химические
вакуум111'
Марка
масла
ВМ-4
ВМ-6?
ГОСТ 7903-56,
нефтяной про-
{дукт
РТУ РСФСР
, № И! 112-61.
нефтяной про-
дукт
I а б • и ц
ГОСТ. ТУ
характеристики масел ДЛЯ механических
насосов с масляным уплотнением
О нов 1ые характсрЖ-ТИКВ
Упру- гость па- ра при 20* С, им рт. ст. Температурь при которой упру- гость пара равна 1-10*5 дг,и рт. ст. — Вязкость кинема- тическая при ПО* С, с ст О-ножные эксплуата- ции пни- ВоАйТВл
Не вы-
ше
4-К) -6 с
11с вы- и
шс
НЮ-6
95—ПО 47—57
105—130 Не
выше
40
. (истил.лятное
узким фракционным
составом: не со-
держит легколету-
чих примесей; об-
ладает пологой
температурной за-
висимостью вязко-
сти; превосходит
масло ВМ-4 в нес-
колько раз по окис-
лительной стабиль-
ности
ние насоса увеличивается от десятков микрон до не-
скольких миллиметров ртутного столба. Поэтому меха-
нические вакуумные насосы с масляным уплотнением,
выпускаемые в настоящее время, как правило, снабжа-
ются газобалластными устройствами, которые осущест-
вляют напуск балластного газа (атмосферного воздуха)
в камеру сжатия для предотвращения конденсации па-
ров при сжатии.
Для уменьшения предельного давления механические
насосы делают двухступенчатыми. При этом одна из
ступеней служит насосом предварительного разрежения
для другой.
Механические одноступенчатые вакуумные насосы
с масляным уплотнением имеют быстроту откачки от
нескольких литров в секунду до 500 л)сек и остаточное
давление порядка 50 мим рт. ст.
Двухступенчатые насосы имеют быстроту откачки от
< ,1 до 50 л/сек, и остаточное давление около 15 мкм от . :
(см. приложения 2 и 3).
5-1
ЛКУУМНЫЕ НАСОСЫ
. „о.-пеы обладают значи-
“" „ диапазоне давлений 1-
щ шалыгой схеме двухроторио-
ряд последовательных гпо-
Рис. 5-4. Принципиальная схема работы двухроторного вакуумного
насоса.
тельной быстротой -
1Л-з «л рт. ст. Па пр
10 .«л Р1- 5 4) 110Казан
го насоса (ри<- ° ч/
поженим роторов.
При
синхронном вращении роторов объем газа, за-
ключенный между ротором и корпусом насоса, пери-
одически отделяется от откачиваемого объема и соеди-
няется с выхлопом насоса. Для получения большой про-
изводительности роторы приводятся во вращение со
скоростью 2 000—3 000 об)мин.
МежАу роторами, а также между каждым из рото-
н^ЛпппиР6”11”611 повеРхн°стыо корпуса имеется зазор,
ставтяег (19—0*4 маслом> Величина зазора обычно со-
обоатночм прп^гЛ И' 1|Т° создает большое сопротивление
П%а™о5ш”’"Р" “ давлениях,
надежного разтетения пппЛ - Ор ие обеспечивает
ввиду чего понятна ' °лос1еи всасывания и выхлопа,
тельного разр”Хя °ЛИ“°СТЬ 0 “агоге предвари-
Степень сжатия
154
~ /;наиб
Ри ’
(5-4)
Рис. 5-6. Зависимость быстроты откачки
АВЛ1-5 от давления на входе.
агрегата
как’»
на
I?
от
давления
режспия.
примера
приведен
АВМ-5,
ВЫПХСКПыс
- пни-кнос давление;
-
регата в
давлений
ис. 5-7. Вакуумный агрегат, состоя-
ли из двух двухроторных насосов и
(доколъцевого насоса предваритель-
ного разрежения.
I —
Степень сжатия тля :
агрегаты с
)
пасосы часто объединяют
механическими насосами,
предназначенными для
предварительного, раз-
агрегат
СОСТОЯЩИЙ из
последовательно соеди-
ненного малогабарит-
ного двухроторного ме-
ханического насоса ти-
па ДВН-5-2 с механи-
ческим вакуумным на-
сосом ВН-461М. При-
вод обоих насосов осу-
ществляется от элек-
тродвигателя насоса
ВН-461М мощностью
0.6 кет.
На рис. 5-6 приве-
дена зависимость бы-
строты откачки агрега-
та АВхМ-5 от давления.
Быстрота откачки аг-
»
диапазоне
5 до
со-
5-10_2 мм рт. ст.
ставляет 5—10 л/сек,
а полное предельное
давление — (34-4) X
В отдельных случа-
ях для повышения про-
изводительности ‘И по-
вакуум-
сосди-
лучения низкого предельного
ной системе применяют последовательное
пение двух двухроторных насосов. На рис. 5-7 пока-
зан агрегат фирмы Хереус, состоящий из двух после-
довательно соединенных двухроторных механических
156
вакуумных < осов модели КП-з^о —- --- --
соса для еоз,алия предвар„тельн“ " «Мп», , ,г„
Применено лпухроториых вакч,.Р Зреже"»я
бен.ю целее: образно в системах У''"“х "
вакуума и при откачке объез.о,. „Т ИЗЭДая:'-гь ф.,.
„ия и сушки деталей, в которых ,и '““
тельные газок,,.деления, Дпухротоин Д "’3аются заа •
сы выгодно применять ДЛя 0Ртка“ ",ые,’^УУ иные на,.',
приборов, кс требующих разрежения ™"ше°'-аКуУ'?"ыя
б ,1Ы./
5-5. ЭЖЕКТОРНЫЕ НАСОСЫ
Принцип действия эжекторных насосов состоит в сле-
дующем.
Рабочее тело (газ или пар), имеющее повышенное
давление, поступает в сопло / (рис. 5-8), где потенци-
альная энергия давления струп преобразуется в кине-
тическую. Струя пара или газа, получившая высокую
скорость и имеющая низкое статическое давление, по
выходе из сопла попадает в камеру смешения 2.
В камере смешения откачиваемый газ за счет по-
верхностного трения интенсивно смешивается с рабочим
Рис. 5-8 Эжекторное сопло.
м ы о
телом. Эта смесь, обладающая не^опадает ‘в диффузор
все еще значительной скоро ->> > ехОда кинет514
3, в котором сжимается за с1 с еогНю ДавлениЯ\л,л--и
энергии струи в потенциалы!} 1ерЫ смешения ‘
На место удаляющейся »3 ’^торые в свою оче
поступают все новые ПОР'11'1' б^ч‘м телом. 157
редь также смешиваются с р
давление
давления
ЛЬНО В14П1С
давления откачиваемого
,СИи пзботают в области давлений от
гты раб _ могут применяться
вакссмных
* *
в качестве самостом ель-
лея
»ис. 5 9. Волостр’. йный насос
ВВН-01.
ных насосов или насосов
предварительного разре-
жения.
Рассмотрим несколько
эжекторных насосов.
В о д о с т р у п п ы е н а-
сосы предназначаются
для откачки воздуха и
других газов от атмо-
сферного давления до
10—20 мм рт. ст. На
рис. 5-9 показана одна из
конструкций водоструй-
ного насоса с производи-
тельностью 0,5 л • мм
рт. ст. сек и предельным
давлением 15 мм рт. ст.,
а на рис. 5-10 — зависи-
мость производительности
насоса от давления. Ра-
бота насоса основана на
использовании откачи-
вающего действия струи
воды, которая под давле-
нием 1,5 ат истекает из
сопла /. Откачиваемый
га ? в сфере действия
струи перемешивается с
нею, и смесь воды с га-
линдрическую камеру 2, за
РЯЮЩ„ЙСЯ в' "Р°“
е.,ки води „ „м „,)вь;,’а, Р
короста и доводится до атмги-я
зом иона дает затем в ци-
статическое давле-
а счет уменьшения
воды с стекает з ба- юК ' ‘ ? " явления. смесь
т7в"77‘'т “ ;Ц’С'
15к иатр.о,,\ 7 для УЬ1.
хода газа из бачка во фланце 5 .предусмотрено отвер-
стие. 11асос присоединяется к вакуумной системе чер> .
вентиль Л. Резервуар 7 предназначен для приема воды,
засасываемой через диффузор из бачка в случае ава-
рийного прекращения ее подачи. Через вентиль 6 по-
дастся воздух в резервуар при остановке насоса, что
так» пр 'дотвращает всасывание воды.
Производительность насоса возрастает с повышени-
ем д вления воды. Предельное давление насоса практи-
чески равно упругости пара воды и увеличивается с по-
вышением ее температуры. Быстрота откачки насоса
в зависимости от давления и температуры воды харак-
теризуется следующей эмпирической формулой [Л. 76]:
5„озд=Ур(1--^(о,85/^), (5-5)
где 5воэд—быстрота откачки насоса по воздуху, мл(ч;
Гр — объемный расход воды, лг’/ч;
рп— упругость пара при рабочей температуре во-
ды, ат;
Тр — рабочая тем-
пература во-
ды, °К;
ри — давление газа
на входе в на-
сос, ат;
Тп — температура
откачиваемого
газа, °К;
Ру — рабочее дав-
ление воды, ат;
рцаиб — давление на
выходе из
эжектора, ат.
В одостр у й и ы с л а со СI >1
часто применяются в си-
стемах без.масляной от-
качки. Так, водоструйный
насос может быть исполь-
зован в качестве насоса
Рис. 5-10. Зависимость произ-
во 1Пте.1Ы1ОСТИ водоструйного
насоса ВВП-01 от давления.
предварительного разре- ..
жения для высоковакуумного пароструйного
насоса, для сорбционного насоса, а также в
последней ступени в пароэжекторном насосе.
ртутного
качесгве
. „аС0С типа НЭВ-З изобра-
п , позже к гор ни 11 ,,У,,щпппаль"а11 схема — п.1
•в - В'- 5Л',ЭВ 3 пре^аяет собой '-'ОТ;
, 5-Г> Насос НЗВ о *,_^иОВку состоящую рех
нчатую эжекторную устшнов у, оструйнои ра-
Н 5 —'' "осферу- Как правило, в мно-
3 каждой ступенью усганав-
ботающёй с вы^оп^ За
гоступенчатых эжектора
ливаются конденсато-
Многоступенчатый
эжекторный насос.
рьц 'В которых шар кон-
денсируется, а газ от-
качивается (Последую-
щей ступенью. При
этом давление за сту-
пенью 'практически рав-
но давлению насыщен-
ного лара ’И при темпе-
ратуре воды, охлаж-
дающей конденсатор,
90—95° С составляет
дельное давление в
многоступенчатом эже-
кторном насосе с кон-
денсаторами обычно не
бывает меньше 8
10 мм рт. ст. В насосе
НЭВ-З с целью сниже-
ния предельного дав-
ления исключены про-
межуточные конденса-
торы, вследствие чего
каждая последующая
ступень откачивает не
только газ, но и
весь рабочий пар, по-
ступающий из преды-
дущей ступени, что,
однако, влечет за собой
повышенный расход па-
ра. Производительность насоса по воздуху при давле-
нии0.5 -0,6 мм рт. ст. составляет 1 кг/ч
ГС., *'мм Рт- ст./сек); при этом расход пара равен
НО кг/ч, а расход воды 14 м3/ч.
Пар под давлением 4 ат попадает в распределитель-
в течение относительно короткого времени получать дав-
ление ниже 2-10 10 мм рт. ст. Время работы агрегата
'без вскрытия определяется в основном сроком службы
катода. Следует также заметить, что при откачке объема
с теплоизлучением значительно возрастает расход жид-
кого азота. -:‘яЯИ
5-11. ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЕ МАГНИТНЫЕ НАСОСЫ
В отличие от описанных выше насосов с термическим
распылением титана в электроразрядных магнитных
насосах для получения активных пленок используется
явление катодного распыления.
На рис. 5-37 изображена схема расположения элек-
тродов простейшего (диодного) насоса. Между двумя
катодами /, изготовленными из активного металла, рас-
положен рамочный анод 2, на который подается поло-
жительный потенциал порядка нескольких киловольт.
Электродная система помещена в магнитном поле с на-
пряженностью //.
При определенной комбинации геометрии электро-
дов, напряжения и магнитного поля между' электрода-
ми возникает холодный разряд. Электроны осциллируют
в разрядном промежутке и долго
не понадают на анод, вследствие
чего вероятность ионизации оста-
точных газов увеличивается. Об-
разовавшиеся при разряде поло-
жительные ионы бомбардируют
катоды и вызывают интенсивное
распыление материала катода и
запыление анода.
Механизм откачки различных
газов электроразрядным насосом
неодинаков. Поглощение химиче-
ски активных газов, по всей ве-
Рис. 5-37. Схема распо-
ложения электродоз
электроразрядного маг-
нитного насоса.
роятности, происходит в основном
на аноде с образованием химических соединений и
твердых растворов. Частично поглощение активных га-
зов происходит и на катодах, также с образованием
химических соединений и растворов. При этом часть
ионов может проникать под поверхностный слой моле-
кул катодного материала с последующей слабой диф-
фузией. Образовавшиеся на поверхности катода химн-
13—1073
193
Рис. 4-18. Блок электромагнитных клапанов.
делия производится через высоковакуумный клапан па-
роструйным диффузионным насосом. Высоковакуумпый
клапан закрывается
электромагнитом 18 че-
рез систему рычагов,
собранную на съемном
шасси 7. Кинематиче-
ская схема рычажной
системы механизма
привода высоковакуум-
ного клапана изобра-
жена на рис. 4-19.
Шасси 7 со смонти-
рованными на нем ры-
чагами вставляется в
корпус и уплотняется
с ним через алюминие-
вую прокладку. При
включении электромаг-
нита 18 втягивается
/, что влечет за
жестко связанного с яиппт п собой поворот рычага 5,
воздействует па почий ^еМ' РЫ1,аг 5 своим копиром /1
128 - РО.1ИК, укрепЛИ|11ь,й на малом пле;|с ри.
Г. , 1Л> /52.,
4;19. Кинематическая схема п-,
"и системы механизма п 1
; ’ ‘ОКОДйкУУмного клапана”130'13
пын бачок 5 (см. рис. .5-11) бачка <; __
пар подводится к соплам папостпгйи,'',ерсз вентили
п У. Вода под давлением также 4^г п стул* а’ и Л 2
чок б. а отт>гда истекает чепез еопто П0СтУпает в ба-
пени 4. Из водосхр^йиой ступени 4 ™ВО-ШС1РУй”ои сгу.
7, где гасится сырость водяного потока Лг°тЛа*ает
сливается без напора в Дренажи^ ба“* вода
Рис. 5-12. Принципиальная схема многоступенчатого
пароэжекторного насоса.
/ — первая пароструйная ступень; 2 — вторая пароструйная сту-
пень; 3— третья пароструйная ступень; 4— водоструйная
ступень.
К вакуумной системе насос присоединяется через за-
твор ДУ-85 (8).
Вихревые вакуумные насосы в отличие от
от рассмотренных выше прямоструйных эжекто-
ров используют вихревой поток, создаваемый сжатым
воздухом или перегретым паром-
Па рис. 5-13 изображен вихревой вакуумный насос
типа ДКМ, принцип действия которого состоит в сле-
дующем.
Рабочее тело (сжатый воздух или перегретый пар)
подается тангенциально через штуцер 5 в цилиндриче-
И-1078
завихрения
воздух приобретает
движение
п'ТВИС ЭТОГО ОТКЗЧИВЗСМЫ1 I аз
каисн- »‘-г центральный жиклер 1 в каме за-
сасывается чсРез, ^^ачнваемого газа и рабочего
вихрения, а затем смесь о 3 Диффузор оканчивается
тела попадает в дифф)-бочсго тела и откачиваемого
улиткой 4. откуда смесь р Вихревой насос при
газа выбрасывается в атмосфер} н
Д-Д
Рис. 5-13. Вихревой вакуумный насос.
давлении рабочего тела 2,1 ат обеспечивает да’же при
одной ступени предельное давление порядка 20 мм
рт. ст. Размеры вихревого насоса с быстротой откачки
окот 0, 5 л сек при давлении 20 леи рт. ст. не прсвы-
по Дяине и 170 мм в диаметре. Вихревой
2 м*1мин и ’™^ДКМ ПРИ расходе воздуха около
в 40 т до тйн -р1СНИИ1п аТ обеспечнвает откачку объема
40 л до давления 10 мм рт. ст. за 1,5 мин [Л 78).
Б-Ъ. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ НАСОСЫ
сообщении молекула ’ лвкУляРНых насосов основан на
скорости быстро' дви-жуш5,’/КеНИ0Г0 газа направленной
Давлений, обеспечиваемый ПОвеРхп°стыо. Перепад
порционален скорости и тлиип1еКу?ЯрнЬ1м насосом, про-
ко орая соприкасается • пл'гп^ВИЖУ,ДС11Ся поверхности,
Этот перепад давлений зависи-г°М откачиваемого газа,
ве а откачиваемого газа. Таи Также °т молекулярного
162 *’ в тУРбомолекулярном на-
а для возду-
сосс ТУР-500 для водооолл' Т4
ляет 250, для тяжелого водорода Г)Ти/Ка™я сос
ха 5- 107 [Л. 79]. Вее еказХТс^2,^00’
ствованин молекулярного по-.'/м Д'1ИВ0 "Ри п
в насосе, т. с. рабочей облает//, 'гс'1ен,,я г
сосов будут давления порядка "о-2М°^‘<ÔГы
и ниже- 1 й ш ~-‘О • мм рТ ст
Па рис. 5-14 показана схем"
насоса, предложенного Беккером гп Ж°А,олекУляРпого
ь ‘ И- о0]. Этот насос на-
х па-
Рис. 5-14. Схема турбомолекулярного насоса.
поминает собой осевой многоступенчатый компрессор,
имеющий достаточно большие зазоры между движуща
мися частями, что представляет собой существенное
преимущество насосов этого типа по сравнению) с
стными ранее. В корпусе 1 закреплены непо
диски 2, а на валу ротора—диски 3. Зазоры л ' У
подвижными и подвижными дисками рав ь Р
1 ”в лисках ротора и статора имеются косые прорези,
в которых при быстром вращении р^орл ^°^щестеенно
получают дополнительную скорое Р • я При
в направлении от середины Рот0Ра „ ег0 Р„ращения
диаметре ротора 170 лы/ и скщ нозлехх со-
16 000 об/мин быстрота откачки иято^.^ -^еЮ(й
ставляет примерно 140 л/сек в Д ‘ насоса 5Х
Ю-2—10-8 мм рт. ст. Остаточное давление
30-'° «•« Рт- ст
г- лтметить. ЧТО остаточным га-
След- овном виорол- КОТОР1'"'
-СИ или десорбируется
аду в насосе является в стенки или •
диффундирует через сталь» ацпопной надеж! о
с №. Вследствие ’Х^ВВЭ осевого ------
^а^^^а^прянята в двух отечественных
™На^ тип^ ТМН-200. общий вид которого
лен на рис. 5-1< .
сора эта
предстле
5 [Л. 129]. отличается от заруоежных о<
Рт- 5-15. Тупбомолекулярный высоковакуумный насос
типа ТМН-200.
ра н в !а.'ичием двух встроенных в полость предвари-
Х^3₽“ ^ктродвигателей, помещенных
залит, покеизиг3- ₽°Т°Ра- ?аТОри ^тродвигателей
осущ-твтяст Я тп 70Л0И’ ЭлектР°питанис двигателей
с частотой 300 гц Элек?^ Т^0М На<ПРяжением 22« «
одвигатели включаются
полных обо-
электродвигатсупГсоХщзяеГзК^ МОЩНОСТЬ каждого
При вращении ротооа на птш. г
НИИ на выпускной стороже не ботее ? т°?0Тах и ^авле-
требляемая .мощность .. 01 е ’ $ 1 Л1Л1 Рт- ст. по-
сле вывода ротора на потны, об/ ° вГ’ ПоэтОмУ по
Двигателей может б" Л о6°роты один
11 отключен, что
ьи рт. ст. по-
«вйеж ю тъ, к. и. I
<-рок службы насоса
164
и
из электро-
повышает
Достигает ‘16*000 чТвыше. ^Т
I ис. 5-16. Зависимость оыстроты откачки г\ рбомолекулярного насо-
са ТМН-200 от давления для воздуха.
Зависимость быстроты откачки насоса по воздуху от
давления иллюстрируется графиком, показанным" на
рис. 5-16.
В настоящее время разработаны турбомолекулярные
насосы ТМН-5000 с быстротой откачки до 5 000 л/сек при
скорости вращения ротора' 6 000 об/мин.
6-7. ПАРОСТРУЙНЫЕ ВЫСОКОВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ
Принцип действия пароструйных высоковакуумных
« насосов состоит в том, что за счет разности парциаль-
ных давлений откачиваемых газов в струе пара рабочей
жидкости, вытекающей из сопла насоса, и в бъемепро- |
исходит диффузия откачиваемых газов в струю (поэыэ-
му эти насосы часто называют диффузионными). Моле-
кулам откачиваемого газа, попавшим в сферу действия
струи, сообщается дополнительная скорость в, аапР<|В
лении ее движения. Работает пароструйный диффушои
ный насос следующим образом.
Рабоча'я жидкость нагревается в кипятильнике вн
ним или внутренним нагревателем. Образующийся ре
зультате нагрева рабочей жидкости пар по паР И
Дам поступает к соплам насоса и выходил из со -
Де струй со сверхзвуковой скоростью. При , ‘„рн_"
струи пара на холодимо стенку происходит л
КИПЯТИЛЬНИК
пасося пр I
предварите^
СЯЦИЯ И КОНДСИСЯ1 'У*4''"' ЛнЬ\ПИОЯПОГО
патрубку пароструйного 1Д Iразрежения, откачп-
единяется насос га’з и обеспечи-
вающий выделившишя .
взющий целостность паровой стр * струйных Диф-
В качестве Рабо‘,е* *Хпотся специальные масла
фузионных насосах при’сняг большинства сортов ма-
и роже — ртуть. В отличи , емспном соприко-
сел ртуть термостойка пр ся прн перегреве,
сновении с а70бсфер°'ЦНе11ие в тароструйных диффу-
зХш'Хсах раСоших -в бсГмасляных системах
” Так как давление насыщенного пара ртути при
1-пмнятной температуре составляет 1 • 10 шж Р~- ст-> н<
обходимо применять холодные ловушки для выморажи-
вания паров рттти. проникающих из насосов в откачи-
ваемый объем. Пары ртути токсичны, вследствие чего
парортутные насосы, несмотря на отмеченные преиму-
щества. применяются лишь в особых случаях.
В качестве рабочих жидкостей пароструйных насосов
чаше всего применяются нефтяные ма’сла специальной
перегонки и кремнийорганические жидкости. Пары
. ст., не-
отка чи-
большинства применяемых масел в отличие от паров
ртути безвредны.
Характеристики некоторых отечественных масел для
пароструйных диффузионных насосов приведены
з табл. 5-2.
Нефтяные масла обладают большой способностью
ны рабочие
к растворению газов и паров. В результате этого прн
зияХТ'1ЬН0М Запуске насоса из масла выделяется
^^и^^ газообразных продуктов, что
пвиДК40?СТИПа 5Ф4Э 11 ФМ-’- После Р °Та
1 Ю-э ^1-7гДесгНОбезДаппиНИе В “аС°Се достигает 5-
вушки. Однако, в случае исппчГо^^1 охлажДаемой ло-
мошность подогрева5 кипяти ° ания жидкости 5Ф4Э
фузионного насоса должна г^3 Паромасляп°го диф-
1-0 раза. ‘ а быть увеличена в 1 3________
прогрева системы
"Р" Работе перпо-
к Ы№ МШМЫ Пул;
ч .
М рК *'а Л
Упруга Г,’
П । гц и
Р0® С
•'У р.ч ст
Не выше
3 10 я
<> <1 ПИКИ' х рЛК ГгрИ I И! и
Те МН*-р;|7\ р., #
и ри к* •>п*»ой
упруга Ь
р.ЧПИ»
1 Л0-? АМГ
рт. ст., **С
I -Ю — 150
Марка мзслз
нефтяной продукт
'мось изомеров
пятикольчатого
эфира высо-
кой степени
очистки
ческий продукт
(индивидуальное
химическое сое-
динение пентафе-
нилтриметилтри-
локсан)
ГОСТ, ТУ
Не выше
1 • 10- ,0
1,2-
Упругость
пара при
мм рт. ст.
В Я 'КОСТЬ
(кинема-
ТИЧО- КИЯ|
с ст
80 95
130 —150
170
(при
20° С)
Основные характеристики
Температура,
при которой
упругость
пара'равна
I • 10'2 мм
рт. ст., °С
Вязкость
(кинема-
тическая )
при 50° С,
с с т
длилокие,
ЛМГ рт. С.1П,
1.10-5
Предельное
давлгние,
мм рт, ст.
9
О 'овны к пл т 1ни<.1ир.и иейг иа
Но
г।авнению
ВМ-2, ВМ
повышенной
стабильностью
В системах с
М ЯСЛЯМИ
5 обладает
окис. ИТСДЫ.ОЙ
'•1Т1 ал. шчески-
ми уплотнениями после прогре-
ва при 1Н)°(, достигается
предельное д а вле иие
ХЮ-9 мм ртг сп,.
лаждасмей . опушки
ох-
Харак сризуется очень высо-
кой воздухост ойкостыо. При
многократных прорывах возду-
ха в работающий насос не
ухудшает своих свойств
П родолжение табл. 5-2
Основные эксплуатз тонные свойства
ПФМС-2
чеекии продукт
крсмнииорганиче-
ский продукт
ТУ ГХК
Не выше
5-10- 8
1 -10 -8—
1. 10-6
5-10-8—
7 -10-7
120—160
100—165
16—33
16—33
95—100 8,0—13,0
хю-6
3- ю-6-
1 • ю-3*
10
По сравнению с маслом
ВМ-1 обладает более высокой
окислительной стабиаьиостью
Отличается от масла
вакуумом
Обладает очень высокой
окислительной стаби шнолью,
не ухудшает вакуумных
свойств при попадании в на-
сос атмосферною воздуха
кты и ло-
.1пфснилмегн.1и1.1Оксановые маем
Соста’в остаточных газов в дшы
ляном насосе, длительное воем-, 1 Фуз,,0,,110м папой-
те. я основ,,см
на рис. 5-17 приведен типичный
газов
нрп 1 лп г. I- спектр остаточных
ЦВЛ-100, работающем на минеральном
Рис. 5-17. Спектр остаточных газов в насосе
ЦВЛ-100.
масле
ВМ-5 [Л. 110]. Стабильность различных рабочих
жидкостей может быть оценена при сравнении сумм
парциальных давлений углеводородов в спектре остаточ-
вых газов.
Конструкция па’соса
Ционнрование рабочей
11а рис. 5-18 приведен разрез металлического четы-
рехступенчатого „асоса фрак-
тн с. чет кольцевых с
Ж"^-1 Во доохлаждаемый масло-
регородок на днище наС(к‘ ‘ 'рльно уменьшает миг-
отражательный колпачок ..^кого вакуума'-
рацию паров масла в сторону вбыстроты откачки
Па рис. 0-19 показана .>а • ' ля различных га-
давления для1 ной э.кектОр-
зов. Наличие в конструкции н‘к^^сскпос давление до
ной ступени позволяет довес1И -1 > эжекторной
0,4 ммрт. ст.. в то время кат ку ;^ц1аеГ 0.1 ммрт. ст.
ступени выпускное давлеви 171
иасоса
Диффузионный насос Н-1С-2.
“*’• V С — выходной флЛгУг”?^-. ?<?2 Г : РУбашка охлаждения; 5 —
/0 — эжсктормог сопло* и' ^лУ*Л>Х' $ —ас&е-тозйя ьата; 9 — штырь;
"--диффузор; /2-трубка; /5- заглушка.
адсосы
П ТОЙ 0ПИЧ1Н, « й)0000 л.
М1Л 11-ИI, нр ГЬК) Еип
.00
80
60
40
20
О
без маслоотражателя;
воздуха
гелия
воздуха
водорода
1 — откачка
3 — откачка
2 — откачка
4 — откачка
г I ССК
200
180
160
140
10 *
Зависимость быстроты откачки насоса
давления для различных газов.
5-8. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ (БУСТЕРНЫЕ) НАСОСЫ
1 Вспомогательные (бустерные) ’^^дз^^давлений
большей быстротой откачки совместно с меха-
Ю-'-Ю-* лш рт. ст. и и^о^/У^^Х’н^^плотие-
ническими вакуумными насосами • диапазоне дав-
нием, быстрота откачки которых - '1сосах этого типа
лений практически близка к нул • струи масляного
обеспечивается повышенная пл сортов вакуум-
пара за счет применения легк .1 подогррвателен. Вы
ного масла и увеличения мош насосах может
пускнос давление во вспомом • ’ пароструйными
быть повышено по оравп иче1))1Я в выпускных
высокова’куумными за сю у
ступенях насоса числа сопел. во вспомогательнь-
В качестве рабочей жндкосги марок г и ВМ-3-
насосах используются пеФта1‘ насосов обычно ле
При этом выпускное Дазле Дальнейшее Узеа“бочёй
в пределах 0,3—1,5 льи Р1- • к окислению Р‘ ,н0.
выпускного давления нриво, ифенилме1илсили "
«ИДУКОСТ„. Пр., с "С’-Зеюшего
вого продукта марки П ’ увеличении
термоокислитсльную стойко,
—таблица 5’3
Физико-химические характеристики масел для вспомогательных (бустернь засосов
Основные характеристики
Марка масла
ГОСТ, ТУ
Упругость
пара при
20° С,
мм рт, ст.
Температура,
при которой
упругость па-
ра равна
1 • 10*2 мм
рт. ст., °С
Вязкость
(кинематиче-
ская) при
50° С, с ст
Основные эксплуатационные свойства
Масло для
вспомогатель-
ных насосов
(старое назва-
ние Д-1Г, Г)
ВМ-3*
ГОСТ 9184-59,
нефтяной продукт
5-10-6—
1-10-6
70—90
12,5—15,3
Срок службы в высокопроизводи-
тельных насосах небольшой из-за бы-
строго окисления кислородом воздуха
ПФМС-1
РТУ РСФСР
№ НП11-61, нефтя-
ной продукт
Ю-5—Ю-4
70—80
7—10
ТУ ГХК ЕУ264-62,
кремни йоргавиче-
ский продукт
1 • 10“б—
7-10-5
Применяется для высокопроизводительных па роструй
3,6—4,6
Имеет однородный фракционный со-
став и обладает по сравнению с мас-
лом Г в несколько раз повышенной
окислитель! ой стабильностью; позво-
ляет получать паспортные характери-
стики насоса при пониженной против
нормальной на 15—20 0 0 мощности
электронагревателя. Рабочая темпера-
тура в кипятильнике на 25—30° С ни-
же, чем у масла Г
Обладает очень высокой окисли-
тельной стабильностью
ныхлвсномогательных“(бустерных) насосов.
имеют развитую поверхность на Гре-
тель и кипятильник
ва и теплоизоляцию.
Основные технические характеристики бустерных а-
сосов приведены в приложении 7.
5-9. АДСОРБЦИОННЫЕ НАСОСЫ
Принцип действия адсорбционных насосов основал
на хорошо известной способности предварительно обез-
гаженных твердых пористых тел
Рис. 5-21. Адсорб-
иианк...й иа<т>
ИВН-01
поглощать газы и пары в основном
за счет физической адсорбции.
Адсорбционные насосы нашли
применение в системах безмасляной
откачки как для создания пр щва-
рительного разрежения, так и для
получения или поддержания весьма
низких давлений в замкнутых объ-
емах [Л. 82]. В качестве поглощаю-
щих материалов (адсорбентов) в на-
стоящее время применяют силика-
гели, алюмогели, активированный
древесный уголь и различные мар-
ки природных и искусственных цео-
литов (табл. 5-4).
На рис. 5-21 приведен чертеж
адсорбционного насоса типа
ЦВН-01, в котором в качестве ад-
о
сорбента используется цеолит 5 А.
В табл. 5-5 приведены сорбционные
емкости цеолита 5 А для различных
газов. Цеолит активировался в ва-
кууме при давлении
рт. ст. и температуре 550° С в тече-
ние 20 ч.
1 • 10~3 мм
В цилиндрический корпус <?,
изготовленный из нержавеющей ста-
о3 В^СН а перфорированная
* ^ольневое 'пространство
н;Л коРпУсом и трубкой запол-
[)ого СОлитом Л количество кото-
рою составляет 100
н'оевТется сорбенга на насос снизу
азотом, о спс-л Дьюара с жидким
верхней части насоса
г. Для охла-
продубим.н—
рушения при возр
ши I, предохраняющий насос от раз-
астании давления во время размера.
жизания.
На базе насоса 11ВН-01
Л ' * -Л,
разработан вакуумный агре-
вид которого представлен на
Конструкция агрегата
ЦВА-ОЫ, общий
гаг типа
позволяет при откачке объ-
екта одним 'из насосов одно-
временно 'производить реге-
нерацию другого.
Агрегат ЦВА-01-1 рас-
считан на откачку объема
в 10 л до давления 5-10~2
зг.м рт. ст. при иопользова-
нии обоих насосов. При этом
время откачки составляет
2 ч. Так как все вакуумные
элементы агрегата выполне-
ны на металлических уплот-
нениях, его можно •исполь-
зовать в безмасляных про-
греваемых св ср хв ы со к ов а ку -
умных системах для созда-
ния 'предварительного разре-
жения. Этот же агрегат,
снабженный водоструйным
насосом типа ВВН-2, может
откачать объем в 10 л до
давления 1 • 10~4—1 • 10~5 мм
рт- ст. или объем в 200 л до
давления 5-10~2 мм рт. ст.
Некоторые неудобства
эксплуатации адсорбционных насосов состоят в иеоб™
димостп подачи жидкого азота, периодической регенет
ции и значительном времени первоначального впуска
5-10. НАСОСЫ С ТЕРМИЧЕСКИМ РАСПЫЛЕНИЕМ ТИТАНА
В вакуумной технике широкое распространение по
лучили сверхвысоковакуумные насосы, принцип дейст-
вия которых основан на поглощении газов распыляемым
металлом. В зависимости от конструктивных особенно-
стей насосы этого типа* называют гсттерными, сорбци-
онными или испарительными. В дальнейшем мы будем
придерживаться .названий, установившихся за каждой
конкретной конструкцией насоса.
В геттерных насосах в качестве газопоглотителей
применяют чаще всего титан, хотя могут быть использо-
ваны и другие металлы (ба'рий, хром) [Л. 74, 84, 85].
Титан образует практически нелетучие при комнат-
ной температуре устойчивые твердые соединения или
твердые растворы почти со всеми газами, имеющимися
в вакуумных системах, кроме инертных газов и углево-
дородов.
В отечественных насосах в качестве газопоглотите-
лей применяется йодидный титан (СТУ-35-452-63), ти-
тановый сплав ВТ-1-1 (АМТУ-388-59) или специально
разработанная титано-молибденовая проволока
(ЦМТУ-05-19-67). Размеры титано-молибденовон прово-
локи приведены в табл. 5-6.
Размеры дгитано-молибденовой проволоки
Диаметр молибдено-
вого керна, мм
Толщина осажденно
го слоя титана, мм
Допускаемое от-
клонение п доволо-
ки, мм
г» п ^пмкн\:том объеме
При испарении газоп0Г*ПО1!пеЛ,.1...„11ый слой, на п0‘
на стенках образуется свежни погЛошение
верхности которого происходит к ‘ хемосорбции,
газа в результате физической адсороции. . 1д)
а также кам,песках реакций „ растаореппя газа Р твер-
Д°"п™ мадмевви и воназааш, откачиваемых газов
за’ счет электрического разряда или электронных по о-
ков поглощение газов активными пленками идет Оо, ее
эффективно. С другой стороны, процесс ионизаци I т
возможность связать и инертные газы.
Рис
. "’23. Гсттерно-ионный насос ГИН-0005
с пультом питания.
В современных испарительно. ________
совмещены геттерные и ионн^ НЫх пасосау пЛ
дип действия испарительно-иоиньпПЮ отка'«и 1г'"'г’
поглощении газов пспиодичееЛ иасосов оспа» рИ"'
ляемой пленкой активного веществ" ?ел₽е₽Ывио «ап"’
ИОПОВ отрицательно
Нтами насоса.
з а п ы л я см ы м и
также
веществом.
в испарительно-ионных
Испарение
активным
титана
насосах
может происходить как из твер-
дой, так и из жидкой фаз.
На рис. 5-23 показан общий
вид геттерно-ионного насоса типа
ГИН-0005 с пультом питания. На-
сос имеет быстроту откачки
5—6 л!сек в диапазоне давлений
4-Ю-6—1-10~7 мм рт. ст. и пред-
назначается для откачки неболь-
ших вакуумных систем или под-
держания высокого вакуума
в мощных электровакуумных при-
борах после отпайки. Зависи-
• мость быстроты откачки различ-
ных газов от давления для этого
насоса приведена иа рис. 5-24.
На рис. 5-25 показана элек-
тродная система насоса, смонти-
рованная па металлокерампче-
.4
Рис. 5-25.
Электродная
система насоса
ГИН-0005.
. м поколе, который ввариваст-
в .Р'+йэохлаждасмый мсталли-
. г-М1н корпус. Па испаритель 1
подастся напряжение
30 О 1 “,г ’ **ч ч.._______
теле тп Я Иа ССтКу - +300 е. Электронный ток на испари-
кже как и ла сетке, составляет 100 ма. На катод 3
в при токе нака-
ла 7<8 а ^Срс^спнос напряжение 12,2 ,
п°лями ’ ~ЛСктрон1>1, э.миттиртемые катодом, ускоряются
ПаРитель фИТСЛЯ и сетК11- 1{асть их бомбардирует ис-
Л!1мация’т11аГ^евая его> вслаДствие чего происходит суб-
к сетке г ИТана- Другая ча'сть электронов направляется
еТ15е меж* ИОнизиРУст газ. Образовавшиеся в простран-
По"адают У ССТК0Й 11 корпусом положительные ионы
,отся п(> Т Па аиУт1Щнннс стенки корпуса, где поглоща-
нрерывно напыляемой титановой пленкой. При
181
• ТИПОВКИ испа'ритсля 50 вТ
мощности эдеет₽^^Й т1ТанаР'составляет 4-10 7 г сек.
скорость сублимации т ПОПадает на коллектор
Часть положите.!ь»^ под потенциалом — 105 в
ионов Л которЛ"ча н корпуса. Величина ионного то-
относитсльно ка™д тужить мерой давления в диапа-
... может <лзаигь^ Р^ чувствитсль.
= 1.8 1 /мм рт- ст.
зоне 6-Ю '— 1 • 10
ность составляет (<м. гл.
еттерно-иоиний
ГИИ-0ДЧ1.
насос
На рис.
П1Н-05М1 с
электронная
^«р010й оТхачки ад”/, ”асоса ™'а
метена па.и, а „ ° ек '««духу
корпуса 4 размещены
окГ.г.к к с- а ,л4 в крышке м-. . ц м Л-,я предва-
К^*«~^сдусмоч’ек пат-
)82 • Готовка „асо
к рабою состоит
15 предварительном обезгаживании поп
25о-3000 С и давлении 2-10-5 мм рт
температуре
течение 4—-
6 ч.
В отличие от зарубежных конструкций
но-ионных насосов, где для обезгаживания
внешние громоздкие печи или нагреватели
го насоса осуществляется
испарите ль-
иримсняются
прогрев это-
внутренним нагревателем,
роль которого выполняет
анод 3, изготовленный из
молибденовой проволоки.
Эксплуатация насоса
упрощается, так как от-
падает необходимость в
применении внешней теп-
лоизоляции, а подводи-
мая для нагрева энергия
используется более эф-
фективно.
Сублимация титана
происходит с (прямона-
калыюго испарителя, на-
греваемого до темпера-
тур ы ~ 1 160° С. I I спа р и-
тель представляет собой
молибденовый 15-образ-
ный корн диаметром 1 и
длиной 350 мм, на кото-
рый нанесен слой йодид-
ного титана толщиной
0-5 мм. Общий запас ти-
тана составляет около
' г- При мощности на
испарителе 200 и 240 вт
мании титана 5 и 15 мг/ч
насоса 1 500 и 500 ч соотв<
насоса ГИН-05М1.
/ — катод; 2 — испаритель; 3 — анод.
достигается скорость сублн-
обеспечивается срок службы
„ меняется в «,,е'
Скорость сублимации
нис сотен часов раооты на * чТ() мошнос - (1ОСТ0.
80% запаса титана при У ’ поДДсРн<ива '
лимая для нагрева испарителя.
ИННОЙ.
п У;кс отмечалось, химически активные газы
В1]^а10Тся пленкой титана, непрерывно напыляемой
Утреннюю поверхность корпуса.
ио-
на
т1бо поглощаемых пленкой |пта-
эмиттируемыми като-
- зависит от эффектив-
Ионизация ^'^ектроиами
на. 0СУшестВЛЯет,.311КИ этих газов
дом. Быстрота откв ,мАгЬ(|)ективность ионизации может
пости их ионнзап* ”цет увеличения длины пробега элек-
быть повышена за V мснепнсм «Прозра кого»
тронов. Эт0 а< на который подается нагряже-
относительно катода. С иная
насосом, составляет 0,8 квт.
ная электронов
+ (1 000-е-1 200) в
мощность, потребляемая
нпе
Зависимость оы г-роты
Рис. 5-28. Зависимость быстроты
откачки насоса ГИН-05М1’ от
дг вления для воздуха.
1 с гкдначкс.й пароструйным внЬфу-
№>ШМ кассом; //-бел подкачки.
откачки воздуха от давле-
ния показана на рж. 5-28
(кривая //)• При работе
геттерно-ионного насоса
с подключенным через
патрубок 6 'пароструйным
диффузионным насосом
быстрота откачки увели-
чивается (кривая /) за
счет улучшения откачки
инертных газов.
Следует отметить, что
опыт эксплуатации насо-
сов ГИН-05М1 с подкач-
кой диффузионным насо-
сом и масс-спектрометри-
ческий анализ остаточных
газов показали отсутствие
откачиваемом объеме
По всейГ'вепоятмпКИЛКО-СТИ г?И пРОдУК1ОВ ее крекинга,
ложением папой об'ЬЯС1!Яется термическим ра.з-
соса в полости гетгеонои жидкости диффузионного на-
поглощеяием продуктов разложения'003 ° ПОСЛедУющим
ГИН-05Л1Гбыли°ХарХтОя гетгсРи°-ионпого на’соса
С быстротой отк,цРЛР 00Тан1л 1,ас°с
|л.4 тканей воздуха 5.^2000 и 5 000 ^
ставляел^бОоХ^ХХе’се?^1100? Насоса ГИП'2
у ГИН-2 и ПИ 1-5
со-
мм. Высота
и о п , равна 750 мм
ТРИ и ?С0СаХ ГИ11’2 и ГИН-5
--образной фопми г?,еСТЬ п'РЯм°накальных
Ф°РМЫ ^аметром 3 .мм и дли-
„ Запас титана иа одном испарит ь- состап-
цо>* У'^г при этом эффективный ресурс титана в насо-
лЯСТ чвен сответсгвенно 50 и 100 г. Такой ресурс титана
С/Х почивает непрерывную работу насосов ГИН-2 и
гыП5 при скорости сублимации титана 50 и 100 лг; ч
Г пка 1 000 ч п; и давлении 1 • 10 « мм рт. ст. Полная
л<х рт.ст.
2-Щ-
10'9
151Ь 18 20 28 30
Массовое число
Рис. 5-29. Спектр остаточных газов в геттерно-иомном насосе ГИН-2.
ЛеН ИЯ. азот.
,, позпух- IV — водород; V а
— аргон; // — метан; 1П — воздух»
,, гпн-2 и ГПН-5, раз-
мощность, расходуемая насосами
иа 3,6 квт. чт0 при давле-
Опыт эксплуатации насосов пока. > гнтаиа мож
нии 1. 10-7 мм'рт.‘ст. скорость сублимации
„Л без хменьше-
твеино оез )
НИЯ
ло 10 и 30 мг'ч сои^.;
ты откачки насосов. В этом сл^чач.
врастает до 3 000 ч.
дюнные на'сосы позволяют создавать разре.
• ’О ' мм рт. ст. и ниже.
...ц,чн спектр остагоч-
жение поря
них газов,
3-Ю'6 «'«
ГИН-2 при давлении
водород (массы 1
•ченный в насосе
т. В спектр входят
Донлыи’, «м.и рт ст.
40
о
Рис. 5-31. Зависимость быстроты откачки насоса ГИП 5
от давления
I — ергой; // — метан; III — азот; IV — воздух; V. V/ — окись
углерода и углекислый газ.
и 2), метан (массы 15 и 16), вода (масса 18), а3°т
4-окись углерода (масса 28) и аргон (масса 40).
рис. 5-30 и 5-31 приведены зависимости быстроты от-
качки различных газов для насосов ГИН-2 и ГИН-о.
Основные технические характеристики геттерно-ионных
насосов приведены в приложении 8.
Дальнейшее развитие геттерно-нонные насосы с тер-
мическим испарением тигана получили в конструкции,
называемой «орбитрои» (Л. 132].
«орбитрон» удачно сочетаются отцо-
рпьная простота конструкции с высокой стабиль-
Сгтыо работы. Па рис. 5-32 приведена принципиальная
н<* ’ насоса с быстротой откачки по воздуху 300 л/сек
гп П7] Внутри корпуса 5 размещен центральный эл<к-
тпод (анод) з с титановым
шпиндром 4. Верхняя часть
эчектрода 3 защищена труо-
7. Па пластине 8 укреплен
КОИ / А161 >
керамический стержень 7, на
котором крепится катод 2,
изготовленный из вольфрамо-
вой проволоки диаметром
10,15 лш. Токовводом и экра-
ном катода служит проволоч-
ка 6 из тантала диаметром
0,38 мм. Корпус насоса зазем-
лен, а на центральный элек-
трод 8 подается положитель-
ный потенциал до 5 кв. Пла-
стина и экранная трубка 7 на-
ходятся под (потенциалом ка-
тода. Расположение и конфи-
гурация катода и танталового
токоввода выбраны так, что
осевая и радиальная симме-
трия электрического поля на-
рушена. Кроме того, к катоду
приложено положительное на-
лряжение смещения (от 50 до
250 в) относительно корпуса
1С. 5-32. Геттерно-ионный
насос типа «Орбитрон».
ФЮО
насоса. В результате электро-
ны, эмиттирусмые катодом,
Движутся со скоростью, имеющей осевую, радиал ,
тангенциальную 'составляющие.
Ввиду того что электрическое поле неснмм®^Р*1
векторы скоростей электронов составляют ого
угол по отношению к силовым линиям элекре_
направление движения электронов оу. элек-
Рывно меняться и их попадание на центра^• ’ ю
тр°л, имеющий малое поперечное сечени '.,Хлючается.
Рождение электронов на корпус такж ‘ на ка-
а’годаря наличию положительного см
ПОЛЯ,
бл;?
10.10.
до-
в вульгате меетроны движут™ "« «роиг.п,
п I •’ иг большие расстояния и
„«точно рСзко упстп'шваетс •
поятиость ионизации <аза .»
1ожш« траектории электронов показаны на рте
ве-
Воз-
5-33
. траектории
электрода 3,
вый
которых проходят
попадает на титано-
цилиндр 4 и разогре-
[Л. 119].
Часть электронов
вблизи центрального
Рис. 5-33. Траектории электронов
в радиальное электростатическом
поле.
вает его до температуры
~| 160°С. При этом про-
исходит сублимация ти-
тана и запыление вну-
тренней поверхности кор-
пуса насоса.
Так же как и в ‘преды-
дущих конструкциях гет-
терно-ионных насосов, от-
качка активных газов ор-
битроном идет за счет
поглощения их пленкой
титана, непрерывно на-
пыляемой ла внутреннюю
поверхность корпуса на-
соса. При условии доста-
точной скорости сублима-
ции титана и вероятно-
сть прилипания молекул, близкой к единице, скорость
ил’. ЧД л активных газов будет ограничиваться в основ-
-ипя лпГиЬ'М сечение'л насоса. Быстрота откачки насоса
ставЛ Т" С ”ходн|"' сечением, равным 100 со-
чо“: а Ж°рОда 900 Д»я азота 500 л/сек
ни’ ’Х р1± ш ТР°Та °тка™’ •»««> с вход-
9 00(1 Д Р, ВХта 6 000 Д°стигает для водорода
4 500 л !сек Гл пя1 леек и для воздуха
В отличие от описанных выше геттерно-ионных насо-
сов в орбитроне за счет значительного увеличения дли-
ны свободного пробега электронов (до нескольких мет-
ров) быстрота отка'чки инертных газов увеличена
ставляет для насоса с ------
105 л/сек.
........................и со-
с входным сечением 300 мм около
следует отметить, что насос может работать на пс-
ременном напряжении. Однако в этом случае быстрота
откачки несколько снизится.
л давлени
[|рС,'1.еЛЧ- цдрОН»,
* ,.Я «ОР011!1 (1.р на
чаемое с
ю-10 *
( рт. и ниже.
„мсаИной выше
давлений 10
-10-4 мм
НИИ
Рис. 5-34. Вакуумный ионно-геггерныи агре
ВИГА-500-1. /11МОНный насос;
пу.05- 2 — адсорбнион за-
1 — прогреваемый ве тЕ и3’ пенополистирол^ $ _ вен-
3 — теплоизоляционный „Пнный насос ГИН-Оа* •
ТИЛЬ
вакуумной си-
и тельной
Часто, чтобы избежать за1РЯЗпоИ предваР оа«уг
стемы парами рабочей жидкорт ст, пР^1Ск0Т0.
откачке до давления 10 пеолитовые насосы, $
адсорбционные угольные ил1 геттерно-ионным
рые объединяют в агрегаты с
ГИН-05М!."•«$
агрегат
СйМИ. оспСЯ V-
На базе геттерно-ионного н создан ^л'га\.
цеолитовых адсорбционных нас
вакуумный ионно-геттерныи
изображенный на рис. 5-г>4.
Адсорбционные насосы - ‘го
ной откачки объема от атмосц ор
давления.
\дсорбппонньн
отделяются от высоковакуум-
- ? "аС°ом м металлическим вентилем
прогревас > ()гкачкп объема включа-
‘ г обеспечивающий предель-
• Л"* /Ч ГГ Т Т ГГ ГГ Гчт т
гсттернч-ш-'—^- 5«Ю-9 юн Рт- ст- иы-
давление в системе р диапазоне давле-
<ч,мта откачки агрега т сос^вляет 250 л/сек. Агре-
ннп 1-Ю-6—о-1о / -795 котОрыс позволяют вкл 10-
гит имеет три вентил ^^“^„попных насосов и произ-
чать в рабоп 01,11 ; Измерение давления в системе
мшт" "х ГГмТномёто.. "скип латинкам...
ПРТь.“р"та откачки воздуха у гсттерно-ионных насо-
сов 3 Х.Ч..ВО выше быстроты откачки аргона гелия.
& в скоростях откачки может,быть ..спользовапа
для поисков течей порядка 10 —10' л-мкм рт. ст.Iсек
при давлении в системе не выше о -10 мм рт. ст.
К неюстяткэм испэрительно-ионных пясосов следует
СТС 51
ное
отнести некоторую сложность си темы элек р ания,
отсутствие саморег\глирования скорости распыления ти-
тана и наличие горячего катода.
Для создания насосов с большой быстротой откачки
(5000 л!сек и больше) применяют испарение титана из
жидкой фазы [Л. 89].
Нагрев титана до температуры плавления может
производиться электронной бомбардировкой. Мощность
на 'рева подбирается такой, чтобы капля расплавленного
титана сохраняла свою форму заснет поверхностного на-
е . При этом удается испарять титан со скоростью
в десятки миллиграммов в минуту и в то же время
п^еЛЯТЬ В 0КРУжаюи1се пространство значительно мепь-
испя =еСТВ° тепла по сравнению с прямонакальными
испарителями.
чит?пеоиопиирХНОЙ РЗб0ТЫ насоса необходимо обеспе-
титана в кате нспРеРЬ1впое пополнение запаса
«'Ц"е е%КоХйИХХТ"™'а И3 КаП™' ПР°ИСХ°-
использованию из-за оазГп^ к неполиомУ
сублимация титаиа Е1,с™^ ИВа"ИЯ> в то
время
сго
как
читсльно воз
кость, охлаж
растае™\пи°ЛЬ1СТр0Та откачки газов зна-
яУ.31 ”ри "Злении титана
на повсрх-
«их температур [Л. 115, 116].
•... *.Нп охлаждении ‘Д ачкп водорода возрастает
тУРы жидкого азота становой пленки до темпера-
190
„Л "а"Р"-«Р, скорость
• Раз при охлаж*
При напылении активных- „ —
охлаждаемую до температур ей0К па Повемш,
Значительно снижаются равновесн,ТОГ° азота
и других газов и практичен» е Давления Р л
пне метана. Ски пРС1<ращастсч ДоР°Да
^^ется образова-
Значительное увеличение скорости поглощения актив-
ных и инертных газов титановыми пленками
на пыляе-
Рис. 5-35. Сорбционный титановый охлаждаемый насос.
мым„ на охлаждаемые жидким азотом ™°ерхност1!'
объясняется увеличением физической ад
титан на-
На рис. 5 35 изображен насос в мпературЫ
пыляется па поверхность ет ‘обой „ысоковакуум-
жидкого азота. Насос предо с ^оизодядионным покры-
ную откачную установи} с • трубкой водяною
тисм 7, состоящую из К°Р,Г’У пемого жидким азотом,
охлаждения 2, экрана /, ‘'ч^‘зма подачи титановом
испарителя титана 4 и >
проволоки с приводом. ,о»ппм 1 5 м-ч периодически
Титановая проволока диахконуса (анола) а.
подастся через отверстие ‘ д титана происходит з<.
охлаждаемого водой. ЧспаР олоК11 электронным Л'Ч(^ :
счет разогрева титановой пр испаряемый кс <-
Фокусировка электронною 3гнит11ой отклоняющей с
проволоки осуществляется И. И поворот
стомой. Эта же магнитная синем.» I
позволяет вынести электронную
электронного луча. ' ’ “;жс„„Ои запылению штатом,
„пакт из облает, ПОД»1 зрушевия ионами титана
Для’зашиты катода о иг шпол11ениая в виде
предусмотрена 'п0{аСтся отрицательное напри-
диафрагмы, . зазе>1ЛСН, а „а катод подастся
жепие. Анод ишаршс. о6раз0„авшисс,, е голо
„аиряжеяне Ь . электронного луча, но затем
капли, псремещаютея и юль -мск I
Рис. 5-36. Зависимость быстроты откачки
титанового охлаждаемого агрегата от дав-
ления для воздуха.
попадают в ускоряющее поле ионной ловушки и проле-
тают мимо катода. Для исключения попадания распы-
ляемого титана в откачиваемый объем над анодом испа-
рителя установлен экран 6. Мощность, выделяемая
испарителем, не превышает 20 вт, что определяет срав-
нительно небольшой расход жидкого азота, который со-
ставляет о л/ч. к
^того насоса разработан высоковакуумный
соса со лептит111, к^оме охла>кдаемого титанового па-
11 50 М г чп высоковакУУмный пароструйный насос
з'«ч°« 0 а,.“ *>« предна-
гажнваяя,, и ~> »Р«я его обез-
"а“Са 0С1™и™-100.
4004. к гечеяне 5 -6
мос.ть быстроты откачки
от
рис. Г>-36. Быс|
к<>м диапазоне
давления д,
роча откачки
показана иа
юстояниа в широ-
Д а ст воз м о ж 11 ость
чага 2, и поднимает рычаг 2 в
рнзолтадьмому. При даЛ1,Нейш"“°*е’,ие. «Щзхос
укрепленный на якоре, ВХ0ДИт в к' * ® Якоря Р®>»к 4
нага 2. В момент Входа ролика в К0ХктК°™Р№
к го-
пычаг остается неподвижным, •
на оси вращения рычага 5
рычаг осдас! л «енщвнжным таи -то,, с КОпиРО.Ч 5
/1, работающий в это время, представ™^10* ко™ра
рпческую поверхность, центр Котоп4
на оси вращения рычага 5 В копир Р нах°Дится
воздействует на копир Б, уплотняя ™°?а ЯКОря ролик
Таким образом, закрытие выти П° седлУ клапан 3.
происходит в три этапа; овакуумного клапана
1) поворот рычага 2 из вертикального положения
в положение, близкое к горизонтальному, что соответст-
вует поворот)' якоря па 6°;
2) подвод ролика 4 к поверхности копира Б, что со-
ответствует повороту якоря на 4°;
3) уплотнение клапана 3 по седлу, что соответствует
повороту якоря на 5°.
Открытие клапана 3 осуществляется при обесточен-
ном электромагните 18 под действием пружины. При
этом якорь поворачивается по часовой стрелке, копир Б
выходит из контакта с роликом и рычаг 2 под действием
собственного веса поворачивается вниз.
Электромагнитный привод блока клапанов обеспечи-
вает малое время срабатывания (около 0,1 сек) и по-
зволяет легко осуществить взаимную блокировку
нов и дистанционное управление вакуумной сис с
Питание катушек электрона! питов осущес . пгпегче-
стоянным током напряжением 24 -6 в. д ‘ ' огрень1
нпя обслуживания в блоке клапанов Р . еп ик0.
сменное откачное гнездо и быстросъем
вое крепление пароструйного дифф)3!,01|Я объема
Блок клапанов уплотняется с платой ра' гайкой б.
через резиновый уплотнитель, 1СТОЙ стали и
Корпус блока изготовлен из малоу изРотовлены из ре-
хромирован. Уплотнители клапа ' эксплсата-
зины ИРП-1015, ^торая: ‘^тУХое давлен!1е в снсте-
ции, оказалась наилучшеи. Оста гпгтпвлЯет 1 • Ю"0—
ме при использовании этого олох.
0 ' МЛ1 рт. СТ.
К достоинствам блока клапанов следует отнести не-
большой объем пространства, подвергающийся сопри-
косновению с атмосферой при установке изделия, а так-
же прямоточную конструкцию и небольшие габариты.
9—1078 129
,,, я нагое типа НЭВ-З изобра*
Паре же_кт Ра его принципиальная схема —на
НЭВ-З представляет собой чстыр хсту-
.•> агтопную установку, состоящую из трех
мчатуо эл'' |с>еГ| и „обедней водоструйной, ра.
Хюше /выхлопом в атмосферу- Как-прайма, в мпо-
Хт" аты.\ эжекторах за каждой ступенью усганав.
жен на рис.
рис
Рис. 5-11 Многоступенчатый паро-
эжекторный насос.
Производительность насоса
ливаются конденсато-
ры, в которых лар кон-
денсируется, а газ от-
качивается последую-
щей ступенью. При
этом давление за сту-
пенью «практически рав-
но давлению насыщен-
ного лара «и лри темпе-
ратуре воды, охлаж-
дающей конденсатор,
20—25°С составляет
•20—25 мм рт. ст. Пре-
дельное давление в
многоступенчатом эже-
кторном насосе с кон-
денсаторами обычно не
бывает меньше 8—
10 мм рт. ст. В насосе
11ЭВ-3 с целью сниже-
ния предельного дав-
ления исключены про-
межуточные конденса-
торы, вследствие чего
каждая последующая
ступень откачивает не
только газ, но и
весь рабочий пар, по-
ступающий из преды-
дущей ступени, что,
однако, влечет за собой
повышенный расход па-
ло воздуху при давле-
ст.
составляет 1 кг/ч (СУ
НИИ , __. А 1 ^о/т \н
«165 л-мм рт. ст.) сек} \ при этом расход пара равен
140 кг/ч, а расход воды 14 ,и3/ч.
Пар под давлением 4 ат
попадает в распределитель-
но
т тгхтт,жв-,им^л
без вскрыт,.» определяется в основном срок™ "слу^Лм
катода. С кмуе, также заметить, что при откачке обХ
с тсплопзтлчеппем значительно возрастает рас™ ж,
кого азота. г<>елод жид-
5-11. ЭЛЕК1 ПОРАЗРЯДНЫЕ .МАГНИТНЫЕ НАСОСЫ
В отличие от описанных выше насосов с термическим
распылением титана в элсктроразрядных магнитных
насосах для получения активных пленок используется
явление катодного распыления.
На рис. 5-37 изображена схема расположения элек-
тродов простейшего (диодного) насоса. Между двумя
катодами /. изготовленными из активного металла, рас-
положен рамочный анод 2, на который подается поло-
жительный потенциал порядка нескольких киловольт.
Электродная система помещена в магнитном поле с на-
пряженностью Л/.
При определенной комбинации геометрии электро-
дов, напряжения и магнитного поля между электрода-
ми возникает холодный разряд. Электроны осциллируют
в разрядном промежутке и долго
не попадают на анод, вследствие
чего вероятность ионизации оста-
точных газов увеличивается. Об-
разовавшиеся при разряде поло-
жительные ионы бомбардируют
катоды и вызывают интенсивное
распыление материала катода и
запыление анода.
Механизм откачки различных
газов электроразрядным насосом
неодинаков. Поглощение химиче-
ски активных газов, но всей вс-
Рис. 5-37. Схема распо-
ложения электродов
электроразрядпого маг-
нитного насоса.
роятности, происходит в основном
на аноде с образованием химических соединений и
твердых растворов. Частично поглощение активных га-
зов происходит и па катодах, также с образованием
химических соединений и растворов. При этом часть
ионов может проникать под поверхностный слой моле-
кул катодного материала с последующей слабой диф-
фузией. Образовавшиеся на поверхности катода хими-
13—1078 193
чсскио
линсния вносимо 1 вин
— «ч Ж* | Т <
в основном на
распыляются и осаж-
• Ч-\1‘ПП (X \'ГХ
поверхности
о
анода,
1 к * « I ч . • .
.пыления не пропзойдс
инертных
благодаря
газов
запыляемых поверхностях с по-
--------------------- . • > « * -Г' п
адсорбции их ионов на запылж.чш.» —
следующим *зам\ровыванисм» свежераспыленным а-
ном.’С другой стороны, ноны инертных газов ускоряют-
/7 пред
С УТ
.8 28 ^0
Массовое число
''нмрт.ст
28
Массовое число
8
^ВЬ-1
Рис. 5-38. Спектр (.статочных газов в элек-
троразрядных магнитных диодных насосах.
а — элсктроразрядный магнитный насос; РПрСД =
2-10 им рт. ст.; б — элсктроразрядный маг-
нитный насос с охлаждаемым анодом (НОРД);
Рпред-2 • КН° ми рт. ст.
ся в электрическом поле и внедряются в материал
катодов, однако значительная их часть повторно виде-
ляется при распылении катодного материала. Этим
объясняется малая быстрота откачки инертных газов
[Л. 87, 93].
Типичный спектр остаточных газов в хорошо трени-
рованном электроразрядном магнитном насосе изображен
на рис. 5-38,а. В спектр входят гелий (масса 4), пары
воды (масса 18), смесь окиси углерода и азота (масса
28) и аргон (масса 40).
В диапазоне давлений 2 • 10“4—1 • 10-5 мм рт. ст.
иногда наступают периодические колебания давления и
тока разряда, которые связаны с нестабильностью Процес-
са поглощения аргона и носят название «аргонной не-
5ЛЪ92^ Это явление наблюдается и при
, к В03ДЗха. На «аргонную нестабильность» оказы-
‘ ‘ 1 сУшсствсниое влияние вольт-амперные характери-
С’птсчп м°?НИК?В питания насосов, размеры вакуумной
' • > > режим раооты. Опыт показывает, что псриоди-
Икнт.ЛI»
чсск1» раоота при давлении порядка 10 2 мм рт
водит к самоочищению насосов и уменьшении
носи возникновения «аргонной нестабильности
<" увеличением тока разряда увеличивается скорость
паспы :еиия материала катода. С другой стороны, ток
ГТ'» -
разы кт зависит от давления,
чснием давления количество
материала возрастает, а
с уменьшением его —
уменьшается.
Саморегулировка ско-
рости распыления катод-
ного материала позволя-
ет экономично расходо-
вать его запас при рабо-
те насоса в широком диа-
пазоне давлений (10-3—
10~9 мм рт. ст.) и обеспе-
чивает срок 'службы на-
соса порядка нескольких
тысяч часов.
В приложении 9 при-
ведены основные данные
отечественных электро-
разрядных диодных маг
нитпых насосов [Л. 86,98].
В насосах этой серии при-
менены секционирован-
ные аноды, на которые
подается напряжение
около 7 кв, и магниты
броневого типа с напря-
женностью поля около
, _ I
Таким образом.
распыляемого катодного
Рис. 5-39. Элсктроразрядный .маг-
нитный насос с охлаждаемым во-
дой анодом.
700 э.
Опыт эксплуатации элек-
троразрядных диодных
•магнитных насосов показал, что насос может устойчиво
работать лишь при давлениях меньше (2ч-5) • 10-э мм
рт. ст., а нормально запускается при давлениях Ю“2—
10~3 мм рт. ст. Давление запуска и давление устойчи-
вой работы ограничиваются вследствие перегрева элек-
тродов насоса, причиной которого является резкое уве-
личение выделяющейся на электродах мощности при
повышенных давлениях.
13* 195
чено |Л. 133], что охлаждение электродной
системы существенно улучшает ’кс>1.ту.ттац||<>ш1ысхарак-
тепасгики" элсктроразрядиы.х магнитных насосов 1,,к.
-----------------------, ияГОС3 МО/КС I ОЫТЬ \ ВС.Л1-
устойчивой работы
Было за
ЛХ X Д я • у - - — — __
чено до 10~1 мм рт. ст., а сю.
расширена до давления 5-10~3.
На рис. 5-39 представлена
рядного диодного магнитного и
асоса типа НОРД с ох-
Давление, мж ртп.сттг-
Рис. 5-40. Зависимость быстроты откачки
воздуха от давления для насоса НОРД-10.
/ — при охлаждении анода водой; 2 — без охлаж-
дения ?нода.
лаждасмым водой анодом. Анод /, содержащий 28
цилиндрических разрядных ячеек, для лучшей тепло-
проводности изготовлен из меди. Его охлаждение
осуществляется водой, протекающей по трубке 2 из
нержавеющей стали. Тепловой контакт трубки и анода
достигается за счет пайки твердым припоем. Два като-
да 3, изготовленные из титана марки ВТ-1-1, изолиро-
ваны относительно корпуса насоса с помощью двух
керамических изоляторов 4, защищенных от напыления
двойными экранами 5. Высокое отрицательное напряже-
ние (—7 кв) подается на катоды через металлокерами-
ческий вакуумный ввод 6. Магнитное поле (1 150 э)
создается двумя оксидно-бариевыми плоскими магни-
тами, расположенными с внешней стороны корпуса на-
соса. Заземление анода устраняет необходимость элек-
грическои изоляции линии охлаждения, что значительно
упрощает конструкцию.
Зависимость быстроты откачки воздуха от давле-
ния для насоса НОРД-10 приведена на рис. 5-40. Для
198
ии гания насоса иримсн
вольт-амперной характер
мыкания 100 ма.
11а рис. 5-41 показана
ыпрямитель с падающей
' Ч ! * < * — - -
- - к1/1\даемыми
(гпна НОРД) с быстротой откачки
)-.А п
насосов этой серии.
водой анодами
10, 23, 100 и
основные .Дан-
Рис. 5-41. Серия электроразрядпых диодных маг-
нитных насосов с охлаждаемыми анодам,г
Как уже отмечалось, одной из особенностей электро-
разрядных диодных магнитных насосов является отно-
сительно малая быстрота откачки инертных газов. Уве-
личение быстроты откачки инертных и активных газов
может быть достигнуто за счет введения дополнитель-
ного электрода, имеющего потенциал, равный некоторо-
му промежуточному между потенциалами анода и
катода. Такие насосы получили название триодных
в отличие от диодных, рассмотренных выше. На
рис. 5-42 изображена схема электродной системы элек-
троразрядного магнитного насоса триодного типа. Воз-
никший разряд поддерживается в системе, ограниченной
анодом 1 и двумя ячейчатыми титановыми катодами 2.
Образовавшиеся в разряде положительные ионы уско-
ряются электрическим полем и устремляются к катодам
При этом происходит как бы разделение ионов на две
группы. Одна группа, бомбардируя титановые катоды 2.
вызывает их распыление. Другая группа ионов про-
летает сквозь ячейки катодов и движется по направле-
нию к коллекторам <?. Потенциал коллекторов таков,
чтобы можно было собрать пролетающие через я ейки
19/
попадающим на
ионы, пролетаюп
гиен и не мо! \ 1
торов
ионы которые связываются
’п титаном. Положительные
лепил материала коллек-
вызвать р. ^ разрядных магнитных
чет увеличения ? пыл мой
гастся большая по сравимтю
пи эком
Элсктродн
ЗЯ
насоса
с диодными насо ами цель-
ная быстрота откачки, ак,
например, по сравнению
с одной ячейкой ди н го
насоса быстрота откачки три-
одной ячейки по азоту воз-
растает в 4 раза, а по аргону
более чем в 10 раз [Л. 86].
Как уже отмечалось, на-
пыление титана на поверх-
ности. охлаждаемые до тем-
пературы жидкого азота,
приводит не только к сниже-
нию равновесного давления
газов, но и к увеличению бы-
строты откачки. Эта особен-
ность используется <в элек-
троразрядном магнитном
насосе триодного типа
давление порядка
система ТРИОН-150, общий вид ко-
трьодпого типа. дорого представлен на рис.
5-43 [Л. 127]. Охлаждение
электродов (анода и коллекторов) жидким азотом даст
нп-и°К ЮС Ь ПОЛУЧИТЬ предельное давление порядка
л..' рт. ст. При работе насоса в области повышен-
ных давлений в связи с резким увеличением выделяю-
щейся на электродах мощности значительно возрастает
расход жидкого азота. Поэтому с целью уменьшения
Рабо™"Р^отрена возможность
«го ’ 7Р11ОН'150 ' вмя,"« охлаждением, 1Ля
прилагается специальный
тройник (показан на
ный соп /тпГжипк'>РиМ заме,,яется теплоизоляпиои-
для жидкого азота.
«ига депо тож₽ С03дается оксидно-бариевымн маг-
п"™»е 'Хса С В"РШ"СЙ "За-
дающей ямпрп Е 5тг'-’1яетс'1 пт выпрямителя с па-
1Й ".’^ьт-ампернои характеристикой, стокоы •
кого замыкания равным
с то го хода 7 кв.
1>5 а, и напряжением х-ло
следует отмстить,
как и вообще насосы
чю описанный триодный насос
Триодного типа, потребляет по
сравнению с диодными насосами несколько большую
дни с .> и имеет, следовательно, более тяжелые источ-
ники питания. Основные данные насоса
шлы -в приложении 9.
Известным недостатком элек-
троразрядных (магнитных насо-
сов является нестабильность ра-
боты
области давления
1 • 10~10 мм рт. ст. и ниже. При
таких низких давлениях в насосе
наблюдается неустойчивый -раз-
ряд или даже его полное исчез-
новение. Для возбуждения раз-
ряда обычно достаточно увели-
чпть давление
насосе до
5—1 - 10-9 мм рт. ст. Однако
вследствие того что ячейки насо-
са представляют собой замкну-
тые системы, при возобновлени'1
разряда в одной из
ячеек
уверенности -в 'возобновлении ра о
ряда 1в остальных.
В конструкции
рядного магнитного
электрораз-
на'соса типа
I
типа ТР14ОН-150
Рис. 5-43. Триодный
охлаждаемый насос типа
Ы1у1оп (рис. 5-44) предусмотре-
но -дополнительное пусковое
устроиство,
обеспечивающее сс-
тойчивый разряд при сверхнизких
давлениях [Л. 131].
В пусковом устройстве исполь-
суд
.ТРИОН-150.
- теплоизоляционны и
2 — электроввод;
ма гкитная
со-
зу ется р а д иоа к ги в и ы и
3-лучей 6, содержащий
источник
изотоп
система; ?
водяного охлаж-
дения.
\Ч63. Напротив источника [4-
ЛУЧСЙ
расположен
кающие под
разделяются
нсточнпк вторичных
электронов /. Вознн-
втор и ч н ые эле кт рои ы
ка к оы на три группы
и меш-
щис ту же энергию, что и первичные; электроны
гной выше 50 эв и электроны с энергией ниже о1
Если катод 5 находится под отрицательным
цианом по отношению к источнику вторичных э
потен
или. М\ К.' • • - !
> чем они достигнут анода •/.
но
чтобы обеспечить возникновение разряда
во всех или большинстве ячеек насоса, анод содержит
ннлин (рпческие ячейки с прорезями вдоль образующих,
обращенными -к центру
камеры датчика. Быстро-
та откачки одной ячейки
Рис. 544. Элекгроразрядный маг-
нитный насос с пусковым устрой-
ством.
насоса составляет около
20 л/сек, для азота. Рису-
нок 5-45 хорошо иллю-
стрирует увеличение бы-
строты откачки -насоса
с пусковым устройством
в области
давлений то
с обычным
сравнению
электрораз-
рядным насосом.
Ток разряда -в элек-
троразрядных магнитных
насосах всех типов в ра-
бочем диапазоне линейно
1 — источник вторичных электронов;
2 — дагиитопровод; 3 — магниты: 4 —
анод: 5 —катоды; 6 —источник
Р-лучей.
зависит от давления и
используется для его
оценки. Таким образом,
в большинстве случаев
удается упростить высоковакуумную систему за счет
исключения дополнительных манометрических датчиков.
Зависимость скорости откачки электроразрядного на-
соса от давления в значительной степени определяется
характеристикой блока питания.
Разработанные блоки питания имеют V,,
ки, близкие к линейным, при которых Рй 1:1
мощность выделяется при наибольших даР ..
чивой работы. С увеличением мощности бС. * устой'
возрастает скорость откачки насоса в обтает» "Ита1,кя
давлений, ио одновременно возрастают габап ти »Ж”Х
источника витания, тепловыделение на элсктп тах .7
соса и возникает опасность дуговою развита
электродами. В связи с этим обычно разрядный том
диодных .доохлаждаемых насосов, приходящийся иа
одну ячейку, ограничивают до 0,5 лщ, дЛЯ охлаждаемых
диодных паюсов —3 ма и триодных насосов —
4 ма.
Элсктроразрядпые насосы позволяют создавать раз-
режения п ядка 10-9—10-“ мм рт. ст. и, так же как
испарительно-ионные насосы, для достижения таких
низких давлений требуют проведения предварительного
обезгаживания.
При предварительном обезгаживапии откачка элек-
троразрядпого насоса до давления 10~2—10~3 мм рт. ст.
может производиться адсорбционными насосами.
Откачку при обезгаживапии можно также произво-
дить пароструйным диффузионным насосом с обязатель-
ным использованием эффективной (чаше всего азотной
или трехслойной сорбционной) ловушки. Прогрев элек-
троразрядпых насосов при обезгаживапии осуществля-
ется обычно внешними нагревательными элементами.
состоящий из
При этом магниты снимаются.
На рис. 5-46 изображен безмасляный элскгрораз-
рядный магнитный агрегат ЭРА-100-1, остоящии из
электроразрядного магнитного насоса ПО. - --- ;
. Вакуумная схема и констрхк-
отличаются от таковых агрегата
адсорбционных насосов
цня агрегата почти не
по воздуху 80 л/сек
Агрегат имеет быстроту откачки
в диапазоне давлении 1 • Ю 0 , ' м в хорошо
дельное давление, создаваемое агр < составдчет
обезгаженной вакуумной сист
о - ш мм. рт. ст. электро-
Представляет большой интерес назва-
разрядного насоса с пспарпгельпьп . •. увелпчи-
ние ЭГПНов, быстрота откачки по
вается в несколько раз . хигпигных насосов
К недостаткам элска роразря щых * ।
Рис. 5 16. Этектроразрядный магнитный агрегат ЭРА-100-1.
I - прогреваемый вентиль ДУ-25; 2 - адсорбционные насосы; 3-
элсктроразояд! ый магнитный насос; 4 - манометрические датчики.
следует отнести некоторую громоздкость и большой вес
по сравнению с испарительно-ионными насосами той
же быстроты откачки.
5-12. КОНДЕНСАЦИОННЫЕ (КРИОГЕННЫЕ) НАСОСЫ
При температурах, близких к температурам жидкого
водорода или гелия, большинство веществ имеет весьма
низкую упругость паров (рис. 5-47). Так, например, при
температуре, близкой к температуре жидкого водо-
рода, давление насыщенных паров О2 составляет
10-13 мм рт. ст., Г\Т2 и СО—10-11 мм рт. ст., а Аг
10-17 мм рт. ст.
При температурах, близких к температуре жидкого
гелия, упругость насыщенного пара Н2 составляет
10-® мм рт. ст., а К'е— 10~19 мм рт. ст.
Поверхность, заключенная в герметичный объем
и охлажденная до температур, близких к температурам
жидкого водорода или гелия, будет конденсировать
почти все молекулы газа, попадающие на нее. Быстрота
откачки и предельное давление в таком герметичном
202
объеме могут быть определены
кинетической теории [Л. 1341
из общих
^бражений
5 = 3,64як 4гУ ’ ’ । — ГД.\~‘/2 1 / 2
Vй/ I “к/ь 'у Г, ) । - л>с\р.сек< (5.6)
где
рх давление газа при температуре
|.аемои части стенки, мм )т. 'Д .
Р~ сиъление насыщенного пара при
Л2 охлаждаемой части стенки, о
Л неохлаж-
температуре
РТ. СТ.;
Рис. 3-47. Зависимость давления паров некоторых газов
от темпера гуры.
/VI — молекулярный вес газа;
ак— доля конденсирующихся молекул;
ан — доля молекул, испаряющихся за 1 сек с 1 смг
н ео.х л а ж да е мой част и.
Предельное давление рост определяется как давле-
ние, при котором 5=0.
I
Выражение для 5 можно переписан» в ви н
• сек.
где
1.[см~-еек.
ВИДНО ИЗ крнвин, «ч
зависит от дш
гпческп нс
.'1л я г
11.6 .?
Таким образом*
величина
каждый
сое 1 являет
квадратный
быстрота
откачки
Рис
ты
5 18. Зависимость быстр-
ей качки 5 от отношения
компонентов воздуха отли-
чается одна от другои. к-
тпческп даже при темпера-
туре жидкого водорода ряд
газов сохраняют еще доста-
точно высокую умтругость
насыщенного дара и не от-
качиваются [Л. 94].
:'ч /'< • т-
По принципу конденса-
ции газов поверхностью,
охлажденной до темпера-
туры кипения водорода
(20,4е К), выполнен водородный конденсационный насос
тина ВК-40. чертеж которого изображен на рис. 5-49.
Основным элементом насоса является медный сосуд 9,
заполняемый жидким водородом. Для уменьшения
тсплопрктока от окружающих стопок сосуд окружен
цплин фичсским медным экраном 8, охлаждаемым
жидким азотом. Задний экран с впаянной ловушкой 2
также охлаждается жидким азотом.
Для откачки не конденсирующихся при температу-
ре жидкого водорода газов (водород, гелий, неон) и
создания предварительного разрежения насос ВК-40
снабжен пароструйным высоковакуумным насосом 7
с быстротой откачки около 2 000 л/сек.
Для предотвращения попадания паров масла и про-
дуктов его крекинга из паромасляпого диффузионного
насоса 7 предусмотрены водяная ловушка 6 и жалюзий-
ная азотная ловушка 4. Жидкий азот для охлаждения
экранов и ловушки подастся из сосудов Дьюара 1 и /->.
Пит анис насоса жидким водородом осуществляется
л автономного ожижителя 12, чертеж которого показан
р (с. > а . рименение автономного ожижителя позво-
;.? ' ''^1(^Ь30Н‘,1Ь "с только скрытую теплоту парообра-
/ Ь Мор').1и, но и его нары
чертеж которого показан
теплоту парооора-
, имеющие еще доста-
масла и продуктах
12
1 рис.
’ сто крекинга
кого давления,
очищается от
цикла получения
§
Рис 5-49 Водородный конденсационный насо„ \
1. /2-сосуды Дьюара; 2. 4 -
5 — переходник; 6 — водяная ловушка, Р '/р_ к, рге.с;
фузиоипый насос; 8- экран; 9 — мед ОА!',^’итет >
11 - дросселирующий вентиль; /2-од. жнтоь
азотный выморажпв
5 (сосуд 9. см. р»'
в блоке 2, состоящем из маслоотделищдя^^а8.
фильтров. Из блока 2 очищенный во.ю| ПВТп-
ления поступает в
помпый ожижитель
В ожижителе 5 за счет хроссел!
сжижается, а несжижснпая час
в компрессор /. Для предотвраще
лого воздуха в циркуляци-
онную сисгс иу клип<н под-
херживает некоторое сбы-
точное давление водорода на
входе компрессора /, -п( пол-
ная из баллонов 8 утечки
водорода из системы. По-
вышение давления водорода
в системе, вызываемое его
интенсивным испарением,
п рсдотв р а и щ етс я к л а<п а н о м
пропускающим излишек
водорода в баллон 8 через
обратный клапан 9. По
окончании работы водо-род
может быть перекачен ком-
прессором через фильтр 10
и вентиль 7 в баллон 8.
Ожижитель (рис. 5-50)
имеет верхний и нижний теп-
лообменники. Верхний теп-
лообменник состоит из мед-
ных трубок 6, 8 и 12, спа-
янных вместе' для создания
теплового контакта, и бач-
ка 5, в который через труб-
ку 2 заливается жидкий
азот. Но сплющенной труб-
ке 6 отводится газообраз-
ный азот. Измерение уровня
жидкого азота в бачке 5
производится с помощью
трубок /.
Для з меньшепия нютеръ
на излучение верхний теп-
лообменник закрыт экра-
ном 11 из алюминиевой
фольги.
Рис. 5-50. Автономный ожижи-
тель.
трубек- /2, ^-’РУбки: 3—па-
ЭД* ? 5 ~ бачок; 7-
,..||Д । ' ~~ Дросселирую-
1 ” вентиль; Ц экра„ * у
П ижппи теплообменник
тепловой контакт трубок 8 и
полированной меди, который
12 и
спаянных
припаян к бачку 5
Сосуд 9, предназначенный для сбора жидкое
рода, с целью уменьшения тепловых потерь, подвешен
К бачку за ТУбке из нейзильбера. Перепад тсчпсратчп
между верхней частью стенки сосуда 9 ,, жидким >Р
родом составляет всего 0,1° К, даже если жидкий
род находится на дне бачка. Измерение уровня
го водорода в сосуде
в 'сосуде
9 'производится с по-
мощью трубок 13.
Ожижение газооб-
разного .водорода про-
разом.
Верхний теплооб-
лаждастся жидким
азотом, кипящим под
пониженным да вл они-
же отходящим по труо:
ке 12 водородом из со-
суда 9, (имеющим еще
относительно
температуру.
•низкую
Г азооб-
водо-
жидко-
Рис. 5-51 Схема безгазгольдерного
цикла получения жидкого водорода.
разный водород высокого давления поступает по тру>
верхний теплообменник, где предварительна
охлаждается. Затем происходит дальнейшее Охяая'^ея'1ое
НИЖНСМ ТС ПЛ ОО бМ СНН Н »
ке 8
водорода высокого давления в „„яп-иими
который охлаждается только осажденный
водородом, испаряющимся в с0Д^е _ вентилем/0,
водород высокого давления дросеслирх,
частично сжижается и 'поступает в сосуд _ . веп.
Испаряющийся в сосуде 9 и нс гы . .6
тплс 10 водород проходит снизу ЧДР“" „.,.сора.
и по трубке 12 возвращается на
Площадь наружной повсрхпосгп
5 000 см~, и теоретическая быстрота
воздуху составляет свыше 55 000 л сс •
строта откачки несколько меньше из
опа равна 40 000 л/сек и не зависит с
г давления в тда-
I • 10-’° м.ч рт. ст. при
ЖИДКОГО
ЖИДКОГО
IV — •* по 2 Л 'Л Так как риш □ллечея
водорода 1кър,< . С1|||Я „следствие зат| «пения
с^я^ровавоп.ппс» газами п парам.....попки-п по-
“’Ттжтаткам^асоса ВК-40 можно отнести сравни.
т,.,ы|тк>' сложность обслуживания п пеооходпмость
в постоянном наблюдении за работой ожижители и ком-
прессора. Конструкция насоса не допускает прогрева,
так как большинство узлов выполнено пайкой мягкими
ств
припоями, а уплотнение разъемных соединении осу щс-
лево с помощью резиновых уплотнителей.
Работа с водородом требует соблюдения ряда изве-
стных мер предосторожности.
В отдельных конструкциях криогенных насосов вме-
сто взрывоопасного водорода применяют газообразный
гелий, охлаждаемый до температуры жидкого водорода,
млн жидкий неон.
ГЛАВА ШЕСТАЯ. ЛОВУШКИ
6-1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЛОВУШКАМ
Лорашки в основном применяются для снижения
давления, в откачиваемом объеме и предотвращения по-
падания в него паров рабочей жидкости при использо-
пароструйных диффузионных насосов. Часто ло-
с' мт \я1тМСНЯЮТСЯ ДЛЯ защиты механического насоса
тетьчо жачип'Пи°ТНеННеМ °Т лопадания паров, отрица-
нию сказывающихся ла его работе.
ння измеРения парциального давле-
--- 7 ‘ Рнмсняют ловушки, предотвращающие
ский датчик
паров, имеющихся
в откачиваемом объеме или насосе
Принцип работы ловушек может бит. г
личным: павы мат >„„У. 5Н->'*ет оыть самым раз-
резаться [Л. ЦП Л<Д,,?Л кОН;1еНСИРОваться> здеорби-
(И 1 1 ‘ес_ки, полимсризо-
разлагаться до угле-
’ ежигашся в токе кислорода
1АМИЯ к ним предъявляют те или иные требования.
" 'С иле из которых перечислены ниже.
Н?В1Довушки должны хорошо защищать откачиваемый
от проникновения паров рабочей жидкости, т. с.
О°гкны облагать максимальной
Д0, ' п глугяр ппимрнмпш
3113’
ос
защитной способно-
СТЬК) 1 ° ~ 1
пароструйного диффузионногона-
сос^1 защитная способность ло-
вушки может быть определена
отношением количества паров
рабочей жидкости, поступающей
из насоса в откачиваемый объем
в единиц)7 времени с ловушкой и
без нес [Л. 136].
Для защиты откачиваемого
объема от проникновения паров
необходимо обеспечить хотя бы
одно соударение каждой молеку-
лы пара с поверхностью защит-
ных элементов ловушки. Поэтому
ловушка должна быть оптически
плотной, а расстояние между ог-
ской ловушки.
/1 — область первичного из-
дельными защищающими поверх-
ностями должно быть меньше
средней длины свободного про-
бега молекул.
Защитная способность лову-
шек может быть значительно по-
лучения и одновремен-
но область источников вто-
ричного излучения; Б —
область вторичного излуче-
ния; а —- угол .между обра-
зующей конуса ловушки и
ее элементов; р — макси-
мальный угол между гори-
зонталью и вторичным лу-
чом.
вышена при охлаждении защит- снижения
пых элементов до низких температур 3*
давлепия паров рабочей жидкости паре Р.
За^ Раоочил,и поверхностями ловушки.
при ,'ц,11,,ая способность ловушки также повышается
адсопб П^ПМеИепии адсорбентов благодаря разности
Ос ЦИОП1,Ь1Х потенциалов паров и газов.
(так НОВПЬ1МИ источниками паров рабочей жидкости
ментыПаЗЬ1ВаеЛ10С 'пеРВИ(,ное излучение) являются эле-
того к?ПстРУКЦии сопел пароструйных насосов. Кроме
ней | ПИ0,110дается вторичное излучение молекул рабо-
.. 7 пдности, получаемое в результате рассеивания мо-
X X * -4 4 • у - --
результате рассеивания мо-
нымп линиями,
1ИЛП1ШЛ V I ...-
первичное излучение показано сплош-
а вторичное — пунктиром.
ЛПС
. . -и- можно меньше снижать бы-
2. Ловушки должны "правильно сконструированная
СТрот\ откачки »^р ' откачки нс больше, чем на
ловешкэ снижает оьитроп
10
но проводить по их
вненпс ловушек разных типов удоо-
удельной пропускной способности.
‘ ДС, может быть определена как отношение пол-
„Кё!, пропускной способное™ Ло» к площади входного
отверстия Л:
г г = V™ , л сек-см2,
и уд, ЛО в / ’ '
(6-1)
3. Ловушки должны быть легкоразборными или
иметь доступ к защитным элементам для их периодиче-
ской очистки.
4. Ловушки, применяемые в сверхвысоковакуумпых
системах, должны допускать прогрев до 450° С с целью
обезгаживания.
5. Конструкции охлаждаемых ловушек должны обес-
печивать малые скорости расхода хладагента. Расход
хладагента в единицу времени зависит от притока тепла,
идущего от наружных стенок корпуса ловушки и сопел
пароструйного насоса к ее охлаждаемым поверхностям.
Немалую роль играет приток тепла в местах соединения
охлаждаемых элементов ловушки с ее корпусом. Кон-
вективный теплообмен при работе ловушек практически
отсутствует. 1аким образом, общин приток тепла к ло-
вушке
$ — Р1:зл + Фтепл> (6-2)
где Физл —приток тепла за счет излучения;
Ртепл — приток тепла за счет теплопроводности
поИформуле3 33 СЧеТ ИЗЛучепия может быть подсчи-
тан
тал еп^о-^охл
ккал[ч,, (6-3)
где
К И --
ох л аж-
Хмис'п™, СТеЛеН1> ',С|”1ОТЫ системы:
дасмыс поверхности ПОВУППги
веденная степень чрппа^ е КОРПУС ПРП'
черноты теппллгХх чеРноты зависит от степени
ния поверхностей1 чНИВаЮ1ЦИХСЯ тел’ соотноше-
новерхностеи и их геометрии [Л 137];
со коэффициент лучеиспускания, равный -
лотпо черного тела 4,9 ккал/м?-300
личин на поверхности ловушки слоя коЛи ""
ос отражательная способность соответств?^
ковои для аосолютно черного тела- в>'ЛТа-
Лох.т-11!; юность охлаждаемых элементов ловушки
7 —температура корпуса ловушки, °1<?
7’охл — температура охлаждаемой поверхности Опе-
кая к температуре хладагента, °К. ’ '
Приток т пла за счет теплопроводности может быть
определен по формуле
О,.„, = (Г - Т„а), ктл\ч,
(6-4)
где ?-тп — коэффициент теплопроводности материала
трубопроводов, опор и т. д., ккал/л • ч • °1\;
птр — площадь поперечного сечения трубопроводов,
опор и т. д., ж2;
/тр — длина трубопроводов, опор и т. д., .и.
Определив общий приток тепла ф по (6-2), легко
найти расход хладагента по формуле
р=-г-,а'
(6-5)
где А — скрытая теплота
ккал! кг.
парообразования хладагента.
Таблица 6-1
Свойства хладагентов
Хладагент Температу- ра. • с Скры- тая теп ло га, кал!г Удельный вес.
Твердая со2 • • -78 — 183 45 3.3 1,56 1,И
Жидкий Жидкий кислород . . • • • воздух — 186 — 106 6,1 0.8!
Жидкий азот
г-107'1 царообразовз-
В табл. 6-1 приведена ски“та1™,ильное сниже»"*
ния для ряда хладагентов, - достигнуто за «-
расхода хладагента может о- ’ 2 1
охлаждения корп}са
ловушкп водой и постановки водо-
11 мсжд\ горячим соплом насоса ()
ггеменг.-пт лопушки. Для енпжеппя пр,,.
М I ** • • — 1 \г ’Т ' Л 1 / 11 Т л-ч
ее корпусом применяют тепловые развязки
1 • -..... 7 например.
ловушкп с
С большим тепловым сопрошв
в ловушку чаше
всего изготавливают из тонкостенной коваровой трубки
Теплопроводность ковара со-
или нержавеющей стали. _ лПО/^
ставляст 0.05 кал см-сек-град при 20 С, что в 20 раз
меньше теплопроводности меди и в I раза меньше
' гепло-
проводности углеродистом стали.
6-2. ЛОВУШКИ БЕЗ АДСОРБЕНТА
В табл. 6-2 приведены принципиальные схемы ковст-
рукинй большинства ловушек, эксплуатируемых в на-
стоящее время в вакуумной технике.
Защитная способность ловушки до некоторой степе-
ни может характеризоваться углом Рм;1КС и она тем вы-
ше. чем меньше этот угол (рис. 6-1).
При малых углах рмакс вторичное излучение по про-
никает в откачиваемый объем, так как задерживается
элементами ловушки.
нь
Защитные элементы шевронной ловушки, выполнен-
ие по схеме табл. 6-2,1, состоят из уголков с углом при
вершине 90 , размещенных параллельно друг другу
[}роп^скная способность ловушки зависит от
’ Ч(ежл- 5[олками и возрастает при увели-
спо обн тп -голко ,лак как ПРИ той же защитной
элементов можот 0Ь1Т|> уменьшена высота защитных
скная^ способчоет?Н>К? 1ПЧеС1Ва -т?ЛКОв более 10 пропу-
Пропускная сппРр05-'РаС^ГаеТ крайне медленно.
ков А'= Ю и миннмяС1Ь ?.00тветствУет числу угол-
(табл. 6-2), т. е пяг,.тп ‘"’нои оптической плотности
равно проекции’стороныН\то-кЖ1У всршипал’11 уголков
Конструкция шевронной -'ч Ш’ Г0Риа011та^.
водой корпусом приХн* °ВУШК"
с охлаждаемым
а па рис. 6-2, Ловушка проста
в изготовлении
иую пропускную сиособностг
чи смонтирована в трубопр
н-яо сечения, равным 100 .
оолыпую удель-
• * *
диаметром нроход-
Принципиальные схемы лоиуше/* ™ ’ Г” ‘
Прода .Ж( наг табл. (>-2
.. откачки пароструйного насоса, имеющего 5
' [00 примерно на 30%. °и~
Ца рис. 6-3 изображена механическая ловушка Лчп
мы Дейбольд, конструкция которой расположен -м* -Д-
Рис. 6-2. Шевронная лоВушка.
щитных элементов несколько отличается от конструк-
ции схемы табл. 6-2,2. Защитные элементы этой ловушки
имеют сферическую форму. Площадь поперечного сече-
ния между двумя соседними защитными элементами по
Рис. 6-3. Механическая ловушка фирмы Леи
больц.
высоте ловушки меняется незначительно, благодаря че-
обеспечивается высокая пропускная способность. Ее
^Щитные элементы охлаждаются водой, фреоном ила
Ла>кдениым рассолом. Несомненным достоинсч вом ло-
215
щшкн являют^ л-
колпа-
- ВТ- - мит дтя предотвращения попадания
чок. который., слу* забрасываемых из стр>и вы-
2,г»Х2“*п₽”,0Г0 насоса’в отка"й;
васмый объем*
Кол па чок уста в а в.
госа и опускается в г
над верхним соплом на-
\ таким пасчетом. что-
насеса.
Рис
дасмый
щениый
спилом
Водоохлаж-
колпачок, поме-
нял верхним
бы он пересекал паразит е л 11-
тока струи пара. Обычно та-
НИИ
кие колпачки применяются одно-
временно с охлаждаемой ловуш-
кой: при этом поток шаров рабо-
чей жидкости из насоса в отка-
чиваемый объем может быть сни-
жен в 102—Юз раз [Л. 138].
Выше были рассмотрены в ос-
новном конструкции механиче-
ских ловушек, охлаждаемых
дой.
Ловушки, ох л а ж да ем ы е
низких температур, не только
во-
ДО
бо-
и улавливают пары
лее надежно предотвращаютшро-
никновение ларов рабочей жид-
кости в откачиваемый объем, но
газы, имеющиеся в откачиваемом
и
ооъеме, тем самым снижая давление в нем.
Гак, например, если поместить в герметичный объем
р ервуар с жидким азотом, то через некоторое время
в объеме установится давление, определяющееся упру-
<остыо паров наиболее летучего из имеющихся там вс-
11 тв при температуре жидкого азота.
‘ ‘ пРивсдены давления паров некоторых
е-.в при различных температурах [Л. 201.
товздне^чаш^вгр11 промышленн°сти для охлаждения
жидкйГвоззхх ^-П|’"'1С'1ЯЮТ жикнй " реже-
ти в прИегттиЛ«™'ирИйЛОрО;1 "3‘3а »3р™°о"‘ас||о-
» . «вы! масла не применяется.
дельных случаях т>« л\-
етея п-млврпураУаго т До :'У1е""г”о™'2;1,,ек ТД
3.1ШИТЫ мехаяичмких т™, “ С НапРимеР'
пня паров ноты члегятп,,.. ->МШх насосов от попада-
1 «3зиД ,Х У,е’'',сратура -70°С 1ак как
Л»/4 *
1Ы составляет уже прнмер-
Т .1 б : и р .1 ». ;
пиление паров двуокиси углерода, воды и ртути
Д при различных 'температурах охладителей
Давление насыщенного щи
ах .и рт. ст.
Охладитель
Температу-
ра охла-
дителя,
°С,прн 760
/их рт. ст.
Двуокись
углерода
Вода
Проточная вода + 15 0 17,5 4,6 1-10-3 6-ю-4
Поваренная соль со льдо • фреон-22 при работе охл; к- Ф дающего агрегата с одной степенью • • • / Хчорпстый кальций со ль>,Ол. фЧон-22 при работе охлаж- дающего агрегата с дв ступенями — 18 —35 —18 до —70 0,8 0,3 ' 4-Ю*2 2-10-3 3-ю-5 7-10-’ ( 4-10-’ 2-Ю-8
Смесь твердой углекислот ы с ацетоном, эфиром или спир- —78 670 5-10-4 10-'°
ТОМ
Фреон-13 при работе охлаж- дающего агрегата с двумя и тремя ступенями . . . Жидкий кислород Жидкий воздух Жидкий азот до —120 — 183 — 187 — 196 10 4-10-6 8-Ю-7 1 • 10-8 10-21 10-2' 10-2* ю-32 ю-32 ю-32
Жидкий водород —258 1 “ Ю-22 I ю-32
При м е ч а н и е. Давление насыщенных паров масел, используемых в паро-
струйных насосах, в результате применения ловушек, охлаждаемых до температуры
жидкого азота, снижается примерно на 1 порядок.
но 2-1С+' мм рт. ст. Такая температура легко дости-
ается при использовании твердой углекислоты, залитой
теплопроводящей жидкостью. В качестве теплопроводя-
еи жидкости применяют ацетон, спирт, эфир или три-
хлорэтилен.
Г)
Ден1 отдельнь,х промышленных установках для охлаж-
Фиеог л.0?-шек применяются непрерывная циркуляци!
з\’ющ1а $ ПЛИ ФРе°па-22 или микроохладители, исполь-
Р11,с Расширение воздуха в поршневой машине.
’Тов\щг^ИС' $ $ представлена жалюзийная охлаждаемая
веши.?3, К0т°Рая используется в большинстве отечес.-
Охл ВаКуумпь1х агрегатов.
ДУ-85 зашитных элементов ловушек этого тина
ХЛаДоппо осуществляется с помощью медного
кода 2, конец которого опущен в сосуд Дыоа-
217
хладопровода.
жидким а
Рис. 6-5. Жа.'.ю-.ийиая азотная ловушка.
^^^дТъюара.3"^"'6-'8 Ш"ТК1,:
вушки биомы 'чЖЛ"д-'1"аШ?тпМаТ,|,'“К'1Й Чертик Л0’
колец. Жидкий азот с \;ащнтиь1ми элементами в виде
Дается в резерву^ гп. ппТЬЮ а30ТН0г° питателя по-
тем газообразный азот пмеюший"1 е™ испа1>енис- За’
«ую темпера,уру, проп'ускзег “яоТпеЛТ”™™0
2|8 13 трубке, припаянной
прохиему кольцу, охлаждает его и тем самым повы-
' эффективность и экономичность ловушки Кои т-
кция ловушки позволяет легко производить ее перио-
< т « I / < *Т' !/ \ Т
Если необходимо одновременно использовать боль-
ное количество на юсов с азотными ловушками, то каж-
' я ловушка отд льно^может оыть снабжена индивиду-
' льпым ‘ожижителем.
члыюь.. ..- В каждый ожижитель от общего
компрессора по ообразпый азот (или воздух)
под давлением 200 от.
Истекая из дюзы о ки-
жителя, жидкий азот
попадает непосредст-
венно >в 'полость охлаж-
дающего устройства
ловушки. Разводка
азота высокого давле-
ния *к откачным агрега-
там экономичнее, чем
разводка жидкого- азо-
та, так как отпадает
необходимость в при-
менен ии про м еж у то ч -
ных танков, объемов и
Рис. 6-6.
Азотная ловушка
Лейбольд.
фирмы
коммуникаций, в кото-
рых происходят боль-
шие потери жидкого
азота.
В сверхвысоковакуумных системах, в которых откач-
ка производится паромаслянымп диффузионными насо-
сами, для надежной защиты откачиваемого объема от
проникновения паров рабочей жидкости нашла примене-
ние прогреваемая двухъярусная жалюзийная ловушка,
изображенная па рис. 6-7.
В корпусе ловушки друг под другом смонтированы
Два яруса защитных элементов / и 2. Верхняя часть
•швушки имеет футеровку 3 с нихромовыми нагревателя
•"и для прогрева при обезгаживании. Обезгажпвапие ло
И31ПКИ производится в два этапа: сначала прогреваете
нс л ловушка 0ез подачи азота, затем в нижиии ЯР-С
подастся хладагент, в то время как верхний ярус - пр
Должает прогреваться.
. в°сле охлаждения нижнего яруса жидким
‘Ключается нагрев верхнего яруса. При раооге л .
ки жидкий азот подастся в оба яруса,
нястся с вакуумной системой и насосо
Г"Г--------------------л..л,П1п ТЛк’ОЙ
Ловушка уплот-
ловушки в а гре-
чеекио уплопнне.т. ...—-
га те ВА-05-5 дает возможность получить в откачивае-
мом объеме давление б -10 9 мм рт. ст.
Как уже отмечалось выше, в низкотемпературных ло-
вушках с целью повышения экономичности и эффсктив-
Рис. 6-7. Прогреваемая двухъярусная жалюзийная азотная ловушка.
пости работы, как правило, применяют тепловые раз-
вязки между холодными защитными элементами и кор-
пусом. выполненные в виде зазоров или переходов из
О) <5)
Рис. 6-8. Антимнграпионные
барьеры.
. -- исразборный; б —разборный.
материалов с большим теп-
ловым сопротивлением. Че-
рез такие зазоры может про-
никать в откачиваемый объ-
ем значительное количество
паров масла из пароструй-
ного диффузионного насоса.
Кроме того, масло может
поступать за счет миграции
•непосредственно то внутреи-
о
ней поверхности
ждав мой
{Л. 154].
стенки
неохла-
ловуш ки
нк^мочения попадания масла
подобными путями -применяют
грационные барьеры, две схемы
в откачиваемый
так называемые
которых показа-
анионные барьеры практически не снижа-
10СТЬ ловушки и достаточно надежно пре-
„нгпапшо масла в откачиваемый объ<
п,я\ т эксплуатации ловушек других типов, например
ОпЫрационных, также показал необходимость при-
тсрМ°пя антимиграционного барьера для получения бо-
„сс «чистого» вакуума.
Л На базе полупроводниковых термоэлементов разра-
, приведенная на р”" с п - ----------------------~л
на
ботана ловушка
используется
эффект
- к о г о
охлаждения. Основным
конструктивным э. 10-
ментом ловушки явля-
етс я
ска я
вая
термоэлсктрнчо-
пэлупроводпнко-
батарея, охлаж-
даемая водой и со-
стоящая из термоэле-
ментов, соединенных
электрически последо-
вательно, а термиче-
ски—параллельно [Л.
139. 140, 144].
Холодные опа и ба-
тареи несут на собе
«жал юз и й н ы с» защит-
рис. 6-9, в которой
Рис. 8-9. Высоковакуумная ловушка
с термоэлектрическим охлаждением
типа ТВЛ-100-2.
ные элементы. Питание ловушки осуществляется посто-
янным током напряжением 0,9—1,1 в; при этом
потребляется мощность около 60 вт. Температура сред-
них защитных элементов ловушки составляет от —30
ПРИ давлении в вакуумной системе 1Х
ХЮ ° мм рт. ст. и отсутствии заметных пульсаций тока
источника питания.
Ловушки для насосов Н-2Т, Н-5Т, Н-8Т и Н-20Т—
но3 орнь1е' очистки больших ловушек предусмотре-
Вм ,13влс‘1ение из корпуса термоэлектрических батарей
сто с поверхностями конденсации.
чают?11 КО11стРУиРованпи вакуумных систем часто ветре-
в виде двойных колен, которые также мо-
ПЫПОЛНЯТ!
ЛОВУШКИ.
II 1.5, незначительное
резко меняет
Как видно из схем
изменение длины ко-
защитную способность трубопровод
ш.
длинои.
ше
тризопрово!- с длиной, равной
ЧНВЯКт
6-3 \Д СО Р Б Н И О Н Н Ы Е Л О В М11М
н„.,птпя на ТО. ЧТО охлаждаемые лов\ хи обсспе-
П<С достаточно надежную изоляцию отк чпваемого
от попадания паров рабочей жидкое, и, их не-
сомненным недостатком является необходимость в по-
стоянной подаче охлаждэ! нцего вещее т.н .
Е Ц*^со?$ционная иеохлаждаемая ло-
вушка.
пи/ беГо°ппр”аЯ А.ЛЬП Ртом ловУшка, изображенная на
Мешена свеорстя? ВД1еТ С°бой ЦНЛИИДР. в который по-
После высокптпмн °ФРиРованная медная фольга [Л. 141].
дення до комн'ти1"37'Р,,о'° °$езгаживания и охлаж-
Фо.:ьгц способна V.1 темП(-'ратури поверхность меднон
'нчс.пю пвозииСЛСРЖ-‘вать ло насыщения большф
К у Н0!^ насоса с ’ф... о,'Раг!1ого потока из нароструй-
' . к*1Ч,,ваемой папо•т^,1’1Ь10 1ак°й ловмпки в сипеме, <>т-
; П0Лчии давлпни Р'п‘!1Ь" масляным насосом, сдалось
222 ‘ я грядка 1 • 10-ю ,,л, рг сг тсм ис
менее трудно создать эффективную ловушку такого ™
па. обладающую одновременно большой пропускной
способностью. 1 АЬНОИ
Высокая адсорбционная способность некотооых по
ристых веществ (адсорбентов) по отношению к иЯЛ
масла даст возможность со- р<1'
здавать эффективные ловуш-
ки. В табл. 5-4 приведены
характеристики адсорбентов.
На рис. 6-11 изображена
неохл ажд а см ая а дсор бци-
опная ловушка, в которой
в качестве адсорбента ис-
пользуется активированный
древесный уголь марки БАУ
(ГОСТ 6217-52) или уголь
СКТ-2 (ТУД2ГУ-939-66).
Ловушка представляет со-
бой металлический цилиндр
/, внутрь которого -вварена
труба <5, предназначенная
для нагревателя. Верхний
фланец 2 через металличе-
скую прокладку уплотняется
с вакуумной системой.
К нижнему фланцу через
охлаждаемый водой резино-
выи уплотнитель
крепится
пароструйный диффузион-
ный насос с быстротой от-
качки 100 л/сек.
Первоначальная подго-
товка ловушки к работе со-
стоит в прогреве адсорбента
До температуры 350—400 С
Рис. 6-11. Высоковакуумная не-
охлаждаемая ловушка,
телль»
,-,м. ПАЯ:
тельные щитки; 5-сетка,
трубка.
Давление в корпусе ловушки
должно
еле
быть -нс выше
5 мм рт. ст. По-
овпеменного на-
пуска воздуха в ловушку „ ппевы-
врсмя повторного обезгаживания адсорое! < 0$е?гя-
“'•кт 1 — 1,5 и. Через 2.5-3 - после «м»»я оОсзг^
'-'-‘иной лопушки до комнатном температ, [
в С1К
1 -,-ами снижает количество паров
^“‘'нроннкаюпшх в откачиваемый обь-
— Ф95^
вода ас
я
Ии. Ад!орбциоцНая ловушка с активной
ок (сью алюминия.
р-1<^ГС!5аемг^ ловУШке, показанной на рис.
алюминия <? №а используется активная о*"1"
««“ в136«) Втулки 1 из АКТИВНО'
кие » охлажчам,.адеты 1с. медные стержни 2. спар
224 ' * В0Д°Й стенки корпуса ловушки. I
осуществляется путем прогрева то
14 \п.,тмоы 300 ( с помощью нагревателей 3 Вслед-
тр\1 перл *»1 1
. > значительной теплопроводности медных стерж-
V ГВИ^ ... 1111 О <1 'Г ГЛ <1 -Г 1.1 I» ГЧ I I\1 Г» 11 I I 1 I <1 Т1ОГПЛ,. ппп
ПС
•) резко сокращены затраты времени на нагрев при
. .папии и последующее охлаждение. Применение
этой ловушки ает воз-
можность получит» в от-
качиваемом ооъеме дав-
ление порядка о - 1 3 льи
рт. ст. и поддерживать
его .в течение длительного
времени.
При работе механиче-
ского насоса в 'вакуумную
тельное 'количество масла
за счет естественного
испарения и миграции ио
внутренней 'поверхности
трубопроводов. Так, ско-
рость обратного потока
масла из насоса ВП-461
составляет 3—5 мг/ч, а из
насоса ВП-1 достигает
100 л/г/ч. Скорость об-
ратного 'потока -масла из
Двухроторного вакуумного
насоса типа ДВ11-5-2 оце-
нивается в 2,5—3 мг/ч.
Отметим, что вылет ма-
сла из насоса резко воз-
растает с уменьшением
025 -
Рис. 6-13. Сорбционная ловушка
для механического вакуумно о на-
соса.
Давления в системе.
В последнее время для
снижения потока масла
'' механического вакуумного насоса
'орбционныс ловушки.
стали применять
вушки
рис.
ДЛ я
6-13 показан
чертеж сорбционной
ло-
предварительной с
..... вставлена обойма <
'1Я пакетами 2, И и 4, которые заполнены [
^сорбентами. Применение в ловушке трех типов> адсор
Итон связано с их избирательной логлощатель^ п„.
'юностью. Пакет 1 содержи г активированный уголь
15—к.то ‘ 22»
системы
с тре-
ззличными
наибольшей сорбционной емкостью
СКТ-2. обладаз<) ен активной окисью- алюминия,
по мас.1\-^>а,'ет 1'‘.е,1СМ маркн КСМ (1 ОС Г 3959-54).
‘ пакст ‘ -псовбента хотя и имеют о рапнчепиую
Последние•два <дк па₽ам масла ХОрошО сорби-
емкость по о _ У|,1Сподсодержащпе соединения. Для
руют разл!П м-|ГрацИ1| масла по зазору между кор-
и?е1РТ^Т обоймой Р установлен резиновый уплотни-.
П'С 7 Ъвсшка уменьшает быстроту от кажи механи-
ческого насоса всего на 30% и обеспечивает надежную
защиту откачиваемого объема от паров масла в течение
нс менее 1000 ч.
Достаточно эффективным средством защиты рабочих
объемов от проникновения паров масла из механических
вакуумных насосов с масляным уплотнением является
создание противотока газа или воздуха на входе с по-
мощью калиброванной течи. При этом давление на
входе в насос соответственно повысится.
При вязкостном режиме течения подаваемого в си-
стему газа пролет масла в систему будет незначитель-
ным.
6-4. ТЕРМОСОРБЦИОННЫЕ ЛОВУШКИ
Описанные в § 6-2 и 6-3 конденсационные и адсорб-
ционные ловушки из-за своей простоты нашли весьма
широкое применение в вакуумной технике. Однако су-
ше твенным недостатком таких ловушек является их ма-
лая прарускная способность. Известные эксплуатациоп-
••ье неудобства вызывает также применение жидкого
п„И друп|Х хладагентов.
1" Ни аооты термосорбциоипых ловушек осио-
в • г-™ 1 ‘ званин каталитических и сорбционных
свойств .итановой пленки [Л. 148].
завы, я ^^предусмотрены две температурные зоны,
ЛИГ !.Ч1енсившТ1'”Н0М: Г0РЯЧал зона, в которой происхо-
поступающи\- и,И ра пад углеводородных соединении,
и холоднея 4-)Ч1 Па?омасляного диффузионного насоса,
Корп,-с Т ''.V,,’ ?,1ЕкИ/Дет СОР61,ШЯ продуктов распада-
'"^ет три л / - (рис. 6-14) охлаждается водой
лон металлоирп-,.,,’ *аа 1?(’Рхнем фланце ловушки укреп-
предиазня!- <Н^ пРох°Дной изолятор / с токов
тель 2, вы 1о.!Но,,.‘ .!11>,м ДЛя подачи питания на испзр
' 1 -'з титано-молибденовой провой
КИ (см. табл. 5-6). В нижней части конуса предусмо-
трен антимигрэционный барьер 5, препятствующий .ми-
грации масла по стенке через зазоры между корпусом
ловушки и защитным элементом 4.
Защитный элемент представляет собой кольцо с уло-
женными в нем гофрированными лентами и пластина-
ми. Поверхности гофри-
рованных лент и пластин
образуют наклонные ка-
налы треугольного сече-
ния. Наклон каналов
обеспечивает соударение
молекул паров рабочей
жидкости насоса со стен-
ками защитного эле-
мента.
Нижним фланцем ло-
вушка соединяется с па-
ром а с л я н ы м диффузион-
ным насосом 7, а боко-
вым— с откачиваемым
объемом. При работе
прямонакального испари-
теля 2 происходит непре-
рывное запыление тита-
ном внутренних стенок
ловушки и защитного эле-
мента 4. При этом вслед-
ствие излучения защит-
ный элемент нагревается
Рис. 6-14. Термосорбционная ло-
вушка.
/ — металлокерамический токонвод, 2
прямонакальный испаритель: _ ' .
-зашитый элемент: ?-ангн-
-—подсохла*'
паромасляный
ДО температуры ~200 С
и на нем происходит ин-
тенсивный распад углево-
дородов. Продукты рас-
пада частично откачива-
ются паромасляпым диф-
фузионным насосом, но
м.’И-рационный барьер: 6
чаемый колпачок; 7 —
ч (ффузионныи насос.
большая часть их поглощается активной пленкой
на, непрерывно напыляемого на охлаждаемые стснм
вушки.
Как видно из рис
30п при откачке (
. 6-15, компонентами остаточных 1а-
плпомасляным диффузной-
аы.м насосом являются тяжелые \глеводо| дппй„рпйЮТ
сой больше 44), которые главным образом о р -
15* 227
методу взвешивания)..................
Поток паров масла, мг (см**ч (получено с
0,002
помощью автоэлектронного проектора)
предельное давление в системе — светлая часть спек-
тра.
Обратный поток рабочей жидкости из обычного па-
ром асляпото диффузионного насоса с маслоотражателем
составляет 0,1—0,02 мг/ч-см- независимо от размера на-
соса и марки масла [Л. 154].
ловушкой.
Л1ическ^ Ра^Оте с оппг-
Р°-Юв ,, систе^0111^11"11 '{1арци-)О,ЗУЩКО'1 в Рс^льтате тер-
пелн1?’е " а'7Ь1(ь1е давления углевод
ВеРхностц пяг11' этом чя азо,} сг1нж;иотся до весьма
• ,Ь|ЛЯС.\;0[| титчип Счег с°рбцин газов на по-
м» снижаются парциальные
Т а б л и ц л Г-1
дцффуЗИОННЫЙ ,,аСОСОМ Н защитными устройствами
д I л слоотра жа тель мая ловушка (рис. 6-2) Термоэлек гри- ческая ловуш- ка (рис. 6-Э) Азотная ло- вушка (рис. 6-5) Термо юрбциенная лову.ъка (рис. 6-М) Прн.ме' л)?
•Ч.З-10--’ ^з-ю-5 'Ч.1.10-5 —— Масло ВМ-1
-ч5,210-3 ~6,9-10~® -V 1.9.Ц)-- Масло ВМ-5
давления С0+1\2> С02 и Н20 (массы 28, 44 и 18),
а основными компонентами за ловушкой являются водо-
род (массы 1, 2 и 3), метан (массы 15 и 16), окись угле-
рода и азот (массы 28) и двуокись углерода (мас-
са 44) —темная часть спектра.
Таким образом, предельное давление в системе в ос-
новном определяется суммарным давлением Н2, СН.;,
СО и СО2. Следует отметить, что применение термо-
сорбционных ловушек снижает примерно на 1 порядок
предельное давление паромасляного диффузионного на-
соса и увеличивает его быстроту откачки при низких
давлениях.
Ловушка аналогичной конструкции разработана для
паромасляного диффузионного насоса типа Н-5СМ-1.
В табл. 6-4 приведены значения удельного потока
паров масла из паромасляных диффузионных насосов
при применении различных защитных средств. Таблица
составлена по данным работы [Л. 154] (измерения про-
водились по методу взвешивания) и результатам иссле-
дований авторов (измерения проводились с помощью
автоэлектронного проектора).
6-5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЛОВУШКИ
Большинство описанных выше ловушек предназна-
чено в основном для защиты откачиваемого объема от
проникновения паров рабочей жидкости из высокова-
КУУмного пароструйного насоса и снижения остаточного
Давления.
При откачке объемов механическими вакуумными на-
сосами с масляным уплотнением наряду с сороцион-
'ыми ловушками применяют электрические (ионные)
Довушки. ‘
магнетронного типа, чертеж ко-
В ювмнке инверсно-. _ ПСПользустся элсктриче-
торой представлен на। р^_ ёйстВИя которого нроисхо-
ский разряд, в Р^^потородов в откачиваемые газы,
гит вс разложение } глеп . ;1СрПЗованных части , осаж-
а образование тверды* • катода _ корпуса. О новным
дающихся на ловер „понесся полимеризации является
условием протекания 1 адсорбция молекул уг-
Рис. 6-16. Э.: ектрическая (ионная)
ловушка.
леводородов на по-
верхности электродов.
Поэтому необходимо
обеспечить возможно
полную ионизацию уг-
леводородов и их попа-
дание на корпус — ка-
тод.
Исследования пока-
зали, что ионная бом-
бардировка молекул
углеводородов по срав-
нению с электронной
обеспечивает в 102—103
раза большее количе-
ство осадка, состояще-
го из полимеризован-
ных углеводородов
[Л. 146]. Форму элек-
тродов и величину на-
пряжения на них необ-
ходимо выбирать та-
кими, чтобы процесс
ионизации и соответ-
ственно полимеризации
те.! как можно пол-
достигает я за ецрт лов-ушке эффективная ионизация
нов в скрещенных диклоидальной траектории элсктро-
Величииы папряжениостРИ'1еСК0М 11 магнитиом нолях.
' ти ^электрического и магнитного
образом, чтобы протяженность
оыла наибольшей. При этом по-
но, юи выбираются таю
траектории электронов
электронов направляется
давшихся ионов__
к га- г>к ан°ДУ, а поток образо-
том \ыбиваютспРеМЯ с°УдаРения н0П0В
-лваются новые электроны, ко-
с холодным катодом выб
т°рье по держивают развил и ” ..’ "
2зо рид и одновременно обеспечи-
I (Ьсктивнос протекание процесса полимеризации.
па1°т Э(Р* (рИс. 6-16) состоит из корпуса/, выполнеи-
’П виде цилиндра из нержавеющей стали с двумя
11010 П цинтельными фланцами, одни из которых съем-
р«с. 6-17. Состав остаточных газов при выключенной и раб
электрической ловушке.
а—ловушка выключена: б — ловушка вклюге
Г)
На коггуп, °СИ л°вушкн расположен стержень 2 (анод),
Ст°лкнопе1 „ИЛ[еется РЯД дисков, увеличивающих число
эДсктрот нии УрДеводородных молекул с поверхностями
Стержеп1 Во “ь,сокое положительное напряжение на
1 2 подается через токонвод 6, изолированный
23!
им уптопшгелем 5. Л| спаль-
от корится фгоро»лпс1;0’’ ^'цпдиплричоским н стояи-
ное магнитное поле со.» к мапШко. расколол 'иным
ним магнитом <> ь;т1}1м кожухом 7 с отверстия-
снаружи корпуса 1 < '* * 1Жн.1Н|я ловушки ок жаю-
мн для конвективного охлаж.и
шим воздухом.
и н ллШССТВЛЯСТСЯ от ВЫСОКОЬОЛЬТНО-
Питание лову1ил 1ей воЛЬт-амперной харахтери-
зыпрямителя <- <-__^.тАгг. х-та выпрямителя со-
стпкои
после механического
ток короткого замыкания оО а.
ппевставлен состав ос га точных 1азов
Р вакуумного насоса тина ВН-461М,
’ВМ-4 при выключенной и
заполненного маслом
работающей ловушке.
(рис. 6-17,0) наблюдается большое количество слых
углеводородов (массовые числа оольше 44), он-
ного тока которых показаны опюающей, проходящей че-
рез их вершины. Во время работы ионной ловушки на-
При выключенной ловушке
блюдаются некоторое повышение парциального давле-
ния водорода (массы 1 и 2)) и небольшое понижение
давлений остальных компонентов газовой среды. При
этом происходит резкое снижение количества тяжелых
углеводородов с массовыми числами, большими 44.
Ловушка может непрерывно работать в течение дли-
тельного времени, потребляя при этом весьма незначи-
тельную мощность (ток при давлении 1 • 10~2 мм рт. ст.
составляет 3.5 ма, а при давлении 1 • 10~4 лы/ рт. ст. он
равен ,5 ма . Применение электрических ловушек при
^УЛ показало их высокую эффективность
ГЛАВА СЕДЬМАЯ. АППАРАТУРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
авления разреженного газа
ассификация приборов для измерения давления
Р-чтура для из\к‘ре1!1ияТдав"ёвчяИг>Ва1<УУМ110Й спстемь1 является аппп-
Пряборь, -ИЯ измсрХя !аВпРР пГЖе1,,,СГ0 Газа'
•’-»ются влкуу.мметрами. Я Г33а 11иже атмосферного назы-
Жмеяго^ азтчнкз-^лоссбпаЛрй^0 вакУУ-му,етРОв состоит из двух
веский сигнь I и измерительного бчп 15“г,,ал^ Давления в элсктри-
ас:гч\’к4; *иреобразовате*ц _ ' Наряду со стппгим пз'эплиирч!
ГЧИКЧ В .ли’тс-н^
гп1лмо22Ка’ НаРадУ со строгим названием
\’па « Рнческ,,й» будем пользоваться тер-
ч'"' •манометр», применяв?
мбй 2 • *, кс Употребляется также тср-
< -шку, ХОТЯ смысл этого понятия
значительно более широк-это может бить и вакуумметр,
„ меряюнши давления выше атмосферного »имет-р, <
По принципу действия вакуумметры можно свести
классы. и ]К0СТН, ,е вакуумметры, непосредственно
** ж I .......Л ---
в СЛ’.Д . ЮЩЩ;
измеряющие дзз-
2. Компрессионные вакуумметры, действие котовых
законе изотермического сжатия идеального газа (манометры Ма-"
Лсода).
3. Деформационные вакуумметры, использующие в качестве
ствителыгого элемента счльфон, мембрану и т.п. Величина деЛопмз'
пин чувствительного элемента служит мерой давления ' и
4. Теплоэлектрические вакуумметры, использующие завиг-ч-
мость теплопрово дности газа от давления. Они подразделяются'на
термопарные и вакуумметры сопротивления.
5. Ионизационные
в которых используется иони
зация газа. Большая группа приборов этого класса подразделяется
в свою очередь на:
а) электроралрядпые, в которой мерой давления служит ток раз-
ряда, возникающий при низких давлениях под действием электриче-
ского и магнитного ночей;
б) радиоизотопные, ионизация газа в которых осуществляется
потоком (1-частиц, образующихся при радиоактивном распаде;
в) электронные ионизационные. ионизация газа в которых осу-
ществляется потоком электронов, эмиттируемых с накаленного ка-
ТО1аОбластн давлений, измеряемые вакуумметрами, показаны на
Р"С'Вс!о Г0УП1Р’ вакуумметров можно также разделить на приборы
к „ » ОР> 'к о сь'о пог» «Погзпя.
действия являются приооры, которые ьепос!’” 1Метро3 можно за-
давленпе газа. Метрические сз01'с^ ^‘ь г‘радунровки по динамо-
ранее рассчитать или получить с |0М° вакуумметрами прямого
метрическим приборам. Отсчет давлен я темпепату-
действия принципиально не зависит от соНп_^.0-5<и,1 „т. ст., причем
ры. Эти приборы перекрывают ^1а"^01’ ^,ем зь11це давление. К за-
их относительная погрешность тем мен . тцые компрессной-
куумметрам прямого действия относятся
ные и деформационные. Таблица 7-1
Соотношения между' единицами^ 1 молекулярной концентрацией газа пв —
Наименование единицы ил/ рт. ст. (то?) л/.и2 дин/см^ = мкбап ат бар //«ЛО ’ !/Г«3 (при 0’0
Р‘п. ст. (тор) "им/см^ш- бар ащ 1 <~ар —1- (при с.\Р ' 1 П р и м е ч а и ц I 0.75 ЛО"? 0,73-!0’э 7 '0 770 3,51 с. л0=3.г>3>- 133,3 1 0.1 1,01-10 НГ 2, к*. - !0‘- !<)<« р. с 1343,22 10 1 1.01-10° |П« 2/,Г, - 1О'Л ,\ГЛ. где Р - » — - —- 5 г- ОО- -V. « о с О -Д ООО • • • » 'л 9. «л Ш 1.3 >.10‘- 1,02ЛО-; 1.02-Ю" 1,03 1 1 4ЬЬ)’-> > • О»2>2 2ДЫ0“3 2.11-1 ’х 21.> 21.2 1 233
случае
, ленствия измеряют не само явление,
— мв"мт от' гам
и его температуры. косвенного действия откалиброван в еди-
Шкалы вакуумметров косвегп |Нцах в последнем елуи.о
или электр]чсь я градуировочная кривая 1 ти при-
к лриоора* н>.м..»^гастся пе| .с Градуировочные кривые соста 1. яются
водится его чувствительность. Р д
Ямг^^ сверхвысокий
Средний Вакуум
Ваку им Вещ У"-------------------------
ннцах давления
ю^\ю-9\ю-ю Ю~”
НТ^КГ13
Низкий
викуун
— Жидкостные
Деформационные
Компрессионные
Тепло-
электрические
Радиоизотопные
Электронные ионизационные
Магнитные злектроразрядные
Рис. 7-1. Рабочий диапазон
да влен и й, и зм ер яс м ы х
вакуум метрами.
при градуировке приборов косвенного действия
прямого действия де-ичвия
но вакуумметрам
говоря, верны только для условий, вое-
и, строго Г'*~2
производящих условия градуировки,
толъко'приборамн^ яейстп* РТ' СТ' пРактически возможно
давлениях ничтожно Т1(п^Г>п-ЯЯ’ ,1ОСКОЛЬКУ усилия при этих
Ниже 10-5 .«.и пт ст Х , Р 0 мм рт- ст- 1.3-10~8 кгс/с.и2).
лее показателе:! приДакзения^нщ^То ^3 ТерЯСГ СВ0Й СМ1>'СЛ’ В°'
метр - молекулярная «нтра^Гт г МЧ РТ' ЛРуГ°'' Пара'
в единице объема, которую кстати’ >. пл°тиость частиц газа
венного действия. 3 ’ ти* 1 измсряют вакуумметры кос-
Соотношения между пачнимп г.»
вой Копнет рацией даны в табл' елнницамн давления
2'Я
и молекуляр-
П омметры косвенного действия способны измерять давления
.Глз им рт. ст до атмосферного
от иаКууммстрам косвенного действия относятся теплоэлектриче
, „ ноннзаннонные приборы.
ск" н-которые тнпг. вакуумметров могут быть также использованы
«естве блокировочных устройств. Помимо измерения давлений
» ка' „ком диапазоне и блокировки, отдельные типы вакуумметров
в 1ии|’ ' т осуществлять запись сигнала давления на диаграммной
позволсамоп11111уи1его потенциометра (например, типа ПСР или ЭГИД
ленте ‘ итель110СТ!>ю Ю лш на всю шкалу и могут быть нспользова-
С 'в автоматизированных вакуумных системах.
Блокировочные вакуумметры, помимо измерения давления, спо-
собны производить управление каким-либо процессом по давлению
Блокировка чаше всего осуществляется по двум точкам, что исклю-
чает возможность многократного срабатывания по ложным сигналам.
Выбранные значения давления срабатывания можно сближать в одну
точку или разводить до крайних значений диапазона. Во всех блоки-
ровочных вакуумметрах разрывная мощность контактов реле не пре-
вышает 50 вт для цепей постоянного тока с индуктивной нагрузкой
2 гн и 500 вт для цепей переменного тока (220 в, 50 гц). При
необходимости коммутирования цепей с большими токами блокиро-
вочные реле вакуумметров используются как промежуточные, управ-
ляющие внешними, более мощными реле.
В вакуумном приборостроении применяются нормализованные
конструкции присоединительных элементов датчиков. Все прогревае-
мые металлические датчики монтируются на стандартном фланце
ДУ-20 или специальном манометрическом фланце ДУ-50 (см. прило-
жения 14 и 15). Датчики на фланце с металлическим уплотнителем
выдерживают прогрев до 400 С. Вакуумметрический датчик монт»
руется на фланце, имеющем зуб.
Основные данные отечественных промышленных ва*2>
косвенного действия и датчиков к ним приведены в пр
Ю и 11. . „пиа
При измерении давлений вакуумметрами к®^11"°^а'1е”рУД!1о
точность отсчета невысока из-за влияния б°-’“ температуры,
учитываемых факторов (изменения состава Д, "щность измерения
сорбционно-десорбционные процессы и др-у- > 0, пзмеряемой
давления обычно колеблется в пределах от 10 до оо ,о
величины.
7-2. КОМПРЕССИОННЫЕ ВАКУУММЕТРЫ
Мак-Леодп)П де,*ствия компрессионных вакуумметров (манемепюз
На рис 7 9 Основап на законе изотермического сжатия рГ=соп$(.
в<’,кууммет'" ЛОказапа основная измерительная часть компрессионного
Вепуг С ^ТУТЬЮ в качестве рабочей жидкости.
Р°м изм П1И ПатР\бок вакуумметра соетиняется с объемом, в кого-
Те;н>ная р^яется язвление, нижний — с сосудом со ртутью. Измери
•МсРите п °ЛОвка вакуумметра состоит из сферического объема с из-
/Пяи к'ттИЬ1М Кап,:лляро.м, рядом с которым расположен сравнптель-
к<Н1ичп Ь1ЛяР того же диаметоа, что исключает ошибку из-за разной
Ниляоной депрессии.
птуть опущена и сферический объем
'7-2,о), давление газа в котором
поднимают уровень ртути и тсс-
“итмсрительного. При дальнейшем новы-
фернческнй объем заполняется ею, а газ
Перед измерением давления
сообщается с откачиваемым (рис.
равно р. при из....
кают сферический объем от
шеннн уровня ртути весь <
сжимается в капилляре / до д. • 'ав;|е1111К р, - по линейной и
Известны тва е д. линейной шкале (рис. 7 2,о)
квазра™^а.там объема, отмеченного л< те-
капилляра /. Давление газа X
П"-!Л^ши & "Г’о^тьХ^ от отмеченного деления. Давление
р в измеряемой системе можно определить по формуле
ном
газа
р—давление в откачиваемом объеме, леи рт. ст.\
р -к — давление в измерительном капилляре /, мм рт. ст.;
V —объем шара с измерительным капилляром, см ;
ц___объем не заполненной ртутью части измерительного ка
иилляра, сч3:
С| — постоянная вак\л мметра.
” V __ 1
Для измерения низких давлений степень компрессии ?
берется большой. Чтобы исключить
л огг!*ачь0аемо„у
ртутного компрессионного вакуум
метра.
* '«’-рсд измерением; 6 - взмспрнй .
«о иегоду лш1ей|цл шкалы; в-
Мктолу квадратичной шкалы
возможность разрыва столба рту-
ти» диаметр капилляров берет-
ся не менее 1 мм. Сфериче-
ский объем может достигать
0,7 л.
реп яс
Калибровка компрессион-
ного вакуумметра, т. е. опре-
деление его метрических ха-
рактеристик, сводится к изме-
рению остающегося свободным
объема капилляра У} и полно-
го объема V сферы и капил-
ляра.
Для измерения давлении
в более широком диапазоне
применяют метод квадратичной
шкалы. Ртуть в этом случае
доводится в сравнительном
капилляре 2 до высоты, соот-
ветствующей верхушке изме-
рительного капилляра 1.
Давление газа в измери-
те;! ьном капилляре равно раз-
ности высот А ртути в обэих
капиллярах (рис. 7-2,в). Объ-
ем газа в измерительном ка-
пилляре 1/=лб/2А/4, 1де (I —
диаметр измерительного капил-
ляра /.
давление газа в откачш аемом
IV
где '/"
-диаметр капилляра, ,и,.л
-высота ртути, л.ч;
с — постоянная вакумметра.
Для повышеш-я точности отсчета ииогта аг
делают наклонными. В этом случае тав 1ениеХ^ПИЛЛЯра «Рибора
газа окажется равным ' ‘ сжатого в капилляре
гдс длина столба ртути, мм;
и —угол между капилляром и вертикалью.
При движении ртути в вакуумметре происходит электризация
стенок, которая может привести к прилипанию ртути к капилляру и
разрыву столба ртути в нем. Для снятия электростатических зарядов
ртуть необходимо заземлить путем впайки заземленного ввода в бал-
лон. Для получения точного отсчета давления ртуть должна быть
хорошо обезгажена. Необходимо также тщательно прогреть головку
вакуумметра и особенно капилляры.
Работа компрессионных вакуумметров с ртутным наполнением
связана с несколькими особенностями, ограничивающими, а иногда
делающими невозможным их применение.
1. При измерении давления в откачиваемый объем проникают
пары ртути, которые загрязняют его и повышают давление в нем.
Чтобы избежать загрязнения системы парами ртути, па трубопро-
воде, идущем к вакуумметру, устанавливается вымораживающая
ловушка. Для конденсации паров ртути достаточно охлаждать ло-
вушку сухим льдом. Однако наличие в вакуумной системе холодной
ловушки может вызвать вымораживание некоторых легко конденси-
рующихся газов, что в отдельных случаях недопустимо.
2. При измерении давления без применения холодной ловушка
может получиться ошибка, если в измеряемом газе присутствуют
легко конденсирующиеся компоненты, давление насыщенного пара
которых более 2—3 мм рт. ст. (например, пары воды), так как уве-
личение давления в капилляре вакуумметра при измерении будет
приводить к конденсации этих компонентов.
3. При наличии холодной ловушки от зеркала ртути на лов\шку
°удет идти поток паров ртути, увлекая за собой в систему газ по-
до°по пароструйному насосу [Л/160], вследствие чего давление газа
в компрессионном вакуумметре станет ниже, чем давление в отлачп-
паемом объеме. При этом ошибка измерения будет зависеть от фи-
Зпческих постоянных ртути и газа.
11ри измерении давления аргона при температуре около ~
9го,!?ка составляет примерно 10%, при 20°С до 30 о, а ПР
‘ ^*~~До 100%. Указанная ошибка имеет место при низких д *.•
газа до тех п°Р, пока существует молекулярное течение р
Т‘ е* до Давлений приблизительно Ю"3—10'~ мм рт. ст. <
пп. Ь1 ртути практически распределены по всей вакуумной с ч '
лец1 ?алпвке азота в ловушке возникают потоки различных - к
ни, учесть которые не представляется возможным.
давлениях выше
рг ст ошибка измерения состав-
тяегея качеством самого компрсссион-
Ц ТОЧНОСТЬЮ
. лет - О „ „/мио С которой 0ИРС1С.К1К1
пело вэкхл'ммстра н г0''н. ’0‘|__ю им рт ст. ртутные компрессион-
ная). В из всех вакуумметров ошибку
ные взму.мм^
измерения: 1.5
2%.
пклцммстры пооводят разовое измерение
______________ *е тпансФоомировать в системы зали-
дазления. Отсчет давления трудно транец ор Р
си или УпР;,в^‘,''я„Р1ОСгатк0В указанных выше, в частности от боль-
ртЛ свобода. ^.предаю,,.™ вакуумметр с мае
”"“т“кего куркам вакуумметр..................... для тра-
дгировки вакуумметров косвенного действия.
7-3. ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ВАКУУММЕТРЫ
Мсрой давления в деформационных вакуумметрах служ ели-
чина деформации чувствительного элемента. В лабораторной практи-
ке и промышленности нашли применение деформационные вакуум-
метры трех основных типов: трубчатые, мембранные и сильфонные.
В вакуумметрах с трубчатым чувствительным элементом исполь-
зуется эффект изменения радиуса кривизны петлеобразной трубки
при изменении давления внутри нее. В вакуумметрах с мембраной
используется ее прогиб под воздействием избыточного давления
с одной из сторон. Для повышения чувствительности и исключения
влияния внутренних напряжений мембраны обычно изготавливаются
с концентричными гофрами.
Сильфонные вакуумметры по существу ничем не отличаются от
мембранных, но в них увеличен ход чувствительного элемента.
Во всех случаях деформации чувствительного элемента весьма
малы и для их индикации применяют трансформирующие меха-
низмы, увеличивающие перемещения отсчетного устройства
1 р х к н т укциях вакуумметров с чувствительным
ного ИНД-КТИВНЬИ1 Датчик. Обычно катушка пндуктнв-
разбалан к пп-г^п * В °ДН0 И3 ПЛСЧ сбалаисиРовзнного моста,
рительным прибором. Р" ИЗМС1 1давления регистрируется изме-
стные. ₽ВДэтомИсл\чГёВ^ иногда применяются емко-
часть П-Овеэхност1?чгвствите1Ь1югпО°пЛаДОК КО11деисатоРа является
пласт ша. Емкостные датчики п!° л1емента |1л" связанная с ним
Для измерения небольших давлений™ Применение в вакуумметрах
бразцового дефорхшционногп'п'пё1! ВИД ШИРОКО распространенного
для измерений давлений лг.''7гоеТра типа ВО18Р, применяе-
),3а измеряет давление с .погоецгюст^ Л1М Рт- ст. Прибор класса
”,Ь!Х вакУУмметарз (см. ноиложе11.1лП^Оз\1ЫШЛеи"остью Деформаци-
Р' япы. приборы, измеряющие остС можно разделить на две
: т ,М" авмИЮ0 •»
ЛАС-П „„е1от дм ваме.
поддерживается постоянным (на-
ри.
; ЛАС-1) имеют две каме-
а ми
втор ,й труп-
*
Для измерения остаточного давления ппибоо
пы необходимо знать оарометрическое давлени Р
шс всего 2 мм рт а.). Другая камера покос г, ,о
радуемому ооъему. Приборы этой группы иКя,,,„? 1 !Я'7'Я
веиио остаточное давление; .при ЭТОм барометмХ ": -
воздуха В помещении ча их отсчеты нс влияет ₽ Давление
в
хокент измерения.
Рис. 7-3. Образцовый вакуумметр ВО18Р.
пои ^стояппая прибора (чувствительность) может быть найдена
качке вакуумметров до давления не выше” 0,5 мм рт. ст.:
к = (7-1)
где п' "
/ бар оарометрическое давление во время калибровки при-
бора, мм рт. ст.;
показание прибора при его откачке до давления не вы-
ше 0,5 мм рт. ст.
опм статочное абсолютное давление р при работе с этим прибо-
ру определяется как
р — Рбар—’А’Й,
Рбар барохметрическое давление в момент измерения.
мм рт ст.;
“Показание прибора при измерении, зы- рт. ст
Гфовег?^10*111113*1 пРио°РП — величина стабильная .ч {е гребусг
РКи перед каждой серией измерений.
теплоэлектрнчг.сквр
в \1<УУМЛП7П»Ы
^тоэтектрнчсских вакххммпров основан
Принцип действия „еГ11 газа от давления. При
зависимости теплопрош .П м(? те„.1О11роводносгь газа опрсде.
«плиниях В молскуля;м ом Р пропорциональна давлению. При
плотностью чацг1Ш. т- Д1И„а свободного ирооега мо-
гном режиме, когда I, 0 расстояния между нагретым
1скел значительно меньше | 'ЛО|1ровод11оеть газа не зависит от
телом н стенками дат ка- передача тепла увеличивается
с ростом ЛЗВ-^Н1*Я Д
ляется
Рис. 7-4. Вакуумметр ВСБ-1.
газа от давленая
• ^Ра.к'тнчески зависимость теплопроводности
ниет радитс горячей1?'свобоД!,ого пробега молекул газа превы-
«етраР?ЙХ^яе?с™^
но оси которой натянута , 5 " металл"ческую труоку.
Подводимая к нити . нагреваемая пропусканием тока,
саза, излучение и тзо, тр’'*1еская 511еРГ!'я расходуется на нагрев
Баланс энергии может биг/13 1С^ез электрические вводы [Л. 163].
ть выряжсн уравнением
ас
й*!!« «р« »«,„
среды;
нити
датчика;
Г-^;^^и^ФФицие11т сопрот1)в
' -^чшрзпгра стейк., .
•июр а ту ре о к р у ж а ютой
лепия материала инти;
с Г /, д") ,С1|1и‘газа
’ ’ ь ко*|>фиииепты
240
0.
плюет;,.
цанги и ’•
Дав
Ь\Т
МО/К I >
ЧСМ 0
накала
5 у‘ ОТП1Л давления молч • а—
|13МС ппстоянетве температур / и То
1 ПрИ ВСБ-1 и ВТ-3), так и Ю изме-
аметры т пп!1 постоянном
с о п р о т и в л с н и я
Д-1 измеряет давле-
токе накала
блОК'\РехаВвЧ"иапазонС 10~*—30 мм рт ст.
НИС в03АухахЛяет С датчиком типа МТ-6,
ПР'Й’ нРГмТ-14. Манометрический датчик
МГ-6Ф |,ли 11попда называют манометром
И
МТ-14
платиновая
длиной 80 мм и
цоколем
датчика — вертикальное,
положение
диа-
нит!»
9 датчика 1
водить замену спирали
-6 изготавливается из стали
и манометра натяну га вольф-
при выходе се из
вверх.
Нагреватель 4 датчика МЛ-6Ф (рис. 7-6),
оформленный в виде спирали из вольфрамо-
вой проволоки диаметром 15 мкм, смонтиро-
ван на съемной вилке 5, что позволяет произ-
рамовая нить накала 4 длиной 80 лш
метром 10 мкм (у ДАТ-14
строя. Для стабилизации теплоотвода от спи-
рали вилка со спиралью окружена цилиндри-
ческим экраном 3 из топкой нержавеющей
стали. Рабочее положение датчика МТ-6Ф
благодаря этому может быть любым. Датчик
‘и-6Ф выдерживает прогрев при обезгажива-
"ии до 300° С. Измерение давления датчиком
озможно только тогда, когда датчик охлаж-
Иг^°. КОМнатпой температуры.
Рокировочные кривые датчиков МТ-6Ф и
скопьк ПрП работе с вакуумметром ВСБ-1 нс-
вой Датчик? МТ°6СЯ °Т гралУиР°В0Ч110Й кр"‘
темпепяти^11 Работают в режиме постоянной
2 — кор-
/ — цоколь;
ричсскии
МТ-6.
11 ус; 3 — защитный
колпачок: 4 — воль-
фрамовая нить.
по изменен- к; ток?
пи, которая равна 220* С. При
т 116,5 ом. Датчик
емп С0Сгавляе
геЙГ""ле|,ш'
этом сопротивление
моста
включен в одно из пл
. . переменного тока. Изменение
'1т1,ДСТС'ЛЬС,?-Ч0,цее 0 изменении л з зления, регисгри-
-^чным прибором. При измерении давления от П'~2 до
г^Кл”акала нити датчика изменяется от 4 до 52 нл,
от о,5 д0 5 6
•и.ц рГ
вакуумметром давлений разбит на Дпа
Диапазон „ 0 7~30 мм рт. ст.. переключаемые авто-
щапазоиз: Щ • в абочем режиме имеет нелинейную За.
ически. Ьак'- ' , Дгидл.ч от давления.
ухть ВЫ.Х ПК < градуировочной кривой. Верхняя крн-
хЖрп^е?вменение давления во всем диапазоне.
Поиволенчая кривая зависимости отсчета от давления справед.
Приведения лива т0ЛьК0 для воздуха и тем_
зон измеряемых
0.7 и 0.7—
со
<о
^Ф2О *-
Р’*' /-6. Датчик сопротивления
МТ-6Ф.
УЫЙ ЗК'Лйи
2 - корпус: 3 — зашит -
4 ЕС.тьфра'ловая нить:
съемная инлка.
рения давления реле
реле может быть
на 10 в с
пепатуры окружающей среды
"ли-5е С При работе с другими
<ГЧИ и иной температуре необ-
ходима индивидуальная градуи-
ровка вакуумметра.
Пая .получения достоверных
отсчетов давления вакуумметром
КГБ I существен переходный кон-
такт между датчиком и шлангом
вакуумметра.
Бакуумметр Б -Б-1 имеет вы-
ход для записи отсчета на диа-
граммной лейте самописца с чув-
ствительностью 10 мв на всю шка-
лу во всем диапазоне измеряемых
давлений. При подаче сигнала
вакуумметра на двухканальный
самописец можно записать давле-
ния на обоих поддиапазонах. Диа-
пазон блокировки вакуумметра
ВСБ-1 10"1—30 мм рт. ст.
Реле вакуумное теп-
ловое РВТ-1 работает с любым
из указанных выше датчиков и
предназначено для цепей управ-
ления и блокировки в диапазоне
давлений 2-10“2~30 мм рт. ст.
Реле содержит схем}' питания
датчиков в режиме постоянства
сопротивления, аналогичную схеме
вакуумметра ВСБ-1, и две неза-
висимые системы управления и
блокировки по давлению. Каждый
из каналов блокировки обеспечи-
вает срабатывание в двух точках,
причем обе точки могут быть раз-
ведены до крайних значений диа-
пазона или сведены в одну. Ско-
рость срабатывания реле состав-
ляет около 10 мсек.
ИЗМе'
Собственного пыхо1У
Для измерения давлении
подключен вольтметр
внутренним сопротивлед
зависимости вы ходного
ЛОГИЧНОЙ Кривой ваккм
переменного напряжения
няпп» .е 1Ииеи не менее 100 ком. Кри°яя
...Г реле от давления близка к ава-
> измеряет давлена-
до 1 мм рт. ст. и работает с термо-
ЛТ-4М и МТ-8. Внешний вид вакуум-
Тер м 0 п а Р " ы 11 в а к У У м м о тр ВТ-2А
по-луха в диапазоне от 10~3 1 —
парными датчиками ЛТ-2.
метра ВТ-2А с датчиком ЛТ-2 изображен на р.Гс.” 7-8"
термопарного датчика Л1-2 и его цоколевка показаны на рис 7Д
В колбе датчика / смонтирован подогреватель 2 к «Д™-
точке которого присоединена термопара <?. к сРеднеи
Зависимость выходного
в датчике ЛТ-2 применены платиновый подогрсватет, и
пара хромель—конель. В датчике ЛТ-4М пп™™?. ь и теР40'
а термопара хромель-алю подогреватель никелевый,
мель. Рабочее положение
датчиков — вертикальное,
цоколем вверх. С вакуумме-
тром ВТ-2А датчики рабо-
тают в режиме постоянного
тока накала. При этом в ре-
зультате изменения давле-
ния меняется температура
подогревателя и термопары,
а следовательно, и термо-
э. д. с., по величине которой
оценивают давление.
МЛ’ о СРМ0ПаРпЬ1Й да 1 чнк
М1-8 рассчитан для приме-
нения на прогреваемых ме-
таллических установках.
Конструкция датчика пока-
зана на рис. 7-Ю. Рабочим
элементом датчика является
«термокрест», образован-
ии двумя проволочками
поп С1Г1авов хромель и ко-
гпоп* в центре проволочки
квестГЬ1‘ г °ДИа полови»а
Р та работает как термо-
ватечь гРугая ~ как "агРе-
иип/1Ь' С целью повышения
цр1г. ТВИТе'1ЬП0СТи вблизи
неюра треста приварен ра-
*Т' I I * 6 из никелевой леи-
' 1еР-м°хрест 2 уставов-
чашки"'1? вводах коваровой
лизпг о * ’ которая в свою очередь заварена в металлический норма-
ните-ЛИПЬс Фл;,иеЦ (см. приложение 17) с медным унлот-
иик »»еМ' вакуумной стороны термокрест прикрыт /защищен)
хап 7'СВЫМ экРаиом нто обеспечивает стабильность метрических
ряктеристик манометра независимо от размеров обследуемой си-
пи Конструкция датчика допускает нагрев до 400е С. Рабочее
“оложение датчика МТ-8 — любос^
ЛТ 1М ^ИС‘ 7’11 приведены градуировочные кривые датчиков ЛТ-2,
-4М и А1Т-8 по воздух}/ в режиме постоянного тока накалка.
точность измерения давления термопарными датчиками суще-
Ве1,но зависит от правильного подбора тока накала подогрева-
п'1Я' *ок накала подогревателя датчика ЛТ-2 можно определить
д пскрытпя новой лампы, поскольку давление в запаянном мано-
Рис.
сигнала вакуумметра ВСБ-1 от дав-
ления воздуха. Верхняя сплошная
кривая соответствует диапазону дав-
лении 30—0,7 мм рт. ст., нижняя
сплошная кривая 0,7—10~2 мм рт. ст.
16*
243
Рис. 7-8. Вакуумметр ВТ-2Л.
ниже К) 4 мм ,)т
грена, гли иренсбрежим<>
дуется ня излучение (
-,'-’пгпев-| геля <
41'1 Ре
вольт метра
.. >.и.. и. км л вод «и» газу от под
мал и вся подводимая мощность раехп-
(’>;%) и теплоотвод по вводу (—37 >. Ток
.подбираю! таким образом, чтобы стрелка ма м и-
точно совпадала с сотым делением шкалы; при этом
:гр 1 (шкала «ток накала») будет соответ-
подогреватсля. Рабочий ток различных дат-
в пределах 90—150 ма.
показание .ми.|,1|11|.„1| ,
стаивать рабочему тоц\-
чакон может колебаться г
Рабочий ток датчика Л1'-4Л1 указывается заводом-изготовите-
лем на металлическом баллоне. Болес точная калибровка вакуум-
метра производится при давлении в датчике не больше Ю”* мм
Шкала измерительного прибора В Т-2 А нанесена
^нления применительно 1 ------ ”
в единицах
- тр с датчика-
.................. -
...........
0Г ^ТеплоэлёктричОские
кого отсчета давления и их ‘Р^> молекулярно», ^и-.о..... Г.,(Я
газов различны и определяются • ,1ерату
но этим газам и коэфф1П1,,е‘ оаччировоч,,ыс
на подогревателе [Л. 1о^1- И'-
для воздуха и 1
кривые датчика Л Т-2
— »•"» чг\.
МО-э.
ряда других газов "^Гприн^'^0’Отё-
чной для практики точностью мож о нр^ *е значешы
иий двух каких-либо газов при от
Д. с. постоянно:
а.,, — сошч,
где . р* — отсчеты давления газов;
а — исресчетнкп коэффициент — относительна п.
телыюегь 'МИ-тпц.
Отсюда можно получить градуировочнхю кривую ЛЮ ог
если известна величина перссчетного коэффициента а П’ Газа»
газа яо отношению к газу, градуировочная кривая кот погЯ ЗГ°Го
стна.
измерениях чаще всего бывает достаточно знать пересч
тЬицмент газа по отношению к воздуху. В пр ; ожепии |Г
Рис. 7-12. Градуировочные кривые по некоторым газам
? тч '.на ЛТ-2, работающего в режиме постоянного тока
нити накала.
/-Виздух; 2-аргон; 3 —неон; 4—гелий; 5 - водород; 6-
криптон.
фчведеяы
лампы ЛТ-2 значения а, е для различных
эффициеят аг к для газов, вс указанных
определен с достаточной точностью
экстерн ментально определенные для манометрической
п'та ...................газов. Пересчетный ко*
.. в таблице, может быть
из формулы
а,
х — отношение теллоемкзсти газа при постоянном давлении Др
к теплоемкости яри постоянном объеме Су (см. табл. 9-1 )>
.М •— молекулярный вес газа.
Для смеси газов пересчетный коэффициент а м равен:
относительные об емны к ни,он грации составляю-
г1е А’п щих газов;
г/. — соответствующие
(и. 3 нпеиты.
этим газам пересчетные коэффи-
, -прнис манометрическим
3 пт ст ограничивается
10 '/пятура подогревателя
тсмлера«я интенсивного
падаеТтпопа и чувствитель-
теплоотвода и у
X становится недостк-
Г
Т0ЧНДля расширения верх-
него предела измеряемых
давлений выше 10 лги
' ст. увеличивают ток на-
кала подогревателя датчика
ЛТ-2 примерно в 2 раза.
Рабочий ток датчика в диа-
пазоне 0,1-1,0 мм рт. ст.
подбирается таким, чтобы
при атмосферном давлении
термо-э. д. с. термопары
была равна 1,2 мв (красная
черта на шкале измеритель-
ного прибора вакуумметра);
при этом показание прибора
датчиком Л Г-2 давлений выше
тем, что с увеличением давления
Рис. 7-13. Градуировочная кривая
манометрического датчика ЛТ-2 по
воздуху, работающего в режиме фор-
сированного тока накала.
в положении «ток накала» оудсг
датчика. Градуировочная кривая по
соответствовать рабочему току
воздуху датчика ЛТ-2, работающего в диапазоне 0,1 —1,0 мм рт. ст.,
изображена на рис. 7-13.
Электрическая схема вакуумметра ВТ-2А состоит из трех ^ос-
новных блоков: фсррорезонансного стабилизатора напряжения, бло-
ка питания датчика и блока измерения тока накала и термо-э. д. с.
Стабилизированное и выпрямленное напряжение подается на нить
подогревателя через балластное сопротивление, превышающее со-
противление подогревателя датчика в 80—100 раз. В результате
т°к подогревателя весьма стабилен и требует незначительной под-
стройки при изменении давления по всему диапазону.
с р м о и а р н ы й в а к у ум метр ВТ-3 предназначен для из-
1еРспия давления в диапазоне 5-10~1—10~3 мм рт. ст. и индика-
Гп даплеп»я в диапазоне 5—5- 10”1 мм рт. ст. Вакуумметр
7 состоит из измерительной установки и тсФМ°УаРяогго
биометрического преобразователя (ЛТ-2, ЛТ-4М или МТ-8). Из-
оГ>пзэСЛЬПая Устаи°нка обеспечивает питание манометрического пре
мопйп?Вателя’ измсрение тока подогревателя и термо-э. д. с-
** а также возможность подключения внешнего сам0*‘ -
Ь- Иы Г101’л и,ци°мстра (при измерении давления в ди<мг
10мм рт. ст.).
таег г напазо»о 5- 10-1—10-3 мм рт. ст. вакуумметр ВТ-3 раоо-
и термопарного
$ 1И же датчиками, что и ваь
^в.ш,ж.Иа"аэ,Опе 5-5-10-' •
,1ак<т'и да„Т1|иком ЛТ-2 в режиме ... . .
боте в\Л°и Давденпя является величина тока иака; шб-
Р°йочцОл (*м Ре>кнме прежде всего устанавливается раб *токе
значение термо-э. д. с. термопары датчика Л1-- Р
,,л, рт. ст. вакуумметр ВТ-3 »з«=Р«[
. постоянно» температура " ,'Л
накала нити
должен нахе
разных эк»г
600 1М и им.-
нться п вертим-
значения
герм о э. д.
При измерении
IV ' ° 1___ гОПППП!
давления регулировКоГ|
„акала нити Ус”"^ивые всех датчиков ложатся в довольно
с- градуи!«“ЙЫЛв.1СН..ю).
УЗКУЮ
* 'На
• -15 приведен ряд
Е.1'" пХянной тем
кри ичх датчика
г ха и некоторых
Рис. 7-14.
Ваку; мметр
ВТ-3.
газов. Градуировочные кривые для других газов могут быть рас-
считаны с использованием пересчетных коэффициентов [Л. 162]. От-
метим, что при работе в этом режиме снижение давления ниже
10' 1 хч рт. ст. может при токе накала, установленном на высоких
давлениях, лр жести к перегреву нити ввиду незначительного теп-
лоотвода по газу
Датчики те ьъ электрических вакуумметров не боятся прорыва
атмосферы и имеют практически неограниченный срок службы. За-
ма иван датчиков легко удаляется промывкой в этиловом спир-
т . “ • ^Р5г°м органическом растворителе. При наличии в газов и
2-.^ повышенной концентрации паров масел или воды между Дат'
* п сЛ(л?^’1ои системой необходимо устанавливать ловушку-
пэ/рХю Х™ ИНерциоииость-задержка
чёнЗЫМЯ -1П-1 ;’п( ' ,Л ’ давле,1ИЯ- Эти явления
вакуумметров $ ^теьГавтси^"03"
- ич’ги .а и автс\|й!ики на
™ Х-яг "“'РЦ-юииоггь
егадилой оремеян т~н<!™аль,,им 3:)К0!|ам-
харйктеризую^нй
рах Осиоеязя ..
переходный
IX датчиков являете
отсчета во времен
становятся сушесг
основе теплоэлектрическп^
истомы, в которой пропс
по
течение коюр'по
11 \I <Л Г* I I* /I В
вакууммираМи о
НОЗОГ9 СОСТОЯНИЯ
1 ,....г р
разогрева нити датчика
спиной времени теплоэлектрических
Аналог постенн ВКЛ10чеиии вакуумметра
вакууметро 1ПТЧ.1К и при изменении
1АГВ-1 датчик А1Г-6 (без стеклянного
Вакуум-^'"Р ЬСЬ . у"16.|0_г лш рп1. ст.
Ш’пснселя), ^|—о IV 1
р2, мм рп. ст. твх, сек “Ср, сек
з-ю-1 0,037 0,011
7.5-Ю-1 0,024 0,011
1,5 0,019 0,010
2,5 0,010 0,011
4,3 0,009 0,009
8,2 0,0003 0,008
17 0,0003 0,006
42 0,0003 0,005
760 0,0003 0,002
Вакуумметр ВТ-2А (ВИТ-1, ВИТ-2) датчик ЛТ-2,
Р1=Ы(Н мм рт. ст. ’
ра, мм рт. ст. Тр, с СК
9-Ю-2 3,7
2-10-1 2,1
Некоторые даиммр
КЗ?1,* р"»“Гз=°\В₽“'™' те“="Р™«их ВЗ.
ек»е в" „ 7-2- При нача.1ьп,„?™"'ТВ>',0Щ|'»и датчиками,
быс7родёй тву|о1СООТВетСтвенно резко откпмЛе"ИЯХ в датчпкс 11 си*
"ала на 64™' 0Щин вентиль. Время крь,вался соединяющий их
ления привадите0 п°Л|,Ого изменения электР"ческого сиг-
13 этой ж₽ Л - СЯ Как постоянная пп Результате повышения дав-
Дящегося 'лри°?™° лриведе"о время₽вхп?И>> П° электРи',еской цепи,
ыего вакуум мДаВлении Дг с момента ,?°Да в Режим датчика, нахо-
Датчнков одним «а’ Что "мест место п0ДКЛЮчепия к "ему раоотаю-
тывания б1окиппВаКуумметРом Быте, г?,РИ м'1ОГО11°зициоп11ом опросе
рг- ". то °ТмР аВКИ При "зменешш ° ,ределеио та“жв время <Раба'
Звания. блок0 ?СРНОГО- Вакуумметп ЛеПНЯ в датч1,ка от 6-Ю-2мя
блокировки ока₽аяВГИ 4’10~' мм птР оыл пастроен на точку сраба-
лопустимо, порка, ась Рав"ой 0 004 гпТ' 3адсРж«а в срабатывании
еакУУмной автп°?ЬК>’ «"ерциониостк К' Что в большинстве случаев
Мз табл. 7-9 1ИКИ "меет тот жг. электРОМо-ханичсских элементов
1сег';Еен;1о меш 1„ПВИДН0’ чт° ичеппмлп'™ больший порядок величины.
следстВйем ?? ’ -Че'л Ва"УуЖё "а'<Уумметра ВСБ-1 су
"ика МТ-6 (ёи“ВШеи массы чуВс^Ра ВТ'2А- Это является прямы'1
Схиаметп Л1Км) по Гп/еЛЬНОго ЗЛемента — нити дят-
250 СТР *00 МКЛ1} по ср<1Впепню с иагревателем дагчика
7.5. МАГНИТНЫ ЕКТРОРАЗРЯДИЫЕ ВАКУУММЕТР!,!
о датчиках магнитных электроразрядных вакуумметров исполь-
Г$1 зависимость тока в анодно-катодном промежутке
зу павтения. Магнитный элсктроразрядный датчик представляет со-
от д„„ухэлсктродную систему, состоящую из катода и анода
00 Через балластное, ограничивающее сопротивление на анод по-
хяртся высокое напряже ше. Балластное сопротивление автоматиче-
снижает разность рабочих напряжений на электродах датчика
паи высоких давлениях, предотвращая тем самым возможность по-
явления дугового разряд;! в межэлектродном промежутке.
Вдоль оси анода прикладывается постоянное магнитное поле на-
пряженностью от 200 до 2 000 э, которое стабилизирует плазму
в разрядном промежутке и повышает чувствительность датчика.
Если вблизи катода по каким-либо причинам появляется электрон,
то под совместным действием электрического и магнитного полей он
будет двигаться к положительно заряженному аноду, по удлиненной
траектории. При этом повышается вероятность соударения электро-
нов с молекулами остаточного газа и их ионизация.
Образовавшиеся при ионизации положительные ионы перемеща-
ются к катоду и нейтрализуются на нем. Обладая значительной энер-
гией, положительные ионы при встрече с катодом выбивают из его
материала вторичные электроны, которые, двигаясь к аноду, также
производят ионизацию газа.
Ток положительных ионов на катод и ток вторичных электронов
с него в сумме численно равны электронному току в цепи анода.
В результате ионизации газа возникает электрический разряд, ток
которого в достаточно широком диапазоне зависит от давления.. За-
висимость тока разряда манометра / от давления газа р может быть
выражена приближенной формулой
(7-Н)
к.
4“ ТдГ
где Е—анодное напряжение;
Уо — минимальное напряжение между электродами датчика при
наибольшем измеряемом давлении;
— внешнее балластное сопротивление;
— коэффициент, определяющий чувствительность датчика,
,г— показатель степени (обычно п=0,9-И»15). •• кон-
Магнитныс электроразрядиые датчики не содержат в <я
струкци” накаленных деталей, вследствие чего не оО^Т измерении
1 могут* включаться при люоол д итю 1 ается эффект
Д влении электроразрядными вакуумметрами и‘-рктрИ1К.ским
11аК<1,|КН га301! самим датчиком, обусловленный сильп СТВ11е дат-
глощением газа в объеме прибора. Откачиваю: ГОУбопровода
•ка изменяет давление в системе, а при на.п « Ь1МР’объемом и
'алой пропускной способностью между пень > ,0К)1Х дав-
чоп',ИКОм *'10>кет исказить результаты измерен!! Р влиянием
"аблюдается катодное распыление ‘ ешювапным пуч-
аРДиРовки катода интенсивным хорошо сф’ - .. изоляторов
ионов. Это приводит к запылению
лзппИКа и’ следовательно, также искажает И-Олходцмо гща1Ч’л'’’
но 1п"ИЯ' Загрязненные датчики в этом слУча/’ й пары масла и-"1
110 чистить. Работа датчика в среде, содержащей пар
под влияние'1
измерения
другие органические вещества, сопровождается крекпп •
продукты крекинга конденсируются на электродах и 10Л1 ||Ос,,<‘дц1
нарушает нормальную работу датчика. Для нредотвп-,ЗО‘1Я1<)1);|\- 1*Х;
нения датчиков обычно применяют охлаждаемые лов\"1е1,|,л загря,0
В силу большой устойчивости датчиков к ; 1С|Ц Шкп- ’’
и простоты эксплуатации магнитные электрорачря пи' и°ЗДе1>сгоця
„^,,пп.,тпя.,епир аля бЛ0К1||)0н;.(| п ;{;п®^уумЛ1етр2
и
нашли
иологичсскимн процессами.
разрядные датчики могут быть удалены от
блока на расстояние до 50 .к. 7 е ------ -
тех-
При необходимости магнитные электро
' своего измерительного
Магнитные электроразрядныс датчики
Рис. 7-16. Классификация
магнитных электроразрядных датчиков и
траектория основного движения электрона в них.
а — датчик со взаимно параллельными электрическим и магнитным полями
(датчик Пеннинга); б — магнетронный и в —
со взаимно перпендикулярными э---
инверсно-магнетронный датчики
электрическим и магнитными полями.
на обследуемой системе нужно устанавливать так, чтобы магнит дат-
чика был удален от ферромагнитных тел на расстояние не менее
10 см.
может
Вся совокупность магнитных электроразрядных да1ЧПК°вск0Г0 и
быть классифицирована по взаимному направлению элек’1Рп^зьПЬ1Ми
магнитного полей на две большие группы: датчики с парал- с‘ тЧ’икИ
электрическим и магнитным полями (датчик Пеннинга) и Д
со скрещивающимися полями. (Здесь в свою очередь в03М0Ж.1Ле)
разновидности датчиков: магнетронные и инверсно-магпетрон >
На рис. 7-16 показаны принципиальные схемы датчиков в тИЬ1Х
нов и траектории движения электронов в них. Для всех м ртЭдек-
злектроразрядных датчиков характерно то, что прямой прол о п0
1рещен благодаря применению зпачиТСЛВрКТпнчС“
:о поля. В датчике с параллельными э‘ поСт\г-
полями (рис. 7-16,а) доминирует возврату
о электронов вдоль оси, причем по мер*- аи1ьИып
- . п.’7 л <1Н0ДУ электрон приобретает одновременно никл . ‘ оПСт-
рактер движения. В магнетронной и инверсно-магпетропн ......
рукниях электрон ШИЖетга г.1 -
5м м..- " • ~
- » » • • А I '
ским и магнитным
нательное
При своем движении
ны проходят громадные
сотого вакуума
от столкновения до столкновения Э^СКТ^ц-
расстояния, исчисляемые в диапазо
* ж * •
ЦП/КПЧ" * ется трудностью возникновения разряда, а __________
1Сц||Н ограИНп0бочными явлениями, которые при малых разрядных
11Скот°Р^^вяТся заметными: автоэлектронной эмиссией, утечкам<
с а к же
и др‘ пхнем пределе измеряемых давлении наступает такой мо-
1(а вер,- элсктр0П между столкновениями с молекулам
«епт, коГД 'длины свободного пробега не набирает энергии, до-
в силу ионизации. Вследствие этого разрядный ток г—
и газа
пере-
Сопрот
явление разрядного промежутка
меньше балластного сопротивле-
. ,еГ «шик11* зна,ии^' “ . ш6 он. Ь р. «не юч] по-
п ==А’,рп стаН0 Д обычно порядок когда общий разрядный ток
»"« « • ‘ГКХ ««« *'“" » Р°’Р™№' "»«Т
казано. ЧТ" ? яться С Д*ВЛХЙ движущегося на катод. Плот-
с давлиг"^ 3 “ ”*
НОСТЬ тока на г
Рис. 7-18. Вакуумметр магнитный блокировочный ВМБ-2
Для увеличения верхнего предела язх\еР"е^^
нитном электроразрядном датчике ММ-8 (рис. / и; 1 и кОтО.
волнительный секционированный катод (коллектор)» з рт.ст.
рого верхний предел измеряемого давления увеличен до у церего-
В центре датчика размещен прямоугольный анод / ' кОллек-
родкой посредине. Вокруг анода расположен короочатьш ‘я‘ется
тор 2, имеющий отдельный изолированный ввод. Катодом ‘ пеИ
металлический неразборный корпус датчика <3. В датчик
магнит 4 с напряженностью магнитного поля в зазоре
850 э.
- .... ~ - .. п/дБ-2
Вак у у м метр магнит и ы н б л о к и р о в о ч п ы и зопе
предназначен для измерения давления воздуха в иИ$
5-10~5—1 мм рт ст. Прибор работает с датчиком ММ-8. & из.
вид вакуумметра ВМБ-2 показан на рис. 7-18. Весь диапа
-------- 1 1 поддиапазона _
Постоянное »а> Р(а
меряемых вакуумметром давлений разбит на три
I. Поддиапазон 5-10~5—10~2 мм рт. ст. — ..
жение питания составляет 2 500 в\ измеряется суммарный т
корпус и коллектор. ’ ' ие
2. Поддиапазон 10~3—10-г мм рт. ст. Постоянное напряже
питания составляет 800 в\ также измеряется суммарный т01
корпус и коллектор.
3. Поддиапазон 10~2
ПИ'
г .иа ~мм Рт ст Постоянное напряжение
61 измеряется только ток на коллектор.
> СОиГ , ч .
к, 7-19 пока юна градуировочная кривая датчика М'Л я
'Ху воздуху при указанных режимах работы. Шкала
п° У го прибора отгравирована в ед............ к< 1а
п>-'","1’Г|)адуиров<)чноп кривой датчика.
в"" Верхняя и нижняя точки блокировки устанавливаются
„„Алах одного выоранного поддиапазона.
ТОЛЬКО
ММ.ртП Ст.
/
Деления шкалы
Рис. 7-19. Градуировочные кривые датчика
ММ-8 по сухому воздуху.
/ — кривая в диапазоне давлений 5 •!10 --
10- лги рт. ст.; 2 — кривая в диапазоне дав.
10~3— Ю~2 мм рт. ст.; 3 — кривая в диапазоне д. -
лснпй Ю—2—1 мм рт. ст. (см. рис. 6-17 изд. /•
Я Г И И Т II Ы И
6лок»Ж
Работает с магнитным —г-~ о
меряет давление воздуха в диапазоне 10
Датчик ММ-13М-4Л (рис.
СТпУ два датчика ...........
Х’агпнтное поле напряженностью 150 я Датчик и'КЛ1
пп.1 11 °Дии общий катод, состоящий из - - рпстие
11 Центре перегородки <> с 1е'1ан0 \ чка> бл.
<11стра, соединяющее разрядные полосы! д-
элсктроразрядным датчиком
Д7 9оГ"пведстав.тяег собой по суше-
------ - • 7~и) "Р .-пп.п-с ч имеющие
, заключенные в один кор.. • ег д3а
общее
анода
.„'Д1ЬШГ,ГО
М
Рис 7-20. Принципиальное устройство и электрическая схема вкпо-
чем:.’я датчика ММ-13.М-4А.
7? — трансформатор пгкгла; А7/Т — усилитель постоянного тока: 7?вх—вход-
ное сопротивление усилителя; /-' — напряжение питания манометра: А’б, и
— балластные сопротивления в цепи анодов манометра.
извлеки; \ этот ток обусловлен работой большей высоковакуумной
камеры. При повышении давления увеличение тока ограничивается
балластным
сопротивлением Яоь В это время начинает раоотать
малая камера, дающая монотонное увеличение тока вплоть Д(
величины, соответствующей верхнему граничному давлению. Для
удобства измерения давлений в вакуумметре ВМБ-3 весь диапазон
разбит на четыре поддиапазона.
В В
поддиапазоне
соответствует своя
кривая (рис. 7-21).
Двухступенчатый прогрев большего анода осуществляется про-
з.^каняем тока от вакуумметра ВМБ-3. При этом на аноде выде-
ляется мощность 40 или 80 ет. Температура корпуса датчика при
мощности на аноде 80 вт достигает 150е С.
внешней иечью ;
Л о н у с к а е г п р о гр е в кор я уса
_ оез съема ВакУуМ-
Общин вид вакуумметра ВМБ-3 показан на рис. ' с"од,
метр ВМБ-3 позволяет вести запись давлений на самопИСд^аПдзол
непременным измерением давления стрелочным прибором^Д
срабатывания реле, вакуумной блокировки составляет 10 з0це
рт. г; Установка пределов блокировки возможна только 5 ад3.
одного иеддяапазопа. Максимальное расхождение пределов г
От г-
Рис. 7-21. Градуировочные кривые датчика Л1М-13М-4А
по сухому воздуху на разных поддиапазонах вакууммет-
ра ВМБ-3.
б л о к и р о в о ч я ы й ВМБ-4.
.......... гибком Л^М5
м а г п и т н ы и
'Сказанный
и Лрсгг,.„ 44 Н“'-‘ лV .................
10-1^ |()-з 040,1 Л;1Я измерения давления и
гомг — Л1'и рт. ст. без изменения режа?
Датчика приведен па рис. 7-24.
7—1078
Рис. 7-22. Вакуумметр ВМБ-3.
Рис. 7-23. Вакуумметр ВМБ-4
* ',1'- ^Э’ НИТНЫЙ
253
'э;'с’<|1>орачрядный датчик ММ-15.
Анодом датчика является за-,
готовленный из нержавеющей ст-, ",,и"
бой рамку с двумя э ранами. с катод 7, ф,13;
магнит 5. имеющий напряженности ' "а а«од '‘,"и
Подастся ™стоя^ 3 П и
Дат™ ММ |= № „Р„4о;
Рис. 7-25.
вакуумметра
Градуировочная кривая
ВМБ-4 по воздуху.
аспользе-
р\\Б 1 предмемогрепа в03^>кт11^Т втооого аз-
В вакуумметре ^^вопного потенциометра -^.1СДОвательно
вания самопишущего элск I д,< 24 включаемого -
мерительного прибора типа - * тчиков начина-
с первым. электроразрядных ‘‘о нулю. При
Градуировочные кривые РД11ОГО тока, Р< ^0Ч11ЫС крнз’Ы
ются при низких давлениях Р ^авлеппя гра.л .,,МЗЛьного ’-13'
возрастании тока с увелич веспом из точки • выШе далле-
отдельных приборов расход • Току тем выше, параметров
меряемого давления. Разорос я даГчпков, то> с011р0Тцвле-'п1е)
пие. Высокая точность изгог^ ‘ пЯ< балладноев датчик?
цепей питания (напряжение
"'устраняя его «^‘^^которой
несколько сужают этот веер» - ^льщим зах • консгрУ^ци‘•
ММ-15 этот разброс был бы еи^тола 3 разбор^ий^—
воспроизводимости ^положения
Для снижения разброса
чиков в вакуумметре ВА • пбоазом- ПРИ
рая производится следуют
< — -
ГРАДУИРОВОЧНЫХ кривых отдельных ДлТ-
>-4 иопмепена калибровка прлбээа, кет?*
давлеиаа воздуха
высоком (до 5 • Ю-*1 ;
10 1 м V /'/. ....
изменением величины
рп тельного прибора \
пряжение питания да
' Н пезхл
ц|унгир\и>1цсго сопротивления
г га на вливается ток,
пшка в вакуумметре
ветствует
давлению
96% шкалы (У
'•^'Ряется и .Л*
. градуировочные кривые всех Датчик,»
1рованныс точки, о ша из которых с
им рт. ст.. а другая 10 •' рт ст т‘
X- . . >1 Х*14 Пг 1П< >11 II1.1 V ГПП1М ... «
ления
ЭТОГО отжмчпи!./--- .
>3 снижается до небольшой величины.
На рве. 7-25 приведена градуировочная кривая вакуум.,
.............. Благодаря зависимости разрядного ток- СТра
логарифмической, весь рабочий диапазо °Т Дав'
..п.гГ.пп:» ы., РЯЗМр.
близкой
. „-пи-шим—.- - г - * .... • ОТ ПД
;а ОДНОЙ шкал< / к ПОЧТи не изменяется с вариацией
разрядный ст вакуумметр ИХ1еет па,
яплении выше
щается
до 0.5 мм рт. ст.
давления, а при давлении выше
дающую характеристику, благодаря чему
возможен ЛОЖНЫЙ ()Т-
В вакуумметре х
венных ваку \ мметров
- - - - • хч
отлип не от
опальных отечест-
‘ппиуенена одноточечная система блокировки
на плохой или хороший вакуум устанавли-
к
ва с тс я
1СКЛЮЧСНИЯ загрязнения манометра разработан электро-
самоочищающийся датчик 5151-28, работающий с ваку-
ВЭ.МБ-1 [Л. 166]. Электроразрядный датчик 5151-28 пред-
стазтяст собой прямоугольную камеру, в ко ороп установлены два
этектротолирсванных кольцевых электрода. С внешней стороны на
юнизационную камеру, схема которой изображена на рис. 7-26,
надет постоянный магнит.
На центральные кольцевые электроды подастся в противофазе
переменное напряжение от повышающего трансформатора Г,. Сред-
няя точка трансформатора через измерительный прибор А1, соеди-
няется с коробчатым коллектором датчика — его корпусом. Во вто-
ричную обмотку трансформатора Т2 включен измерительный при-
бор 56, позволяющий измерять переменный ток в цепи между
кольцевыми электродами.
Сегто
50 ьц
/-26. Принципиальная электрическ
лючевия са.моочищающегося датчика
распреде7е;,Пе П0Г(„,г,„.
г>г-1Ч‘У 3 к1ая<ДЫй полупёпчо?В МеждУ электродами датчика
,/'п ,н '^1иж»си к ’ш-мй д Напрял<еиия между кольцевым
' '< элекгрпчееког.1 Г,‘,‘,С1И1,Г>11 коллектора создастся
етР^ Пенницг^ д ' л1агнптног° полон, характерлс
1 ’^^ьгёне в каждой полукамерс,
м3
СОСТОЯ^1’
стоики корпуса и
я- Образующиеся ионы
разряд- '..ругой кольцевой
ст,'''\итсчьны.м потенциалом.
01Р”'1аГС , ст как анод, г
кольцевого электрода (анода) Гог> лт
частично уходят на коллектор а ча-
элскгрод, находящийся пл-, ла-.',.
о. в каждый полупериод одно
другое подвергается сильной ионной
к0,,гЦпяиГ)овке и, следовательно, очистке.
б0М С увеличением давления происходит перераспределение разоя-
разрядный ток м'жд} коллектором и кольцевым анодом при
Чтениях выше Ю - льи
Л ГТ остается постоя я ним.
^•ток между кольи вымя
* Типами продолжает
Р Нч рис. 7-27 показаны
градуировочные кривые ва-
п При измерении давле-
ния в широком диапазоне
удобно пользоваться приоо-
пом Л12 и измерять пере-
менный тэк в цепи кол >це-
вых электродов. Однако при
низких давлениях становят-
ся существенными емкост-
ные токи утечки. Измерение
выпрямленного разрядного
тока в цепи общего кол-
лектора по прибору Л11 в
диапазоне низких давлений
дает более достоверный от-
счет, так как емкостные то-
ки не играют никакой роли.
В практической схеме ис-
пользуется один
прибор
Рис. 7-27. Градуировочные кривые
датчика ММ-28: верхняя — при изме-
рении переменного тока в цепи коль-
цевых электродов, нижняя — при из-
мерении постоянной составляющей
разрядного тока.
с соответствующей комму-
тацией.
Вакуумметр ВЭМБ-1
обеспечивает измерение дав-
ления в диапазоне 10~5—
1 мм* рт. ст. Диапазон дав-
лений блокировки составля-
ет Ю~4—1 мм рт. ст. На
рис. 7-28 показан внешний
ком ММ-28.
вид ваккуумметра ВЭМБ-1 с датчи
К о м б и и и р о в а и н ы й в а к у у м м е т р ВИМС-1-3 пР^д“а’
значеп для измерения давления воздуха в диапазоне 10 оО .и.
рт. ст. Вакуумметр работает с одним инверсно-магн1!тронным дат
чиком А1М-22 для измерения давления в диапазоне 10
Рт- ст. и тремя датчиками сопротивления (МГ-6 и др.) Д-™ 11 .
Рения давления в диапазоне Ю"2—30 мм рт- ст Поочередное
включение одного из четырех датчиков осуществляется единым
реключателсм.
Ицверсно-магнетронпый датчик ММ-22 пРе^ставляе^и<у^?2я
металлический прогреваемый разборный прибор, смонгаровс.х
рланце ДУ-50 (см. приложение 17). Общий вид датчика с
п гекгем -
Хпзрен к фланцу,
пояжеяном стекляш
г» енппус вкладывай
В центральной части корпуса укреп 1А,1ТЧ||ка
,м спае стержневой анод. При сбол’,,/ . На на.
полюсный наконечник 3 п п°лЮс
верхним полюсным након
^цГГ’зХ^ЖАУЗКОДОМ ..
кольцо »• Г !
пп.яЖвН быть Нс . •
Рис. 7-28. Вакуумметр ВЭМБ-1.
Рис. 7*29. Инверсно-магнетронный датчик /ММ-22.
На анод датчика через балластное сопротивление 5,5 Моя п0
улип^>- ’’^ДРяжение 2 000 в. Цилиндрический магнит из сплав
вдНДК-моТэ имеет напряженность по оси в средней точке чин1
В вакуумметре предусмотрена возможность записи сиг- '
о^иЛп самопиш^щем потенциометре при работе сД
иком ММ-22. Сигнал снимается с сопротивления 100 ом, вк-
ного в цепь разрядного тока.
Датчики сопротивления работают в режиме постоянства
ратуры (сопротивления) так же, как и в вакуумметре ВС1
262
темпе*
11 нверсно-м аГПс1 пп
предназначен для измерения ” Н 1)1 ” в л и
рт. ст. Вакуумметр работает в ли УуМмртг
Л1ЛЫ4 или ММ ММ.' од, ‘ зи^,ВеРс»<о-Х''а^ Ю ?
показал на рис. 7-30 и, , ",д вакуу»п,ДГ’КгРОИИ|
.ч.ч-мм и ,„с 'с7"1«,„»п»ч,; вим
пика состоит из Ц !Л»н1п.1й„Л31 1671 ч ‘м'1Г,'Стро
го около 3. Ток, Й / 2*
коллектором ионов ипппЛ^ 1 Че₽ез Катт экРа,,а 2 „
ния. Вдоль оси электро,,РЦ|10»алец величи^Г0₽Ь!Й такжеО8°ЛО!в<о.
ное поле значительной напря^Мь’ Магн»^ “3'<еряе ° ЯВля^я
Л Ив
-10 12
ВИМ-1
>,ми да пика
и,и
Мл
’ иного датчика
мого давле-
создается магнит-
Рис. 7-30. Вакуумметр ВИМ-1.
дается3 постояпппГи'^3 Че₽е3 бялластвое сопротивление 5 Ж« по-
дается постоянное напряжение 6 кв.
тмя пппП₽еД0ТВраЩС"ИЯ тока апт°электронной эмиссии в цепи ка-
ия тТ влиянисм электрического поля большой напряженности
ним Ря гпо отвеРСТ1'н в торцевых пластинах анод окружен заземлеп-
вя лпп.п °М Автоэлектронный ток создавал бы фон, ограничи-
1 нижнии предел измерения давления.
кпяЯ?ЗСМЛеШ1ЫЙ экРан своими втулками входит между анодом и
автоэШ Т°РЦ вых пластин катода. Возникающая со втулок экрана
по то' *?ектРонная эмиссия не регистрируется в цепи катода и играет
ганирКИТеЛЬИуЮ Р0;1Ь как источник электронов, облегчающих зажи-
и.меет РазРяда в Датчике при низких давлениях. Втулка экрана
к ан На концах шайбы, края которых еще ближе расположены
оду и увеличивают автоэлектронную эмиссию.
ваши аТЧИК допускает прогрев до 550°С при обезгажи-
Реко^,> °Дпако магнит при прогреве во избежание размагничивания
греврТСИДуСТСЯ СП1,мать. Магнит следует снимать также при
почр кат°Да электронной бомбардировкой, поскольку моги
велич! ат^удияст выход электронов с нити и тем самым
о?нУ ан°Дпого тока, т. е. степень прогрева.
от л.ависим°сть разрядного тока инверсно-магнетронных
Давления подчиняется закону
1р=крп,
где /
р Разрядный ток;
снижает
датчиков
(М2)
°63
г': - чгвет нкгелс и ость датчика;
сгепени.
. напряжспяогть магнитного поля и напряже-
ЛВЬММ подобраны так, что показатель <
•очностн измерений постоянным
лгзительно 1. завпеплгость /
датчика
пне на
— 7 ат» лен
.. пока
пени п ос7зс;сч
разных патчиков
и рззеч пр по
л иней ноя.
Рис 7 31. Инверсно-магнетронный датчик ММ-14М.
сиенца; б г^бщий сид.
градуируется в диа-
Каждый датчик ММ-14М предварительно
вазоне давлений 10~:—10 3 лги рт. ст. по воздуху. Полученная
прямая экстраполируется в сторону более низких давлении. Для
большинства датчиков чувствительность /г близка к 0,4 а/мм рт. ст.
Градуировка датчиков по другим газам показала, что градуи-
ровэчиые прямые для различных 1азов, построенные на двойной ло-
гапмЛч«».»<--— “ •р«Т'1«’Г* «” —---
С8^эМИЖкой сетке’ кдут параллельно,
В. лтожетийМ14ЮиЧ^СТПЙТадЬН<Лть Различна для разных
вительпсстй ' ,,₽иг*лены значения относительной чувст-
2^ Л . нетронных датчиков для некоторых газов.
е. показатель степени
Л.
1СН111>1С
гам Д;|Я
коэффициенты очень близки к аналоги
ионизационных датчиков и их отличие
пределы ошибок, допускаемых при измерении давлений
мп обоих типов.
1 чнческпи датчик мм-14 предназначен для из*.
,уммсг] ч вакуумных установках с собственным магнитны ’
депня я< ‘1)10’ „с менее 1500 Его э 1ектродиая система
1Я»РЯЖ\ ,ме длчнка ММ-14М. При установке датчика нс-
М1алег11,|11агС"СпТь внимание на то, чтобы вектор напряженности маг-
‘лкултимо00Р<11 >1’ |апр;гзлсн вдоль оси электродов датчика. Дат-
11?лЯ „У доживать прогрев при обезгаживании до 550е С.
поен вылч
11ИГНОГО
чик V— " а датчика производится па установке в условиях ра-
ГрадуиР1 '‘1Т1[Ь|Х полсй. В качестве образцового вакуумметра ис-
бочих м< 11О11ИзаццО1|ц1)|й вакуумметр ВИ-12 с датчиком серии
п0Лм9 пвичем датчик МИ-12 должен быть установлен в том месте,
М1 напряженность магнитного поля близка к пулю.
где II • НИЙ предел измеряемых давлении инверсно-магнетронными
р'тми пе определен, и неясно, чем он обусловливается прак-
датчпл< Метрические характеристики инверсно-магнетронных ва-
Т"-'\ммстров определяются способностью их усилителей измерять
малые ионные токи.
В инверсно-магнетронных датчиках при давлениях больше
5. К)-» л(.н рт- ст. появление разрядного тока в датчике происходит
в течение пе более 1 мин. Прн более низких давлениях время воз-
никновения разряда значительно увеличивается, иногда до 1 ч.
Кратковременное повышение давления в датчике, прогрев анода
в течение нескольких секунд прямым пропусканием тока или искра
от искрового тсчеискатсля значительно облегчают возникновение
разряда. Надо заметить, что инверсно-магнетронные датчики обла-
дают своего рода разрядной «памятью». На весьма низких давле-
ниях повторное включение датчика после небольшого перерыва
в работе приводит к почти мгновенному возникновению разряда.
Измерительный блок пнверспо-магпетропного ^у”*2^
ВИМ-1 обеспечивает поминальный режим раооты люоо.о 11 •
но-магнетронных датчиков, измерение разрядного тока и р Р
прибора прн обезгаживании.
гДая измерения весьма малых разрядных токов от 2-10~13 до
ш * а в вакуумметре применен электрометрический усилитель.
И и в е р с и о - -м а г и е т р о н и ы й в а к у у м м е т р В11М-2
является существенно улучшенной моделью вакуумметра ВИМ-1.
^Диапазон измеряемых вакуумметром ВИМ-2 давлений 10”4—
х СТ' перекрывается усилителем с диапазоном измеряе-
токов 5-10-5—5- 10-’4 а. Этот диапазон разбит на девять под-
диапазонов.
кается от усилителя ва-
нуля датчик серии ММ-11
хУуХ?1Лп7ешп?а.куумл1ет1,а ВИМ’2 --...............
,1е отключи01-'1 1ем’ 410 ПР!| пРовеРке !,УЛЯ Датчик серин ММ-11
"Роизво1итсТСЯ’ РазРяд в исм продолжает гореть, проверка нуля
что ноз'вочяЯ и?" !,а'1|1Ч||И п Цепи сетки сопротивления 220 Мом,
точнь1(ЛГО[ ег компенсировать наводки на входе и остаточные се-
н,,|й нрибоп "1ам11Ь1 К выходу усилителя подключей стре.юч-
в Очницах то'ДаЛа КОТОРОГО имеет 50 делений п проградуирована
!1абл1оде11|)1^1’1ес11в-'Н'иия записи измеряемого давления и вч уальаого
рсчета давления на осциллографе на задней стенке вя-
имеет 50 делений и проградуирована
установлены Два
Покойно .мш жи из н; ; ‘ ъсу,е «запись»
«ьгшяжешно н» V. I
всю шкалу соответ-
и 100 мв на разъеме
шлл'. граф»
Рдяноизогопнми „оннздипонныЕ
ВАКУУММЕТРЫ
1ЧРН» ИНОМ
имя газа радиоактивные
коггь: Г юрниона.1
,га|м>ц»ОЯИОМ д....
лучением. Ионный ток, и
интенсивности изл\чсния
и плотности
Г21С 7—ИО.Ч.ЧКИ ЮК,
.! — ЧУВСТВИИ.1Ь.Ч
явление. „..-.„лнапточных датчиках используют
в радиь.ьот сгрукция которого приведена на
рис. 7-32, в качестве радиоактивного
источника применен плутоний-238
[Л. 168], нанесенный на диски и по-
крытый защитной пленкой из дву-
окиси титана. Плутоний-238 является
а-активным радиоизотопом, не имеет
проникающего ^излучения и не дает
газообразных продуктов. Период его
полураспада 90 лет. что обеспечива-
ет ' высокую удельную активность.
Энергия а-частиц плутония-238 рав-
на ~ 5.5 мэв.
Датчик МР-8 состоит из двух
камер: большой — для измерения
давления от 10-4 до 10 мм рт. ст. и
। малой—на диапазон 1—760 ммрт.ст.
: Большая камера радиоизотопно-
| I ; го датчика состоит из цилиндриче-
I : ского анода 2, источника 1 и кольпе-
* о образного коллектора ионов 3. Во
избежание попадания а-частиц из
источника на коллектор последний
заэкранирован от источника 1 ци-
линдрическим держателем. На анод
2 датчика относительно коллектора 3
и корпуса прибора подается напря-
жение + 110 в. В большой камере
применен источник с активностью ве-
щества 10 мккюри и ионным током
насыщения 7,5 • 10~7 а. Большая ка-
мера датчика имеет относительно вы-
/-32. Двухкамерный
радиоизотопный датчик
МР-8.
сокую чувствительность: 2,5 • 10~7
и/мм рт. ст. Несмотря на то, что
коллектор ионов огражден от пря-
мого попадания а-частиц, при низких
давлениях наблюдается весьма ста-
оильный по величине фоновый ток,
е зависящий от давления. По-ввди-
'3-
,пму это ток фотоэлектронной эмиссии с колле™
^лучения его жесткими рентгеновыми лучамн сект° а « Результат-.
пи «атормажиеании иа нем а-частиц С пОвеРхяости анода
пр Верхний предел измеряемых радиоизотопными
„явлений обусловлен полной потерей энергии о
ботыпого числа столкновении. Ионный ток при этом достиД т
максимального значения (ионный ток насыщения) и не Д .СЕ°еГ°
патьнейшего увеличения давления. 1 ,е зал! '? эт
Д ‘ Для измерения высоких давлений предназначена мХ„а
То обстоятвльство, что ее размерь, меХи «"“„ы X
бега а-часп ц атмосферном давлении, обеспечивает измерен: е
давления до 0 леи рт. ст. Анодом малой камеры являетея₽вн-
тренпяя поверхность втулки анода 2 с источником 4 оХЛю
тая пространство ионизации. Коллектор 5 для лучшего глав.™н ‘
ния ионов прл высоких давлениях выполнен в виде метелочки
Источник, обращенный в малую камеру, имеет активность
50 мккюри, 1 зм соответствующий ионный ток насыщения равен
1,1.10-® а. Чувствительность малой камеры ио воздуху 2 5
Х10~12 а/мм рт. ст. Диапазон измеряемых давлений от I
- ---.. ♦ До
760 мм рт. ст. Для лучшего улавливания ионов и снижения влияния
рекомбинации ионов
нространстве при давлениях выше
100 мм рт. ст. подаваемое на анод напряжение увеличивается до
-1-160 в.
Как и у всякого прибора косвенного действия, показания ра-
диоизотопного датчика зависят от рода газа. Значения относитель-
в вриложе-
оиредезена
ной чувствительности радиоизотопных датчиков по некоторым газа т
приведены в приложении 15. Для газов, не указанных
нпи 15, относительная чувствительность а может быть
по следующей формуле:
/гга8 2,92/лГ^
Ьвозк
где /гГаз — чувствительность для данного газа;
/'возд — чувствительность для воздуха;
(7-14)
измеряемой
сообщении
паяется
М — молекулярный вес газа;
Уи— потенциал ионизации газа [Л. 169].
Внутренний объем датчика сообщается с внешн I
средой через лабиринт 6, препятствующий попаданию во
объем датчика механических загрязнений при ..,яетсн
его с атмосферой. К обследуемой системе \ с дка.
с помощью разборного штуцерного (грибково о) Д
метром условного прохода 15 мм. г , 7.331 пред.
Вакуумметр р а д и о н з о т о п н ы и "ИР хкш1ческП Не-
назначен для измерения давления воа?\\а_..,_Ж 1)Т_ ст., кото-
активных газов в диапазоне давлении 10
рый разбит на шесть поддиапазонов состаВляет 10% самой
1ак как диапазон 10~4—Ю -«.и Р7- • е,П1Я в ЭТОм под-
чувствительной шкалы, точность измерен '‘ ‘г|)СШНОсть пзмере-
Диапазопе невысока; в остальном диапа ь такая относительно
ния давления равна 10% измеряемой вел”1' ’'йыть получена п осле
малая погрешность измерения давления м п.,ваецйн. "Калибровка
калибровки вакуумметра при атмосфер • * а в комплекте
достоит в установке чувствительности „_:/оса)еоу, по отсчету ба-
г рабочим датчиком МР-8, открытым на < иивствйтельностп стрел-
рометрнческого давления. Потенциометр*. У ->0.'
7-33. В.жхумметр ВР-4 с выносным блоком и
датчик >м МР-8.
кз измерит ел ь:чего хрибора вакуумметра устанавливается на соот-
ветствующий стечет давления. Без индивидуальной калибровки по-
грешность измерения давления больше, так как датчики МР-8 могут
иметь разброс по нствстельности ±30%.
Благодаря от <лтсльно низкой погрешности измерения давле-
ния вакуумметр ВР-4 может быть использован для проверки других
ууметров.
7-7. ЭЛЕКТРОННЫЕ ИОНИЗАЦИОННЫЕ ВАКУУММЕТРЫ
Конструкция наиболее распространенного отечественного элек-
тронного ионизационного манометрического датчика ЛМ-2 показана
на рис. 7-34. В стеклянном баллоне датчика 1 смонтирована трех-
электродная система, состоящая из коллектора ионов 2, анодной
сетки 3 и пря.моиакаяьного катода 4. На анодную сетку относитель-
но катода подается напряжение 1-200 в, а на цилиндрический кол-
лектор ионов — 50 в. Анодная сетка датчика выполнена из вольфра-
мовой проволоки дпаметро}
1ьТ!-\п1'Р.ГВО ’ОЕ” .Л!1аметр0': 012 мл 15 Еиде бифилярной спирали.
гХ д ; (,ГР'йс Да'Чика для обезгаживания ио спирали пропускается
1 Ол О СЬ * *
электроны, которые
сетку и попадает в простаа^етв? пролетает сквозь анодную
коллектором. Таг иак^ чо^тр-тпп’ ->ак-11О'к‘И1,ое между анодом и
относительно катода плТОр н'1есг отрицательный потенциал
В точке Ч°Гут П0Паеть ™ коллектор,
‘звэются и начинают тнженчев ’^СНЦиалом ’^ектроны останав-
« положительно заряженной л н&Х сетке‘Т’’™ ,,а,,равЛсП"н-
«Юднои сетки непрерывно котебтт а В результате вокруг
лопасть на ан’,/ '?!СЯ элсктР»ль', причем прежде
' • 1Ю.0ЖНИП \л?ктр“Ио8?ШаЮТ В Средпем д° 5 КОЛС'
молекулами газа происходит
ионизация- Обра ювавшнеся положительные иоиы ,
аяшемся иод отрицательным потенциалом ко т . ’ 3
,,а'г0 цепи ионным ток. Так как ионный ток / „Л р‘ '
«XV » лавяен,,.,, р. „ ,,0™ ", „
К—зЦр,
г1е .« — чувствительность, 1/льн рт. ст.
С Для получения однозначной зависимости ионною той.
тения электронным ток датчика поддерживают постоячии ,
чикс ЛМ-2 элск ровным ток равен 0,5 .на)
от дзв-
<в дат-
Тогда
/и — кр.
(7-16)
гдс характеризует величину ионного то-
ка на единицу давления, а/мм рт. ст. (вели-
чину иногда называют «токовой чувстви-
тельностью» или «постоянной датчика»)’
При работе с другими газами чувствитель-
ность датчика будет отличаться от чувстви-
тельности по воздуху, но линейная зависи-
мость сохраняется. В приложении 15 приведе-
ны значения отношений чувствительности дат-
чика ЛМ-2 <тю некоторым газам к чувствитель-
ности его по воздуху. Для газов, значения
относительной чувствительности которых не
приведены, приблизительную се величину мож-
но оценить расчетным путем (Л. 170].
Для смеси газов известного соотношения
результирующая относительная чувствитель-
ность будет равна сумме произведений значе-
ний относительной чувствитсльности на долю
соответствующей компоненты в смеси газов.
Ионизационный датчик ЛМ-2 имеет ли-
нейную зависимость ионного тока от давления
в диапазоне 5-10“8—10“2 мм рт. ст. Его чув-
ствительность по воздуху 5=20 1 мм рт. ст.\
в режиме вакуумметра ВИТ-2 пзегоянная
/е=Ю~2 ц/мм рт. ст. В указанном диапазоне
давлений ионный ток в цепи коллектора изме-
рив 7-3
гр ;Г..’1ЫЙ
няется от 5* 10~10 до 10 1 а.
Нижний предел измеряемых датчиком дав-
лений ограничен наличием в цели коллектора
постоянной составляющей тока, не зависящей
циокн* й чзиомст-
0
ческнй
ЛМ 2
ТЧТ<
от давления. Эта постоянная составляющая вследствие облу-
фоновый ток фотоэмиссии коллектора — иоиуч ^ анода, кото-
чеиия коллектора мягким рентгеновским, и . у ’ „ электронам»
рое возникает на аноде во время его оолощ ппопорпящ! •
с энергией —200 эн. Фоновый ток фотоэ‘^е11|1Ю на аноле
лен порядковому номеру* материала анода . ‘ просматривается
^ак и телесному углу ф, под которым ^;Х°'ВЬ| пазить с.ш)»
С анода. Эту зависимость приближенно можно .
Шим образом: (7-17)
/,|..:) 71ф .:.к'Г'
п
ЛЛ илеит пропорциональности фотоэмиссни;
ффнцаснт | I .. величину по разным дан-
т:иТ| те степени, ИМскнц
ныл от 1.4 до
со-
ФеНОПЫЙ ТОК ф0Т0ЭМ)КО1_> -<..—9 рт ст давлсп е 5Х
сгвететвующую давлению Ь - дополнительной погрешностью
Х10 • лги рт. ст. датчик измеряет с д>
п/—IV о- тигтмя отсчет давления э. ктрон-
в диапазоне сверх! ’м" -может быть существе по за-
иым ионизационным в- л. р сорбц11О11ных явлений в датчике,
вышен также на нем а • рби-
Электронныи ПОТОК ы аяод^Хелевие, а также газоогделезие
ЖХ нагнем с окружающих катод и анод электродов могут
ве.нд< ме..^‘^ачнт&гьРЯых перепадов давлений на патруоке огра-
В открытых датчиках этз ошибки якти-
быть причиной
ннчсннон провлдн мости.
ческа исключается.
Вп-чожеч еще один источник значительной ошибки пр -*ере-
НИН гашения. Электронный поток на анод наряду с дссорбцч й га-
за /поверхности анода производит частичную его ионизацию. Оо-
рззовашписся попы поступают на коллектор и мог\т дави п лачи-
тельную прибавку к ионному току из газовой фазы. При измерении
давления кислорода ниже 10"7 мм рт. ст., например, отсчет давле-
ния датчиком серии АП 1-12 может быть завышен на целый порядок.
Для исключения влияния сорбционно-десорбционных явлений
на отсчет давления применяют энергичное обезгаживаппе прибора
электронной бомбардировкой. Помимо того, что на аноде выделя-
ется значительная мощность, электроны с энергией 1 кэв и выше
имеют высокую вероятность десорбции молекул газа с поверхности
анода.
Срок службы датчика Л М-2 резко уменьшается с ростом дав-
ЛеИИЯ и.тза воз
{ перегорания катода [Л. 171^ При давле-
при давлеш!
м рт ст. срок службы его составляет примерно 14 ч,
м рт. ст. — всего 2,5 ч. Применять его при
10
давлениях выше 10
рт. ст. не рекомендуется. Для измерения
и.ч рт. ст. предназначен ионизационный
датчик ЛМ-3. который является модификацией датчика ЛМ-2. Вмс-
.10, В'‘Л1^'Р '-. во: катода в нем применен иридиевый возду.хостой-
к/.'Д' из окиси иттрия. Благодаря высокой стой-
м та!ч'<и- дхД1 Г°Да К К^-1ОР°ДУ и Другим химически активным
4 1 датчик ,151-3 прн р**-—- - — * ------
тока эмиссии 0.5
ю .ил рт. с,, при сроке службы датчика не "менее 100 ч
• ^дификацией датчика Ч.М-З, является открытый ионизацион-
лгкчу . Ч “ ’ 17“!’ предназначенный для при-
ныи датчик ЛМ-3-2
ма
щоотс с вакуумметром ВИТ-2 в режиме
обсслеч! вает измерение давлений до
«а «ёталлмеских прогреваемы‘х
ТО-ХТ1- й₽0Гре3 ПР" Заживании
тодного узла датчика ЛМ.-3-2 обеспечивает
«ену перегоревшего катода новы < .п Пе Т0ЛЬК0 быстРУ«о за‘
так н вольфрамового ’’ ТЪИ :,Римс11енйс как иридиевого
каюдом не оправдано^ Рамс’!еяие Датчика с иридиевым
условиях является лредлочтитеш ни / ыр,р;!М0В|-1 м катодом в этих
<?ок службы, не за пя чяетев //- ’ 1ак как 0,1 имеет больший
ура Солк с ’«™,"₽одУктам« №»»ре1<»я с катода »
< установках. Датчик ЛМ-3-2
до 400°С. Коистпмкпист кя-
частом
низких
Вакуумметр и он из ационно —
7-36) являс.ся комбинированны» 1Пиг»₽ МоПаРны й РМт
е с помощью датчиков двух тнпп‘ р,боР°-Ч измспа, ? ^^Т-1Д
'пм-3-2 в диапазоне 5 - 1О-«^Г0Л 1?"И^1Ио«"ыхРЛМ2*лм^
ЛТ-2
зоне
\ МТ-8 или ЛТ-4М в диапа-
’10~3—Ю"1 л-'.н рт. ст.
Работа вакумметра ВИТ-1А
„ датчиками ЛТ-2, МТ-8 или
пт 4М аналогична работе вакуум-
•'* ‘а ВТ-2А в диапазоне давле-
нии Ю-3-!0-1 л'' Рт- ст-
В а к у У м м с т р и о н и з а ц и-
О1!ио--гермопарный ВИТ-2
существенно отличается от ваку-
умметра ВИТ-1А радиочастыо, со-
бпанной полностью на полупро-
водниках. Вакуумметр ВИТ-2 ра-
ботает с теми же датчиками, что
и вакуумметр ВИ 1-1 А.
Несколько большее отрица-
тельное смещение коллектора
ионизационных датчиков относи-
тельно катода (—50 в) исключает
появление в датчике
Баркгаузена — Курца,
колебании
приводив-
ших к снижению отсчета ионного
тока или даже зашкаливанию Р|,с- ^-35. Ионизационный дзт-
стрелки вакуумметра влево, ко- чик ПМ-3-2.
ГДа электронные ТОКИ Генерации / — катод; 2-анодная сетка; з —
больше ИОННЫХ ТОКОВ на КОЛ- коллектор ионов,
лектор. к и {
В режиме эмиссии катода 0,5 ма при работе вакуумметра ВИТ-2
с датчиками ЛМ-3 и ЛМ-3-2 с воздухостойким катодом возможно
измерение давления воздуха от 5-Ю-8 до 10-2 мм рт. ст. Токовая
чувствительность датчиков в режиме эмиссии катода 0,5 ма равна
0,01 а/мм рт. ст.
Рис. 7-36 Ионизационно-термопарный вакуу-
ВИТ-1А. 2Л
зчектпоме!ричсский усилитель ион-
В вакуумметре нсш’льлв. I ]0..ч й |1а )(С|О П1калу
кого №.. 11ОЗЗОЛЯКПИИ11 11 ок* ч ц)(! )( цу. В;.к\\ммсгр имеет
^^Г^я'ю^'епия'вешнего самопишущего прибора с чувств-
тельмегтью 10 -чб'.
В от л ’ >ч не от ва к\\ м л. о г *
можеп прогрев анодной сегкн
пХн!Ом на нее анодном иапряже
вакуумметре ВНТ-2 воз-
пропусканием через
?ний. Это позволяет
нес тока при
ленпе во время
юмерять дав-
прогрсва или
даже умышленно включать на-
зрев анодной сетки при изме-
рении быстро изменяющихся
давлений во избежание влия-
ния сорбционной памяти элек-
тро юв датчика на отсчет дав-
ления.
Ваку у м м метр ио н п-
з а и и о н и ы й ВИ-12 работает
с ионизационными манометри-
ческими датчиками ИМ-12 или
ЛАИ-12-8 н предназначен для
измерения давления в диапа-
зоне от 10 -4 до 10“10 льи рт. ст.
Как уже отмечалось, од-
ним из факторов, определяю-
щих ветчину фонового тока
фотоэмиссии в манометриче-
ском ионизационном датчике,
является телесный угол, под
которым коллектор просматри-
вается с анода [см. уравнение
(7-17)]. Уменьшением поверх-
ности коллектора можно зна-
чительно снизить величину фо-
нового тока фотоэмиссии, что
позволяет расширить рабочий
диапазон в сторону низких
давлений.
В ионизационном датчике
ИЛА-12, приведенном на рис.
7-37, коллектор ионов / выпол-
нен в виде проволочки диаме-
тром 0,1 мм в основании. Кол-
лектор установлен в центре
цилиндрической анодной сетки
2, сбоку от которой находится
вольфрамовый термокатод 3.
Как и в датчике ЛМ-2, элек-
троны колеблются по обе сто-
роны анодной сетки. На кол-
лектор поступают только те
««утри анодной сетки. МопибпенппЛ0"!'; К0Т0Рые образовались
прямым пропусканием тока эКиЛг Л"ая Се™а прогревается
че,,а* стеклянный баллон 7 из с?!-^’гЯ«1ТТема лат',|,ка заклю'
ДЫ 5. стеыа С-4Л-2 и имеет гибкие выво-
1
мета тмп’гскими еле гемами наибеЛег.
19 8 собранный },а
_________.,,о пл I
во время работы практически не
чик 1
грев ;\а и не влияет на величину давления.
состава 1а‘ ( спСтема открытого датчика МИ-1
Электр сп^сре;1СТвенно в вакуумном объеме.
’тсЯ рОда паводок при измерении давления
11101 к '
искажает
Ф90
нис в диапазоне
меих‘14
033.11»'
» I
IТЯ ИСКЛЮЧЕНИЯ
10“10 ММ рт.
ответствует
кам в цепи
от 2,5 • 10“6
Х10“12 а и
ионизационный
и
в
кои
по
10-4—
что со-
При пеобхо-
более точно
ионным то-
коллектора
до 2.5 X
имеют чув-
чике пени....
ный катод 1 из вольфра-
мовой проволоки диамет-
ром 0,1 и длиной 45 мм.
Анод 2 и коллектор 3
унифицированы с анало-
-'ипыми деталями стек-
лянного
Датчик
гажен
тронной бомбардиров!
в пропусканием тока
анодной сетке.
Датчики ИМ-12
АШ-12-8 работают
следующем электр и
ском режиме: напряже-
ние на аноде относи-
тельно катода 4-200 в.
напряжение на коллек-
торе относительно като-
да—100 в, анодный ток
5 ма. В этом режиме
датчики измеряют давле-
рт. ст. или /е=2,5-10
а/мм рт. ст. Разброс чув-
ствительности отдельных
экземпляров датчиков не
превышает 17% средней
величины.
Ди мости
измерять давление ин-
датчик
/ — катод; 2— амолн; 3 — коллектор;
7 — экран; 5 -- фланец; & — цоколь.
Дивндуальную градуи- „.мшепе ютвенно с иак\-
ровку датчика целесообразно прово й,ть оГО проград}!,РОь‘
метром ВИ-12, используя в качестве о’р.
имеет зела И'
рт.
МИ-12-»
Фоновый ток
Относительная чувств!
18—1078
фотоэмиссии датчика серии 4’--
что соответствует давлению околог1и »9 ’
* ---...гепя ИрЫХ 1
такая же. как н
приложение
на
' внешний вид
пис '7-39' обеспечивает током н электронной бом-
&Й-12-8, прогрев аиоднон сстм Д‘ х токов в цеп., коллек.
барднровкой. усиление и нзмсР1
” В?""
ВИ-12
воз-
про-
Рис. 7-39. Вакуумметр ВИ-12.
грева. При этом достоверною величину давления не удастся изме-
рить. так как чувствительность датчика значительно изменяется.
Усилитель вакуумметра ВИ-12 измеряет токи от 2 • 10~с до
2-10~13 а. Весь диапазон измеряемых токов разбит на шесть под-
диапазонов, кратных 10.
В вакуумметре имеется защитная блокировка, которая в случае
перегрузок выключает накал катода датчика; одновременно защи-
щаются стрелочный измерительный прибор и отдельные каскады
усилителя.
В усилителе вакуумметра ВИ-12 предусмотрен вывод отсчета
ионного тока для записи на самопишущем приборе.
Измерение давлений воздуха до 1 леи рт. ст. элек-
тронными ионизационными приборами. Верхний пре-
дел измеряемых электронными ионизационными вакуумметрически-
ми датчиками давлений ограничивается несколькими причинами:
1. Малым сроком службы обычного вольфрамового термокатода,
который в присутствии химически активных газов выходит из строя.
2. Искривлением линейной зависимости ионного тока в цепи
коллектора от давления газа в связи с тем, что длина пробега элек-
трона в приборе становится сопоставимой с длиной свободного
о^^ега электРона в газе- В этом случае в ионизации газа участ-
1л?е П0ЧТЙ ВС€ электроны, в то время как при давлении
их дагчике лм’2 ионизируется только 1/200 000 часть
в гаярР леРеходит к режиму электрического разряда
янпл илпиг2?Ы$ хаРактеРизуется равенством электронного тока на
Д у току на коллектор и другие электроды. Из основно-
го УРЯ
Рмакс-
чтсктропного ионизационного датчика можно опреде-
ленна «.ппетичсский предел .измеряемых давлений
Ш Л> е •
$Рмакс — 1 >
е
(7-18)
откуДа
Рм1ЛС - С
(7-19)
Образованием в зоне анод — коллектор значительного поло-
*’• го пространствен.юго заряда, вызванного положительными
жнтелы Гд10ЩНМ1;ся с малой скоростью к коллектору. Этот по-
"0"аМ'>’т1>11ЫЙ заряд удлиняет размах колебаний электрона, что
’^огдя' приводит к некоторому повышению чувствительности перед
СС "днатпз всех этих факторов позволил сформулировать основные
'ования, предъявляемые к электронным ионизационным вакуу.м-
метрпческим датчикам для измерения высоких давлений. Такой при-
бор должен иметь:
Е 1) высокостойкии против химического воздействия газов ка-
тод;
2) малую чувствительность 5, т. е. небольшое расстояние меж-
ду катодом и анодом;
3) прямой, без колсоаний, характер движения электронов с ка-
тода на анод;
4) высокую эффективность улавливания образовавшихся
жительных ионов коллектором;
поло-
5) малую плотность электронного тока в датчике.
В соответствии с этими требованиями были разработаны
тронные ионизационные вакуумметрические датчики [Л. 173, 174],
позволившие измерять давление воздуха до 1 мм рт. ст. Датчик
МИ-10 (рис. 7-40) состоит из двух параллельных никелевых пла-
стин: анода 2 и коллектора 3, расположенных на расстоянии 2,6 мм
одна от другой, и воздухостойкого П-образного катода / между
ними. Па иридиевом керне катода нанесено покрытие из окиси
иттрия, обеспечивающее сравнительно низкую рабочую температуру.
Иридиевый керн катода обусловливает его химическую стойкость
элек-
и воздухостойкого П-образного катода / между
керн катода обусловливает его химическую стойкость
против высоких давлений на жестких кова^рз имеет
Электроды датчика смонтР0^п’ 5. вывод ^У^стеклу.
дах 4, впаянных в стекляннь <• верхПостных Утсг к „11каХ, ра-
колпачок, предохраняющий е вакуумметРнчсСК"^тела, необхо-
В электронных иопизацио >_ теоретического *’Р ' ' ’анОдный-
ботающих вблизи своего ВСР^? эм11ссионный ток, аппмиМО эДек-
димо стабилизировать катодный ....
Анодный ток всегда оолынс
тронного тока с катода на
образовавшиеся при 11апряжении н ,яп..=-
ноентелыю коллектора +1оо с. __катод + „../бен измерять
коллектора +50 в (напряжение анод датч„к способен
пом элек । ройном токе с ка'ГОА‘’ п7 ст. ппяктически ли-
Давлепие в диапазоне 2-10 - ' Р • датчик имеет Р еЛьН0СгьЮ,
В диапазоне 10'6-0.8 рт. ^ения с чувствие
непную зависимость ионного то
равной 1,0 \/мм рт.
18*
: ПОСКОЛЬКУ, ПОМИМО ЭЛСК-
анод приходят вторичные электроны,
. При напряжении на аноде от-
: на катоде относительно
“Ь130 в) и эмиссиои-
---------------------------------
ст.
ван»
Воздххоетойкнй «жендно-иггриевый
. типик! пои весьма вьид к
катод еносооен
ст). прн
давлениях
°С катод
эми пиро-
туха (до
обеспечивает
плотность тока
эмиссии порядка 0.5 о <зг.
г-оття нпи давлении воздуха 1
ЛТ. нс
выше.
Срок елхжоы . 011 существенно
уснсс НЮ ; ^Хют иа ра^>тс катода по-разному. В атмос-
О.дельные .азы влияют и I накала катода для
высокого давления
Рис. 7-40. Электронный
ионизационный маномет-
рический датчик АШ-10.
птучения той же электронно!! эм клш
дозжна быть существенно увеличена,
очевидно из-за сильного охлаждения.
Пары воды несколько отравляют эмис-
сионную способность катода, для к\’ \-
че.ния той же эмиссии требуется замет-
ное повышение температуры. Псобходи-
мо отметить, что при высоких давлени-
ях (выше Ю-4 мм рт. ст.) катод прак-
может работать только
жиме
сии с
пенне
става
искусственной стабилизации
помощью изменений накала
противном случае малейшее
эмис-
като-
измо-
тавления или парциального со-
газов приводит к резкому, на не-
сколько порядков изменению эмиссии.
При включенном накале, но не ра-
ботающей стабилизации эмиссии катод
выдерживает несколько десятков напу-
сков атмосферы без заметного ухудше-
ния своих эмиссионных свойств. После
откачки, до рабочих значений давления,
эмиссия катода восстанавливается .прак-
тически полностью без какой бы то ни
было искусственной активировки.
И о н и з а ц и о и и о - термопар-
предназиачен для измерения давления
газов с помощью ионизационного дат-
чика МИ-10 в диапазоне 10-5—1 мм
рт. ст.
В отличие от предшествующих мо-
делей вакуумметр ВИТ-3 имеет линей-
ную шкалу с переключением поддиапа-
и обзорную (логарифмическую)
давлений, охватывающую весь
рабочий диапазон вакуумметра.
В вакуумметре предусмотрен выход
пг, , - сигнала отсчета ионного тока для за-
шкалам * Р Р^оте как ио линейным, так и по обзорной
зовов
шкалу
ей си
1 " :меР1Пе-'1Ь"ОТ0 прибора ионизационной ча-
шшла каток/•г1РГ1Гп-, С’К'11>' ра(5?чего участка шкалы срабатывает
гоенн чя и »7т!иЗОМ1М.Я' Автоматическая деблокировка, пре-
’ '< гоик1м 1-п'> и)мтса 'юсгояте‘1Ь,,° включает датчик с воз-
.... топким катодом 10 достижении в системе чавтенчя п ппме-
-•ах Рабочею диапазона. Давление в диапазоне V"“ .ч° ,? ст.
1УС
может быть измерено при применении дат.1икоп Г)м 2
контроль давления в линии предварительного разве*»*.
.птся герм тарной частью вакуумметоа < , л,.Г ‘ '
'“ссТВЛ> п ов Л 1-2, ЛГ-1М или МТ-8. 1 С П0М01Цью ,н-ог >
матИИКОо »
Рис. 7-41. Вакуумметр ВИТ-3 для измерения высоких дав-
лений воздуха.
Рис. 7-42. Вакуумметр ВП-И
Ваку у мметр но н и з аЦ но н *1 ы п
назначен для измерения давления вс; . ,|КОу
зоне 0,25—10“10
10 10
ст.
И.И рт. >-
: датчиком
ИМ-12 (или
М11-12-М-
, ВП-14 р*
г;1 <03 3
. I
с датчиками ИМ-12 или
.^•иммето ВИ-12, с тон только разницей, что
же режиме, что и ваку; Де,гаживание датчика пропусканием че-
» «. то«».
оез анодную сетк} 3} * «гтп0 1-----
Принципиальное устройство
(Л. 175] показано на рис • “ок'11‘диаметром 0,1 .и.и;
товлена из молиоденовО]__ ,1ЛСКТОр Н0110П 4 представляет собой
ВИНКИ х Л.Ч. ШЯТр-
вольфрамовую коническую
0 ] мм и на конце 0,08
пятйэлектродного датчика МИ-27
43. Внутренняя сетка 3 датчика изго-
шаг на-
Рис. 7-43. Принци-
пиальное устройство
датчика МИ-27.
/ — вольфрамовый ка-
тод: ? —иридиевый воз-
духостойкий катод; 3 —
г-н утренняя сетка; 4 —
стержневой коллектор
исков; 5 —экран.
проволочке диаметром в основании
,4м. Наружный цилиндр 5 изготовлен из ли-
стового молибдена.
Датчик работает в двух режимах. На
низких давлениях (10-1°—10“ мм рт. ст.)
сетка несет функцию анода (0/а_о =
= 4-300 в), а внешний цилиндр выполняет
родь электростатического экрана, находя-
щегося под потенциалом общего минуса
(корпуса прибора). При эмиссии с катода
5 ма (в том же режиме, что и в вакуммет-
ре ВИ-12) датчик имеет чувствительность
0,12 а/мм рт. ст. Такая высокая чувстви-
тельность является следствием закрытой
конструкции анодной сетки: все образовав-
шиеся ' ионы поступают на коллектор,
а утечка ионов через торцы сетки, как
у датчика МИ-12, практически отсутствует.
При измерении высоких давлений
2,5 • 10*"1—2,5*10“4 мм рт. ст. внешний ци-
линдр выполняет роль анода (Уа_0 =
= 4-300 в), сетка 3 является коллектором
ионов. Центральный коллектор ионов 4
в этом режиме не используется — ионный
ток на него пренебрежимо мал. Работает
катод 2, расположенный рядом со сплош-
ним участком внешнего цилиндра. Потен-
в‘ эмиссии 150 мка датчик имеет линейную
Г? нокиого тока ог давления и чувствительность
10 а мм рт. ст. (или 5=2,4 \/мм рт. стЛ.
Г* е’ воз^жность измерения высоких
катодом и напг^шг3еТСЯ В датчике небольшим расстоянием между
катодом и наружным цилиндром - анодом (3 мм)
стойких;иридХ™ ДасЧпКе МИ'27 уС1а”ов^ь> два воздухо-
из окиси иттрия. Они обес-
._______- ПРИ многократных ава-
ЧИКОВ устанавливаются оди^воЛх-уяг156" В .некоторь1Х партиях дат-
катод диаметром 01О-0Н В0ЗДух0СТ0|,К1"‘
мового катода может быть
Возможность боЛТЛЮгл
на высоких давлениях ш Н™рязнения Датчика МП-27 при работе
•чазкнх давлений проводить ^Дает при необходимости измерения
— до темнератхоы 4ПП°г ° Т1Дательную очистку. Помимо иа-
•ор датчика могут быть обеяг/^?”38 сегка н Центральный коллек-
ектроняой бомбардировкой » /'и С ’ПОМО111ь-,о вакуумметра ВИ-14
При этом пыделяе?ся ₽Х< В ,РеЖИМе ^-<>=400 е й /,.= 100 ма.
рогревается излучением с йилпи°*°Л0 вт- Наружный цилиндр
Я78 С акоднои ^тки и катодов 1 и 2.
и один вольфрамовый
ла. При выходе из строя вольфра-
включен воздухостойкий катод.
а—О =400 в И /е = '1ОО М*-
, р(I 14 имеоешс и иного тока может быть осу-
13 шкалой и подекадным переклю-
Шсствлеио Усил";,еХоным шкалам низкого (Ю-'-КН ММ рт. с
чением и п0 ^ву- 4 - ст.) вакуума с близкой к лога*
И сверхвысокого ( а ротклонеПЙЯ стрелки от давления,
рифмическои *• * единицах давления, тогда как У'.или-
Об* ТЖеЖйИвисямостью попного тока от давления выдает
1СЛ *л
сн'тш-'1 Д амперах. о5зорная шкала может быть использова-
Сппи паботе с датчиком ИМ-12 (МИ-12-8). Однако в этом слу-
на и пр р и?1еть в виду меньшую чувствительность этих дат-
с датчиком МИ-27 (приблизительно в 4,5 раза).
слу-
чае необходимо
ТгрешноАГ изме^ия дав^йя во обзорной логариф*
Ейческо» шкале Существенно выше, чем ио линейной, однако ло-
Г оХшчсская шкала весьма удобна для целен индикации вакуу 1а
и записи изменения давления в широком диапазоне. Стандартный
самопишущий потенциометр может быть подключен для записи си -
пала давления как к усилителю с линейной шкалой, так и для (Н-
дикации давления по обзорной шка ю в соответствии с р жим м
измерения давления вакуумметром. При расшифровке записи давле-
ния, сделанной при работе с обзорной шкалой, необходимо погь-
зоваться
соответствующей переходной калибровочной криво».
ГЛАВА ВОСЬМАЯ. ВЫСОКОВАКУУМНЫЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ
8-1. КЛАССИФИКАЦИЯ ГАЗОАНАЛИЗАТОРОВ
При работе на высоковакуумных установках часто необходимо
знать не только общее давление разреженного газа, но и его пар-
циальный состав. Для выявления парциального состава газа служат
газоанализаторы. Основные требования, которым удовлетворяют
высоковакуумные газоанализаторы, — это малое собственное газоот-
деление и высокая чувствительность. Требуемая разрешающая спо-
собность таких приборов обычно невелика (от 20 до 50), так как
в состав остаточных газов входят в основном легкие газы. В дан-
ной главе рассматриваются газоанализаторы, используемые для
определения парциального состава газов при давлениях ниже
10~3 мм рт. ст.
По принципу действия почти все применяемые высоковакуумные
газоанализаторы — масс-спектрометрические. В приборах этого ти-
па анализируемый газ ионизируется. Образовавшиеся положитель-
ные ионы разделяются по характерному для каждого из них мас-
совому числу — отношению массы иона к его заряду М!е. Для одно-
зарядных ионов массовые числа совпадают с их молекулярными ве-
сами (в целых числах). После разделения ионы поступают на коллек-
тор и дают в его цепи ток, пропорциональный давлению. Датчик
масс-спектрометрического газоанализатора состоит из трех узлов:
источника ионов, анализатора и приемника ионов.
г^^пСПОСОбу Раз&еления ионов в анализаторе высоковакуумные
гХппи г'13п™ры М0Гут быть классифицированы на три большие
руппы с подразделениями внутри каждой низ них:
осушёстппяАтр^ло в которых разделение ноноз
магнитнпгл С помощью постоянных или медленно изменяющихся
магнитного и электрического полей:
М с кг.ический масс-спектрометр с разделением
чов с помощью магнитною поля:________ ,1П„.птпЛ
и фокусировкой
ГН
пзнов
циклоидальный
/' <"/л’ . ро.четные
в анализаторе пр
?Ъ)ГО I 1иН нося Г
масс-спектрометры, у которых разделение
шехотпт во время пролета. Масс снектро-
назвапис также импульсных масс-спсктро-
ми <т-спек трол <е тры,
\ фактор
движения ионов. частот
ленном соо-.х • твил с
колебании например, находится в олреде-
прнложенным высоком а с горным на нряже-
мне?’
а) резонансный радиочастотный масс-спектрометр с мап тпым
полем (омегатрои); .. , .
б) квадрупольный (электрический фильтр мас<) и м и ляр-
! । ы и м а сс -сп ектр о м с гр ы;
в) радиочастотный масс-спектрометр (фарвитрон);
г) радиочастотный масс-спектрометр (топатрон).
Кроме масс-с.чектрометрическнх газоанализаторов, известен де-
сорбцио.чныГ» спектрометр, в котором измеряется давление азов,
дослрбпэсющихся с нити при повышении ее температуры.
Основным параметром газоанализатора является его чувстви-
тельность. которая выражает минимально определяемое парциаль-
ное давление газа. Чувствительность зависит от характеристик дат-
чика и возможностей измерительной схемы. Чувствительность, как
для вакуумметричсск их датчиков, может быть выражена
в 1 мм рт. ст. или а мм рт. ст. Для статических масс-снсктрометрн-
ческих прибор, ъ чувствительность часто выражается в долях про-
цента и показывает, какую долю отдельного компонента в общем
составе газа способен обнаружить данный прибор. Принципиально
чувствительность масс-с.лектрометрическнх газоаналигаторов различ-
на для разных газов. Чтобы избежать дополнительных ошибок, свя-
заннь’х с щр< водом отсчета в парциальные давления, запись ком-
понентов нередко производится непосредственно прямо в единицах
тока или напряжения, а их соотношение характеризует относи-
тельный состав анализируемого газа.
Сл *.*Д\ юшч.м параметром высоковакуумных газоанализаторов
Ид р з ншющая способность р, которая для масс-спектро-
нриоороз представляет собой отношение массового чи-
лУг К 'лившему различаемому изменению массового числа
△Д1 •
счтиш1^(,!1'шую ра дающую способность
с<3- • :е масс-спектрометр!
имеют стационарные
дгля (юычних вакуумных ’•
собность до 50.
с магнитным разделением ионного
I мереним достаточна разрешающая
• "часссп??М 11рлбора «веется диапазон апа-
Диапа^он анали <и’рС\шх -асе с и р^трическ’:х газоанализаторов—
- гД0Стат0‘
» в табл’ 8-Гданы Сих ю^НКе "аиболе* характерных приборэз,
1791 Д х основные характеристики (Л. 176, 177, 178,
Т Г, " I' й ч- 1
Основные
характеристики высоковаку5'мных
1 азоанализаторов
Тип прибора РаЛре- шаю- ща я СП? сб- 110 ТЬ Рабочий диа- пазон дгвле- п:и, чл рт. с л Диапа- зон анали- зируе- мых масс О }ювн«^*н < пыле- ние
Статический масс- спектрометр с магнит- но-электростатической разве рткой 100 10-3— ю-и 1 —500 Количественный анализ
Циклоидальный масс- спектрометр 100 Ю-З—10~” —200 Измерение пар- циальных дав- лений
Время пролетный спектрометр (х трон) масс- )ОНО- 30 (О-5—10-9 1 —200 Исследование газовой кине- тики
Резонансный радиочас- тотный масс-спектро- метр (омегатрон) . . . 40 [О-5—10-’° 1—50 Измерение ^пар- циальных дав- лений
Квадрупольный и моно- почярный масс-спектро- метры 50 10-3—10-’° 1 — 100 То же
Радиочастотный масс- спектрометр (фарвит- рон) Радиочастотный масс- спектрометр (топатрон) Десорбционный спектро- метр 20 50 10-4—-10-8 10-*—ю-7 10- 8—10~14 2—200 2—100 Качественный анализ газов Измерение пар- циальных дав- лений Качественный анализ неко- торых газов
, йагг И ЕГО РАСШИФРОВКА
$4. СПЕКТР МАСС И ы м
метров
«ппгп'<\(\и одного из МЯСС-СПСКТрО"
На рнс. 8-1 изображена 'входного сигнала газоанали-
ме.трм На ней показана затсп не'котор1>1х газов. Маес-спектро-
затора /, от массовою чии
г >ам а получена при плавной непрерывной развертке по массам и
записи выходного сигнала.
пл АМП^НТУЛЫ пиков ионных токов, показанных на рис. 8-1, про-
рциональны парциальным давлениям отдельных компонентов, ио-
низирующему электронному току и чувствительности газоанализа-
компоненту:
5
относительная чувствительность,
ст.
например, пихл
у _эчектронньш к шиз> руюшии ток, <,
„.'парциальное давление компонента, .жи рт.
В некоторых масс-спектрометрах, омсгатронном _____________
члнов определенных массовых чисел выделяются над уровнем яе-
гпчыного Флюктуационного фонового тока. Фоновый ток имеет ме-
сто из-за многих причин: рассеяния ионов в камере анализатора,
недостаточной фокусировки электронного и ионного потоков, неста-
бильности питания, паводок, шумов в цепи усиления и др. Попят-
но что отсчет величины ника производится от среднего уровня
сто из-за
фона.
Относительная чувствительность масс-спсктромегричееких газо-
анализаторов к разным газам пропорциональна вероятности иониза-
ции газов и практически совпадает с относительной чувствитсльи •
стыо ионизационных манометрических датчиков (см. приложение 15).
В табл. 8-2 приведены основные компоненты масс-спекгров га-
зов и паров, наиболее часто встречающихся в вакуумной технике.
Цифровые данные весьма приблизительны и зависят от многих при-
чин.
Развертка но массовым числам выделяет пики, которые харак-
теризуются отношением массы иона к его заряду. В спектре до-
минируют однозарядные ионы, хотя наряду с ними имеются дву> -
зарядные, массовое число которых вдвое меньше их молекулярного
веса. Например, наряду с однозарядным ионом аргона с молеку-
лярным весом и массовым числом 40 присутствует двухзарядиыи
ион аргона с массовым числом 20.
Компоненты, состоящие из нескольких изотопов, дают соответст-
венно пики отдельных изотопов в их количественном соотношении.
Вид спектра, кроме того, зависит от типа газоанализатора. Па-
ки ионных токов циклоидального масс-спектрометра имеют крутой
фронт. В спектре фарвитрона пики имеют острые вершины и отно-
сительно широкие основания. В этом же приборе, помимо пиков
сопутствующих 1ИОНОВ. имеются резонансные пики, дублирующие ос-
новные на кратных частотах, что, естественно, затрудняет расшиф-
ровку парциального состава газа.
Рассмотрим некоторые общие для всех масс-спектрометрических
газоанализаторов явления, влияющие на вид спектрограммы.
Электронный луч и накаленный катод производят диссоциацию
сложных молекул газа на более простые составляющие, которые
также ионизируются и дают в спектре соответствующие пики ионов
Например, в спектре СО2 наблюдаются пики СО*, СО+, С + , О+,
Оо+ .
«а*
Пик с одним и тем же массовым числом может принадлежать
разным веществам. Массовое число 16 присуще как метану СИ/
так и атомарному кисчороду О+, массовое число 28 —азоту X* и
окиси углерода СО+. Различать их можно по наличию дополнитель-
ных соответствующих компонентов в масс-спектре (табл. 8-2).
Спектральные характеристики 1Ишоторы^21^а,!21^
Гав Фор\’\ ла Пон Массо- вое число Относи- тельная величина пика 11ркмсчапие
Водород 11еон Азот Кислород Аргон Криптон Рт\ть » Вода Окись уг- лерода Двуокись углерода Метан Н2 Не Ке К. О, Аг Кг н2 КО «ы со сог сн4 н* 11 + 11+ + 1Ю+ Не+ Ие.+ Ие+ И 2~ К7* + к+ (К4 №5)+ °2 О^ + +0+ Аг+ Кг + Кг+ Кг4** Кг+ + н§+ н?++ 11,0+ 0Н+ 0+ Но+ С0+ 0+ ,гсо+ со+ С0+ 0+ с+ сн+ СК1' о сн+ С11+ с+ 2 1 3 4 20 99 28 14 29 32 16 40 20 36 84 86 82 83 42 43 41 41,5 200 100 18 17 16 2 28 16 12 29 44 28 16 12 16 15 14 13 12 1 0,06 <0,01 1 1 0,10 1 0,08 0,01 1 0,10 1 0,15 0,004 1 0,31 0,20 0,20 0,19 0,06 0,04 0,04 1 0,5—0,7 1 0,3 0,02 0,01 1 0,13 0,03 0,01 1 0,12 0,08 0,04 1 0,80 0,14 0,06 0,02
Про()ол исснил табл. 8-2
Газ Ф ),) \1 Г,'< 1 Мон М |ссо- вое число Отно и* тельная величина пика ГТ} и*.?- '
Ацетилен С.112 С211.+ I 26 1
С2Н+ 25 0,20
С? 21 0,05
СН+ 13 I 0,04
11 + 2 0,04
Этилен с211... С21 !.,ь 28 1 Массовые
числа 25, 29,
14. 24
С.1Ц+ 27 0,50 13, 12 дают
пики от 0,1
до 0,01
С211.+ 26 | 0,50
Этан са116 с2н4+ 28 1
С2П/ 27 0,28
с211+ 30 0,26
Н - 29 0,20
26 0,18
С2Н++ + СН;+ 15 0,03
С211+ 25 0,03
с2н++ + С1С 14 0,02
Пропан с3|-|8 С2Н± 29 1 Массовые
числа 6, 38,
37, 15
Со1 28 0,60 30, 14 дают
пики от 0.1
до 0,01
с3н+ •14 0,45
С2Н^ . 27 0,40
С611* 43 0,31
с3н+ 39 0.20
Сз! # 41 0,16
Спирт С2Н0О 31 1 И большое
этиловый число других
пиков
с,н6о+ 46 0.24
Ацетон С3Н6О 43 1 I о же
С31 !6О+ 58 0.36 • •
Диэтило- С.,1110О 31 1
вый эфир С„11)0О+ 7*1 0,28
коп. > сложных
рым можно с нзве
о
ставленне.
. _ Лт! п|пр число осколочных пи-
Оргапвчески^Т.п.еви^ла^ о [о1> 1|ИКЩ „о к01;().
сгнои степенью приближения составшь лшпыцнд-
>д.ом продукте. Плохое удаление органических
-------- ином ."г 7;1„.1П,т,.пь1 даст наибольший пик для
К^^ртаи делового ксер.ких,) эфира в районе 31-й мас-
СЫ’ М.?неРХыёамаслаР насосов дают серии ников
углеродосодержащнх соединений
Яо молекулярного са^ -производным (2-
ки соответствуют, как правило, а-аи -ч
начпная с метановых производных
Наибольшие по амплитуде пи-
но
• Наличие кжлорода в спектре остаточных газов герметичных
в юконХм.шх систем не характерно. Кислород со всегда имею-
щимися в 'приборе углеродными загрязнениями даетпреиму
чо окись угтерода СО (массовое число 28) и двуокись у Iлерода
СО, (массовое число 44). Натекание воздуха через течь даст па-
раллельный рост пиков азота (28), кислорода (32) и аргона (К).
После установки рабочего режима газоанализатора I я
его калибровка, заключающаяся в определении чувствительности
прибора к разным газам. В систему с датчиком газоанализа л по-
следовательно напускается ряд известных газов. 11рл нескольких
значениях давления впущенного газа определяется чувствитель-
ность-отношение приращения выходного сигнала газоанализатора
к соответствующему приращению давления данного газа. Давле-
ние газа в диапазоне 10"3—10“10 мм рт. ст. наиболее удобно опре-
делять по ионизационному вакуумметру. Определив указанным об-
разом среднюю чувствительность масс-спектрометричсского газоана-
лизатора по одному газу, можно (см. приложение 15) подсчитать
его ориентировочную относительную чувствительность для некото-
рых других газов.
Одновременно отмечаются место пиков ионов данного газа на
масс-спектрограмме (хронотрон) или рабочие параметры: частота—
для омегатрона, напряжение — для электрического фильтра масс,
при которых на коллектор масс-спектрометра поступают ионы с дан-
ным массовым числом. Дополнительно можно отметить положение
или рабочие параметры для некоторых характерных пиков ионов:
паров воды (массовые числа 18 и 17) в непрогретой системе, водо-
р да (массовое число 2) в системе с паромасляным насосом ртути
(мае овое число 200) в системе с парортутным насосом. Зная ме-
ст положение или рабочие параметры прибора для пиков ионов
с известными массовыми числами, можно
вия или рабочие параметры пиков -ионов
саами.
определить -место появлс-
с другими массовыми чи-
8 3. СТАТИЧЕСКИЕ МАСС-СПЕКТРОМЕТРЫ С РАЗДЕЛЕНИЕМ" ИОНОВ
В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
ионов вР°магнитном°СппплеННЬ1е масс'спектРоме-тры с разделением
ры, предназначенные дтя аначизГгаж в С°б°Й стаци01,аР,,Ь1С пРиб0'
веществ и выявтения и-, ^лиза газов- паров, жидкостей, твердых
промышленность выпускает м™о°гоИт^пп°Г0 состава> Отечественная
разное назначение (Л *80? Для ТЭКИХ пРибоРов- имеющих
дений в свеохвысокпм пот ^ЛЯ целеи измерения парциальных дав-
всрхвысоком вакууме принципиально может быть при-
способлсн любой из них. Такой масс-спскТромстр проще, чем все
остальные специализированные, но и к нему предъявляется ря 1 е-
цифичных требований: прежде всего датчик не должен в.кия- ь на
парциальный сос!ав газовой смеси, должен иметь высокую проводи-
мость между источником и обследуемой средой, малый объем и
возможность обетгаживания. Статические масс-спектрометры серии
МХ предназначаются для химического анализа, серии МИ —изо-
топного, серии МВ относятся к приборам с весьма высокой раз е-
шающей способностью. Масс-спектрометр серии МХ для химического
анализа газов включает в себя, помимо аналитической части, систе-
му напуска газа и его откачки. Принципиальное устройство камеры
масс-спектрометров всех типов показано на рис. 8-2.
Рис. 8-2. Принципиальная схема аналити-
ческой части масс-спектрометра с отклоне-
нием луча в магнитном поле.
И — источник ионов; А — анализатор; П — прием-
ник ионов; / — коробка ионизатора; 2 — выходная
щель; 3 — коллектор ионов; 4, 5 — электрические
линзы; 6 — магнит; 7 — катушка магнита; 8 —
входная щель; 9 — супрессорная сетка; 10 — кол-
лектор; 11 — катод.
В источнике ионов И ионизация газов производится моноэнер-
гетичным пучком медленных электронов, эмиттируемых накаленным
катодом 11. Часть образовавшихся при ионизации положительных
ионов вытягивается из ионизатора через узкую щель 2, ускоряется
и дополнительно фокусируется полем установленных рядом электри-
ческих линз 4, 5 так, что на выходе из источника ионы движутся
весьма узким пучком. Все ионы имеют одну и туже энергию 14, из
разные скорости V в соответствии с их массой т и зарядом е:
2У
Попадая в зону действия магнита 6, поле которого перпендику-
лярно направлению движения частиц, ионы изменяют направление
своего движения под влиянием лоренцевой силы. Радиус траектории
в однородном магнитном поле с напряжен-
ионов /?, движущихся
ностыо Н, равен:
т V
иям
Изменяя величину ускоряющего напряжения 14 или напряжен-
ность магнитного поля Н, можно последовательно направить во
287
Н1нп1\ масс В вы 11 \ I к а е м ы \ масс-
в.хохзую тель приемника попы Р‘‘: ;егпс1111о магии гное разделение
спектрометрах применяется при • ч с йоЛьпи>й разрешающей
ю.чов по массовым числам. » магнитное поле, .'гол меж-
спосебностью !1спользуется нсод 1 выходной щели 2 и входной
в направлениями — ом в-
масс-спектрометров
“ '.ЙХЛ ка-ре г«
из-за столкновении с молекхламп
10 г'ллтектопГ’ ю В приемнике попов устанавливается
Коллектор> IV в р более И|1 пучок ] о„ов от.
щелью. Чем \же ь.ход. ая ш, ближайше
Риеб"т к.?в пен"коллектора. Почти всегда в масс-
твоХах с магнитным разделением ионов применяются смен-
пн р/гулируемые по ширине диафрагмы приемника ионов.
Ионный ток коллектора усиливается электрометрическим уеилп-
м или электронным умножителем и измеряется стрелочным при-
бор м. При необходимости усиленный сигнал подается для записи
на самопишущий потенциометр.
1тя измерения парциального состава 1аза в высоком и сверх-
высоком вакууме за рубежам выпускается масс-спектрометр М8-10
с 180° магнитным отклонением ионного луча [Л. 181]. Камера масс-
спектрометра почти целиком изготовлена из нержавеющей стали,
приемник л источник ионов — съемные. Все фланцевые соединения
уплотняются золотыми прокладками, что допускает прогрев камеры
при обезгаживании до 400е С. Прибор имеет разрешающую способ-
50 (на уровне высоты 1% основания);
по азоту при электронном токе 50 мка составляет 3- 10~5 а^мм рт. ст.
Обычно УГОЛ
имеет величину
быть
ионов
выше
узкой
мае-
ные
ность ~
чувствительность
(0,6 1 л.к рт. ст.). Развертка ионов в диапазоне массовых чисел от
2 до 100 производится .изменением ускоряющего напряжения от
2 000 в до 4 в при постоянном магнитном поле ~200 э (0,2 вб/м).
Интересный малогабаритный масс-спектрометр с разделением
ионов в магнитном поле предложен Голдстоуном [Л. 182]. Автор
применил 160 отклонение ионного луча с радиусом поворота ионов
I ум. Постоянный магниг создает магнитное поле напряженностью
3 750 э. Разделение ионов производится изменением величины уско-
ряющее напряжения от 340 в (для водорода, массовое число 2)
д 1о.э в для углекислого газа, массовое число 44). Датчик из
боросиликатного стекла выполнен в виде компактной плоской ра-
диоламп.,^ Разрешающая способность датчика 45. При токе элек-
тронной эмиссии 2э мка и выходном сигнале 5-1О“10 а, равном
порог} ч»вс вительяости используемого автором электрометра, при-
п/. давление до 2-10-" мм рт. ст.
„Д' т:.яшм/:/ /Ь1Ше, 0 * л,/‘ Рт- ст- начинают сказываться явления
!опьт1. ,к га /': Э аР”Аа’ от прибор является наиболее удачной
Л7я и/'-.-ААи/! малогабар;пиого статического масс-спектрометра
соком вакуу'ме. ПаРадаЛЬП0Г° состава газа ПР» высоком и свсрхвы-
ЦИКЛОИДАЛЬНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР (ТРОХОТРОН)
ни. И0иовЛпоАмяе’°г1 масс'спектРомегре (Л. 183, 184, 185] разделе-
: ‘ мР°НСХОДНТ В ан^изаторе прибора
Р Д }ляряых магнитном и электрическом полях.
. Прибор СОСТОИТ
шип действия прибора показан на рис. 8-3. Прибор сое гонт
. сточника ионов //, приемника ионов // и анализатора /1 рав-
"3 .евным электрическим полем Е, созданным серией параллельных
"Онзотировапных друг от друга пластин Б.
Молекулы анализируемого газа ионизируются в ионном источ-
е электронным лучом и в виде узкой ленты вытягиваются в аяа-
""зато'р. В анализаторе ионы двигаются по циклоидальным траек-
ооиям параметры которых зависят от массового числа ионов и
величин электрического и магнитного полей Е и И.
Рис. 8-3. Принципиальное устройство датчика циклои-
дального масс-спектрометра.
Уравнения движения ионов в пространстве анализатора:
/•/ Ч
х = /?[81п <?0;— 81п (ыц/у0)] +~л~I I
У = Е [С08 <р0'~ С08;((0ц(+. <р0)]. )
(8-6)
Приведенные выражения являются уравнением циклоиды с радиу-
сом /?:
« = « в 4 ' М
где Уо— скорость выхода ионов из источника;
(Оц — циклотронная частота:
//
фо-
В циклоидальном масс-спектрометре используется двойная
г,. ____г„_1 ... [ фокусируются как но энергиям, гак
выхода из источника. Ионы, обладающие разными ско-
ростями и углами выхода из источника, вначале расходятся, а за-
тем опять сходятся в фокусе, где и помещена входная щель коллек-
тора. Выходная щель источника ионов и входная щель коллектора
находятся в одной плоскости, а расстояние Ь между щелями равно:
6 = = (8-9)
кусировка, при которой попы
- - - - - лч лгч, • I *
и ио углам
радиус окружности циклоиды:
П1 & ----.
а = ~-г-йТ »1Н ',= №ц
Развертка спектра масс
ч. 1 е к гр и ч ее кого или
- может быть осуществлена пзмснеипем
магнитного поля. Массовое число Л1.
2л& Н2
т' /С *
вертикальны
лг'-масса атома во ^Р0^3’ 1ЬН0Г0 масс-спектрометра почти
Фронты пикон_ попов } и- • -тпгастся высокая разрешающая
I Влаг"‘Д” зчапазбне анализируемых .масс. Двойная
способность в широком .ди зовать ионный источник высо-
фокусвровка ';оза"”еопрсдезепны.м угловым и энергетическим раз-
-ув™"те'“ост" "р|,м-
Ра ''^^иГшж^да^о масс-спектрометра с разрешающей спо-
Г ' ‘ ю 150 .1 184] содержит шесть пластин (четыре 1 и
аве малые) предназначенных для создания равномерного элсктри-
ческого поля Полюсы магнита имеют эмпирически по ранную
форму, обеспечивающую создание равномерного магнитного поля
напряженностью 3 300’э. Угол расхождения ионного пучка на выхо-
де из источника в анализатор составляет приолизительно 6 . Эффек-
тивность главливания ионов колеблется от 4 до 20 в зависимо-
сти от начальной энергии частиц, их массы и других причин.
5-5. ВРЕМЯПРОЛЕТНЫП МАСС-СПЕКТРОМЕТР (ХРОНОТРОН)
Работа времяпролетного масс-спектрометра (хронотрона) осно-
вана на разделении ионов по времени пролета в свободном от элек-
трических и магнитных полей пространстве. Времяпролетный масс-
спектрометр часто называют также импульсным масс-спектрометром
или хронотроном.
Рис. 8-4. Камера времяпролетного масс-спектрометра.
•юны с массой Ма ионы с массой Л1?;
— ионы с массой Мз,
А41<М:<Л1Э.
•’енг^мяНЦп1^ИайЬл,°ы УСТРО>”1СТВО камеры — датчика прибора призе-
стоанетв- Рпп»йЖа’ .^СТ0'1НИК ионов И выдает в анализатор — про-
Р др фа Л пачки ионов (/(— катод; КЭ — коллектор элек-
тронов). Пачку ионов можно получить как импульсной иочт-щ - й
электронным потоком длительностью 10 7—10-в'сек гак и ’по чачей
на выталкивающий электрод или вытягивающую 'диафрагм-' ,<м-
|у ты а напряжения той же длительности при постоянном этектрон
пом потоке. Пройдя ускоряющую разность потенциалов Ь, ионы
движутся в анализаторе в сторону коллектора ионов 1 по инерции-
при этом скорость движения отдельных ионов зависит от их энер-
гии и массового числа. Время пролета ионов / от источника И
до приемника ионов П вдоль всего пространства дрейфа А дли-
ной / определяется из уравнения
(8-12)
В анализаторе по мере продвижения от источника до коллекто-
ра ионы разделяются на группы в соответствии с их массовым чи-
слом. Первыми достигнут коллектора легкие ионы и за ними по-
следовательно группы более тяжелых ионов. Попадая на коллектор
1, группы ионов создают в его цени ток, пропорциональный числу
ионов, т. е. парциальному давлению. Усиленный сигнал подается
на катодный осциллограф, частота развертки которого синхронна
с частотой повторения ионизирующих импульсов.
В приемнике ионов перед коллектором / обычно устанавлива-
ется система сеток, ближайшая из которых к коллектору является
ан I идпнатропной (сетка 2). Остальные сетки позволяют при необ-
ходимости из всего потока попов отбирать и пропускать иа коллек-
тор / только ионы определенного массового числа или диапазона
массовых чисел. Эго осуществляется подачей на сетки открывающих
и закрывающих импульсов, сфазированных со временем иони-
зирующего импульса. Супрессорная сетка 3 не пропускает на кол-
лектор ионы рассеяния, энергия которых ниже энергии ионов
в пачке.
Разрешающая способность прибора
Р= 2Д/ ’
(8-13)
где А/— время, в течение которого ионы данной массы приходят
па приемник; это время пропорционально толщине ионных
групи у коллектора ионов, которая зависит от толщины
пачки на выходе источника и расширения ее во время
дрейфа.
Влияние места образования иона (толщины пачки на выходе
источника) иа разрешающую способность прибора можно полностью
устранить применением равномерного ускоряющего поля конечной
длины [Л. 186]. Подбором соотношения длины разгона иона к дли-
не его свободного дрейфа можно синхронизировать приход ионов
па коллектор независимо от места их образования в источнике. На
времяпролетных масс-спектрометрах удается получать разрешающую
способность до 100 и в отдельных приборах даже ю 200.
Применение электронного умножителя для усиления импульсов
ионного тока обеспечивает измерение давлении до 10 9 мм рт.
Работоспособность прибора на давлениях выше 10~5 мм рт. ст.
ограничивается рассеянием ионов при столкновении с нейтральными
молекулами.
10* 29!
Времяпролети ы Г‘ "ромьпилснпо'сП’Ю, вредна-
Ж.** ЖЗ№->««« состава таза в высоком
вакух ме.
Анализируемый газ ионизируется в
иным током от 0.3 до оО .кй-
датчике непрерывным элск-
Ионы удерживаются в источнике
"‘Длительность выталкивающего мм-
............ п9 ... г. ич7Т<ч- Электростатическая фокусиров-
мечяется от 0.2 до' ы, 1О1 электронного
н.чяпявляет ионы на пцыы 1
системой накопительных
сеток
пульса
ка в
умножителя с
усилением но менее 100. Выход электронного умно-
Рис. 8-5. Времяпролетный масс-спектрометр МСХ-ЗА.
Слева показаны две анализирующие камеры масс-
спектрометра.
жите; чер з широкополосный усилитель связан с пластинами вер-
тикальн г о* клолений электроннолучевой трубки 18ЛО47. Обычная
схема ждущей горизонтальной развертки позволяет получить на
экране трубки спектр масс.
ек рометр МСХ-ЗА позволяет вести непрерывную реги-
стр цию спектра с временным разрешением до 0,03 сек при кино-
и регистрацией времени съемки каждого кадра
, 4 ОГ|:ОСительно начала изучаемого процесса. Прибор дает
ь 1 хр' но ре истрировать спек гр ?иасс с длительно-
с., ’ ' ни зализа от 4 до 60 мксек и задержкой
изучаемого явления до 250 мксек. Кроме того, прибор
п4тпН0СТЬ Н<1 одном кадре фотопленки дать шесть раз-
М5СС’ Разделенных интервалами 330 мксек, с за-
п ’л -ительно начала изучаемого явления от 1 до 8 мксек.
спектра масс может быть использован
* с> или фотоаппарат «Зоркий». Максимальная
температура прогрева
умножителя 325° С.
источника и анализатора 500, а электронного
Основные характеристики прибора
Диапазон рабочих давлений, леи рт.ст......... Ю-* И ~5
(иапазоп анализируемых масс............' ' * I—*>50
Разрешающая способность (не менее)..........* 30
1лина пространства дрейфа, мм............. ’ 100
Габариты датчика, мм........................\ 780X130
Габариты измерительной стойки, мм.............. 520X000X1 200
Вес измерительной стойки, кг................. 200
Широкие возможности масс-спектрометра МСХ-ЗА обеспечива-
ются сложной электрической схемой, которая требует инженерной
квалификации обслуживающего персонала.
8-6. РЕЗОНАНСНЫЙ РАДИОЧАСТОТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР
(ОМЕГАТРОН)
В омегатроне (рис. 8-6) используется разделение ионов газа
по массовым числам во взаимно перпендикулярных высокочастотном
электрическом и постоянном магнитном полях [Л. 187]. Ионизация
газа происходит в тонком электронном луче, направленном ог тер
мдкатода 1 через два сквоз-
ных отверстия в улавливаю-
щих пластинах 2 та коллектор
электронов. Образовавшиеся /
ноны под воздействием высо-
кочастотного электрического по-
ля, приложенного между пла-
стинами 5, и постоянного маг-
нитного поля начинают движе-
ние по окружности в плоско-
сти, перпендикулярной магнит-
ному полю II. Частота враще-
ния попов со равна:
II
---—• (8-1!)
т е 4 1
частота
совпади
между
> ионов, собственная
вращения которых
с .приложенной
высокочастотными пластинами
11ринцппнальпая
омегатрона.
частотой перемен-
ного напряжения, на
каждом обороте
тельную энергию от высокочастотного
приобретает дополни-
поля, за счет чего радиус
В результате ионы, обид-
траектории их движения увеличивается. . л,.лн.»
дающие часто гой вращения, совпадающей с частотой высоко ьк т ।
ного напряжения, движутся но спирали, ото продолжим -
пор, пока ионы не .попадут на расположенную поперек ихД '
ния плас।ину коллектора попов 4. Ионы других ма^сов^‘\ ‘
ствеппая частота которых отличается от частоты при-
пряжения, затормаживаются при вращении и Р- ' ,
улавливающих пластинах 2. По току в цепи ксхллелгора ионов^4
„„„„.ним твтении резонансной массовом ком-
иожяо судить « пч^яа^^“.уД8ВЫСОкОча₽стотного напряжения, полу-
Ц парциальном составе всей смеси газов,
величиной ра решающей способности р
числом анализируемого газа ..
поиск г 14 газа
чают данные о
и массовым
имеет место гиперболическая зави-
снмость
.11 1 г#8
Р~д.И Мт'/е' 2Е
(8-15)
или
р.И — СОПЯ.
(8-16)
где г-расстояние от оси прибора (электронного луча) до коллекто-
ра ионов;
т’—масса атома водорода:
напряженность высокочастотного электрического поля.
Время / движения резонансного нона до коллектора ионов
равно:
При работе с легкими гз«амл с малым массовым числом (мае-
сы |—4) с целью снижения времени пребывания ионов в простран-
стве анализатора и сокращения траектории, т. с. уменьшения рас-
сеяния ионов, рекоме?]дуется подавать на пластины повышенное вы-
сокочастотное напряжение до 5 в, в то время как для остального
диапазона массовых чисел достаточно 1,5 в.
Омегатрон имеет линейную зависимость ионного тока в цепи
коллектора от тока электронного ионизирующего луча вплоть до
20 яка. На высоких давлениях рекомендуется работать на малых
электронных токах (2 ма), лишь бы обеспечивалось измерение ион-
ного тока усилителем. На низких давлениях, для того чтобы увели-
чить ионные токи, которые весьма малы, можно увеличить электрон-
ный ток до 10 и даже 20 мка.
«Линейная зависимость и-.иного (ока от давления у омегатрона
сохраняется вплоть до давления 10~5 мм рт. ст. При больших давле-
ниях она начинает искажаться вследствие рассеяния ионов при стол-
кковениях с другими ионами или молекулами газа, поскольку длина
пути иона по спирали I, равная
I г2//2
т/е * /;
(8-18)
становится сол••ставимо»! . длиной свободного пробега молекул.
иок :за.1 внешний вид омегатрона РМО-4С, а на
пис; 8-8 —БГо конструкция. Ускорение электронов до энергии
эв и фокусировка их в узкий пучок осуществляются с по-
мощью лодкатодной^ диафрагмы 5 и отверстий в улавливающих пла-
стинах 2. Вошедший в коробочку, образованную пластинами 2 и 3,
электронный луч дополнительно фокусируется с помощью магнитно-
го ^оля п. Юстировка омегатрона в магнитном поле заключается
пп» такого положения магнита, когда электронный луч будет
смностью проходить сквозь отверстия улавливающих пластин, не
задевая их и. с к'довагсльио, пе создавая в их цепи тока. То;: .
катодной диафрагмы 5 при этом должен быть минимальным Такая
юстировка о и-спсчивает незначительный уровень фона в цепи кол-
лектора ионов 7, т. с. максимальную чувствительность. Электронный
луч при этом бомбардирует только коллектор алектронов, рентгенов-
ское излучение с которого не достигает коллектора ионов т г не
даст в его цепи фоновых токов.
Рис. 8-7. Омегатрон РМО-4С.
Омегатрон РМО-4С работает в следующем >лекгрическом режи-
ме (все напряжения даны относительно земли):
Напряжение па катоде, в................
Напряжение на подкатодной диафрагме, в
Напряжение на коллекторе электронов, в
Напряжение на улавливающих пластинах, в
Переменное напряжение на высокочас ют-
ной пластине 3, в .....................
Ток коллектора электронов, хка ........
Напряжение накала катода, в............
Ток накала катода, а ..................
— 100
-|-1 СО
4-1 со
0,1 — 1
1,5—5
1—20
Резонансная частота
ном режиме зависит ог
[ для омега гропа РЛЮ-4С
напряженности магнитного
в его номиналь-
ной я:
Омегатрон РАЮ-4С
массового числа 20 имеет
в
з режиме работы прибора ИПДО-1 для
г разрешающую способность 20 Р?3Р_е'
ю 20. Иными словами, из уравнении (8-1э)
тает все массовые числа ।
и (8-16) можно записать:
рАР 20г=сопз1.
, меньше массовое число, гем выше
разрешение, и наоборот,
омегатроном в области
44 м^вого ^^^СО^^инимальная разница в массовых числах
а вешаемых газов *
ЛЬ _________д я
ДЛ/ ~ 40(У 400
Л|)ГО„. >— .,«ело 40. пр» »а.4»™„ умелого
газа разрешается с трудом.
Рис. 8-8. Конструкция омегатрона РМО-4С.
/ катод; 2 улавливающая пластина; 3— высокочастотная пластина; 4—
. ионов; 5 — подкатодная диафрагма; 6 — коллектор электронов.
Цоколевка: /, 7 катод; 2 — земля; 3, 5, 8 — высокочастотная пластина- 4 —-
коллектор электронов; 6 — улавливающая пластина; 9 —диафрагма.
Вывод коллектора ионов наверху.
В омегатроне камера ионизации является одновременно анали-
за юром ионов. Это обеспечивает наиболее полное использование
ирков, а следовательно, и высокую чувствительность омегатрона.
ил^ГВ5,ТеЛЫ!0СТЬ омегатРона при настройке его на максимальный
ионнкй тюк для азота равна 10±2,5 1/мм рт. ст.
$олее точного определения чувствительности необходима
о градуировка прибора совместно с блоком питания,
я чувствительность омегатрона к разным газам практи-
296
чески такая же, как и дли
ДА'-2 (см. приложение 15). Парциальное
электронного ионизационного
да гчика
понты рм определяется из уравн пня (8-2;Д*1ВЛС1,‘1С 01 шлыюи ко лпо-
Пеобходнмо отметить, что при работе с газами с бол-шиу.1
мае ов 1.ми числами действительная резонансная частота высокой
стотпого напряжения омегатрона несколько выше расчетной 1г- за
влияния поля улавливающих пластин и других причин. '
г.с электроды омегатрона РМ0-4С изготовлены из нихрома,
п вар псльно обезгажспного в вакууме. Коллектор ионов и экран
выведены через отдельную ножку. Боковые, стенки улавливающих
пластин имеют отверстия для лучшего проникновения газа
анализатора.^ В омегатроне применен вольфрамовый катод.
При раоотс прибора^ в сверхвысоком вакууме предъявляются
чр дЧс ино высокие требования к чистоте поверхностей электродов.
Загрязнение электродов, помимо искажения парциального состава
газа, может привес!и к отклонению рабочих характеристик прибора.
При работе с паромасляными насосами электроды омегатрона
юстаточно быстро загрязняются и очистка прибора прогревом тока-
ми высокой частоты нс всегда эффективна. В таком случае олега-
вольфрамовый катод.
внутрь
трон приходится заменять новым. Восстановить свойства умеренно
загрязпеппого парами масла омегатрона удается промывкой датчика
в кипящем четыреххлористом углероде. После этого омегатрон сле-
дует промыть горячей дистиллированной водой и осушить этиловым
спиртом. Необходимо отмстить, что загрязнение электродов парами
масла, покрытие их изолирующими пленками приводят к поляриза-
ции электродов и искажении? рабочих характеристик омегатрона.
Прежде всего это проявляется в появлении фона ионного тока
в отсутствие высокочастотного напряжения. Если для чистого оме-
гатрона фон при давлении 10~6 лм/ рт. ст. не превышает 2-10“13 а
при токе луча 10 мка, то для загрязненного омегатрона он может
возрасти в 1 000 раз при тех же условиях.
Поляризация электродов приводит также к потере чувствитель-
ности за счет рассеяния ионов паразитными электрическими полями,
нелинейной зависимости ионного тока от электронного луча и потере
разрешения.
I I з м е р и т е л ь парциальных д а в л е и и й о м е г а т р о н-
н ы й ИПДО-1 представляет собой измерительную установку, рас-
считанную ня работу с омегатронным датчиком РМО-4С. И^мери
тельная установка обеспечивает измерение ионного тока омегатрон-
ной лампы, ее питание, а также автоматическую и ручную развертки
спектра масс с записью на электронный потенциометр ЭНН-ОЭ.
В комплект измерительной установки ИПДО-1 входят:
1) измерительная часть (рис. 8-9) с выносным электрлчеслим
каскадом усилителя; ,
2) электронный самопишущий потенциометр со стойкой для ег
крепления; г.п:кГГ
3) магнит с юстировочным устройством и штативом для креп-
ления выносного каскада (рис. 8-10);
от 2 до
4) датчик РМО-4С. . ю-з пп
Диапазон рабочих давлений ИПДО-1 составляет от 0 ДО
3-Ю"10 мм рт. ст. Прибор регистрирует газы с массовыми ч«клал
* 100. Диапазон частот генератора ИПДО-1, от зо ди
2,5 Мг'ц перекрывается непрерывной линейной шкалом.
В приборе предусмотрены автоматическая РазвеР™* *ак в^е
так и любого заданного участка диапазона частот, а также неяр
-- диаграммной ленте сэмо-
шем пробега кареткой всей шкалы
" • «ператора ИПДО 1 изменяется
при автомата-
I с’с К*.
рывная запись ионного тока во време ш пл_.
пишущего потенциометра со време
' “ емя за которое частота гепераюри
от 0 до 5 ЛИ для получения полного спектра масс
ческой развертке, составляет 20 мин.
Рис. 8-9. Измерительная часть 1П1ДО-1
Кроме автоматической, возможна и
Дальнейшим развитием прибора ИПДО-1
(рис. 8-11), предназначенный тля оабоги
датчиком РМО-4С. *
ручная настройка частот,
является прибор ИПДО-2
с тем же омегатронным
поля в зйзппа" тТП1Я мап,нга е большей индукцией магнитного
прибора иа V в ’ 1 о™ ИЛИ 4 000 гс) РазРСШающая способность
г₽е. с максимРзчмшй п, ампл”тУ-гш пика составляет около 1 ЖЖ
личаются все матовые СЛ‘ШйЦу МаССЫ ра3’
На уровне 50»/ а
стигает 4 000/М, т. е.
амплшуды пика разрешающая способность ДО-
могут быть различимы массы от 1 до 63. При*
бор ИПДО-2 регистрирует газы с массе,ь;
может работать при давлениях до 1 • Ю
рсгиС1 рируемое парциальное давление ее
рт. ст. (для аргона).
•овими числами от I до 250 и
л/лг рт. ст. Наименьшее
гав.ин г (2 : 5) . Ю“и мм
Рис. 8 10. Магнитно-юстировочное устройство.
Рис. 8-11. Измеритель парциальных давлений ИПДО-2.
Помимо записи спектра масс на электронном потенциометре,
в приборе ИПДО-2 предусмотрена возможность визуального наблю-
дения полного спектра или его части на экране электроннолучевой
। рубки. В этом случае время развертки полного спектра масс или
его части составляет 2 или 16 сек.
Время развертки полного спектра масс при записи сигнала нз
электронный потенциометр составляет 1 000 сек.
КВАДРУПОЛЬНЫЙ н МОНОПОЛЯРНЫИ
МАСС-СПЕКТРОМЕТРЫ
(электрический
д р у п о л Ь в Ы й мае с_сДе с описанными
лее) имеет ряд пр Ш С11ОСобС|1 анализировать пар-
со т>в газов до Дженин 10“3 « рт. ст. при достаточно
Принципиальная схема п, * )опол и 1)Ь1талкивается в :пе
-.. мни гм аониллр}ет‘Л‘’ в пространство анализатора. Огфиль-
ионного пучь» через диафрш » \ щ м г
ВЧННС знал ЬОТОрЗМИ
Рис 8-12 Пр шципиальиая схема электрического филь-
тра масс.
/ — ионизирующий пучок электронов: 2 — раскачиваемый ион;
' - •ъ г-т ;• ! •. * — иерзскачивасмый ион; 5 — коллектор
электронов.
ог величин напряжении па стержнях. Иолы, амплитуда колебаний
которых остается .меньше радиуса поля гй, могут беспрепят т / нно
проходить через квадрупольное поле. Можно подобрать параметры
поля так, чо в зависимости от подаваемого напряжения ч^
филыр оу тут проходить ионы одной определенной массы. При уело-
вин, по соотношение амплитуд к ' *
Х = Ц^^0'167, (8-20)
ма ювое число М будет определяться как
е
(8-28)
При акс = 0,167 разрешающая способность прибора р = со,
однако раоогают при несколько меныпих значениях ?м, так как чув-
ствительность при о = оо близка к нулю.
Теоретическая разрешающая способность прибора
0,75
’ = - Х/Х...е
1л°ЛТъ"Ь1С у |Налидат°Ре ионы определенной массы дают в цени
ко..лектора а то., пропорциональный давлению.
СКОРО ПОЛЯ,
ми стержя
о со? н
. .лс''т,';|ЧесКй10. Ф;,-1ьт-)а масс разделение ионов
|^о..с ход,-.т ’ счет 1 исгвия квадрупольного электричс-
тюрьма параллельными цилиндрически-
.... к КОТОРЬ1М приложены переменное напряжение
постоянное напряж. ние При этом в области, близ-
отенциал которого
•<1 гиперооличеокос электрическое поле,
з первом приближении выражается
и зависит только от выбранного отношения 7. постоянного и пере-
менного напряжении, по это соблюдается лишь при весьма большой
длине анализатора, когда все ионы успевают рассортировагься по
массам.
При длине стержней 20 см практически удастся получить раз-
решающую способность до 100. При фиксированной частоте перемен-
ного напряжения 3 Л1гц, расстоянии 0,3 см и диаметре стержней
0,7 см с изменением анализируемых массовых чисел о г 2 до 100
переменное напряжение изменяется от 11,8 до 590 в, а постоянное
от 1,96 до 98 в.
Питание анализатора напряжением вида 4-1)^, со? со/ должно
быть симметричным относительно земли.
Интересно, чго разрешение прибора не зависит до некоторое-
предела от энергии инжектируемых в анализатор ионов. Ограинче
ние со стороны высоких энергий определяется условием, что ы
отфильтровываемые ионы успевали на всей длине анализатора на-
брать амплитуду величиной Го. Для этою очи должны на всем п>т(
анализатора совершить иод влиянием переменного поля нс менее I
колебаний:
формулой
'}
г~0
Ззрижелл.част1'ца<,д|и4гяг)-,^Р11П,11и ГИ11СРболы (до стержня).
ачиватьря высокочастотным 5пол^Я ВД°ЛЬ оси п₽ибоРа *> бУдст
зависит как от массового «и , ‘ ‘ М’ ПРНЧСМ амплитуда колебаний
300 °'Л' ° ПКла «о^ироваииой частицы т, так и
Для приведенного частною случая максимальная начальная
энергия иона /7».макс равна 150 эн. Ионизация газа в источнике
ионов может производиться как электронным лучом, так и за счет
газового разряда. .
Чувствительность прибора определяется эффекгивностьк» иони-
зации газа в источнике, выходом ионов из источника в анализатор
и его фильтрующими свойствами. Все эти факторы взаимно связа-
301
ны
1Ъч чочиз Нруншц -м ч.чск
составляет
эра по
IЙ7 Чу ВС Г1ПI ТО. IЬ Н ОСТЬ
ст. Нижний предел
током, минимально
Прибором
Давлению'10~« .«« /,т- ст-
По» высоких давлениях линейная за-
....... заиления искажается из-за рассеяния
лисамость полного том << - , молекуламн центрального газа,
ионного пучка нри ыюг0 масс-спектрометра удобна
Коистрхкинч •‘••’.р^Лз^онного умножителя. При этом удает-
Ж «рт-ст-
НАМ С;
.. -.'К
Г- •-
дяемым ссвлптелсм
• ♦
^тгилг ток 2‘10~15 в
Ястве •й*?*
СПнС'б
Анализе пос
иСНО?
' « . « I
М о ч о п о л я р н ы и м
асс-спектрометр представляет со-
бой одну четвертую часть квадрупольного масс-спектрометра. Устрой-
ЛТОА ПЛИ..Л,. , '--
етю ионного источника
и приемника
аналогично устройству
ионов
этих
монополярного масс-
узлов квадрупольного
Анализатор датчика состоит из круглого
/ уголкового профиля (рис. 8-13). Уголок 1
циалом земли, а на
стержня 2 и пластины
находится под потсп-
а стержень 2 подается напряжение вида
+ С СОЗ ы/.
В зазоре между электродами распределение потенциалов имс г
тот же вид, что и для квадрупольного масс
Ионы из источника запускаются
По нуги в зависим км и ог их массы
поданными потенциалами и попадают
ГИ . ; и.1ИЗЗТОр могут ТОЛЬКО те И01Шг
вин больше длины анализатора. При 1
полярный масслспектромедр имеет Сх
с ксадр упольны.ч масс-сп--к -
-спектрометра.
и
на
зазор между электродами,
заряда они раскачиваются
уголковый электрод. Прой-
которых длина волны бис-
чих равных условиях чоио-
2 высокую по сравнению
разрешающую способность
В широком диапазоне прикладываемых к анализатору напряж-лчя
Как и квадрупольный масс-спектрометр, монополярный нечузствип1-
лен к опер!пи инжсктруемых ионов в довольно широком хизгьно
ИС, 410 позволяет также использовать элсктроразрядиый источник
ионов.
Описанный Цаиом [Л. 190] моиополяриый масс-спектрометр им
ст длину анализатора 27 см, радиус круглого электрода 3,5 см и
«радиус поля» г0=1,5 см. Наилучшее сочетание чувствительности и
формы пика получается при использовании У-образиой входной тна-
орагмы площадью 2 мм2 и треугольной выходной площадью 3,5 чч2
Развертка но массам осуществляется изменением частоты. При по-
даче на круглый электрод переменного напряжения 1000 в с часто-
той, изменяемой в узком пределе от 1,1 до 2,5 Мгц, удается полу-
чить постоянную разрешающую способность 190 для ионов с массо-
выми числами ог 12 до 53.
8-8. РАДИОЧАСТОТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР (ФАРВИТРОН)
В фарвитроне используется колебание ионов определенной мас-
сы, находящихся в резонансе с приложенным высокочастотным по-
лем. Потенциал электрического поля вдоль оси прибора в зоне, где
происходят колебания ионов, изменяется по параболическому закону
[Л. 191].
Принципиальное устройство прибора показано па рис. 8-11. Иони-
зация газа производится электронами, которые эмитгируются като-
дом /, фокусируются диафрагмой 2 и
ускоряются полем сетки электрода 3.
Попавшие во внутреннюю полость ана-
лизатора 5 новы колеблются вдоль оси
между сеткой 3 и коллектором 4. Ча-
стота колебаний ионов / в поле с ма-
ксимальной разностью потенциалов У
равна:
Рис. 8-1I. Принципиаль-
ная схема фарвптрона и
диаграмма распре юле-
ния потенциала в нем.
Разделение ионов по массам осуще-
ствляется за счет наложения па посто-
янное напряжение сетки небольшого по
величине высокочастотного напряжения.
В результате энергия попов, колеолю-
щихся с частотой приложенного папря-
жения, в течение каждого периода ко-
лобаний несколько увеличивается. Сформировавшийся ПР!’? ‘ ’
кализованный ионный просгрансгвениыи заряд вызывает гок с в I
вия в иена электрода 5. Этот ток служит мерои ооыого аряд«
и соответствующего ему парциального давленил СРД° и‘!..1Тетным
центре прибора электродами с огриднсЛоП
частоту переменного на*
пы рассеиваются в
потенциалом. Чтобы получить спектр мае
пряжения изменяют в соответствии с заданным диапазоном.
Для мжрерытюго контроля зз спектр™
изменение частоты проводить несколько раз в
уать с частотой повторения 50 100 гц. В
удобно
после
усиления и демодуляции сигнал подастся
прерыивого внзуаль.кж) иа^сшиг л]>|
на осциллограф для не-
е давления в диапазоне
I в жни й предел определяется уровнем .чумов,
- влиянием пространственного заряда и умень-
шением ерстней длины пропорциональна
1ля фарвнтрона ширина пиков
корню квадратному из массового числа ново .
,плг рт. ст.
вер хини огр а ни ч и в а с гея
Л.П= /-И •
(8-25)
В результате вид спектра масс в фарвитроне имеет свои харак
тернии рисунок.
Рис. 845. Фарвитроиный датчик АЛИ 1-1 С.
Разрешающая способность фарвнтрона невысока. Анализируемые
массы обнаруживаются не только на основной резонансной частоте
[см. формулу (8-24)], но и в местах, соответствующих как дробным,
так и кратным массам с коэффициентами 4 и 9. Интенсивность этих
пиков не превышает 20% амплитуды основного пика. На основной
резонансной частоте хорошо регистрируются пики, парциальное дав-
ление которых выше 5% общего давления.
Ап л из тор парциальных давлений панорам-
ный АПДП-2 предназначен для индикации качественного состава
газов в высоковакх умных системах. Использование малогабаритного
датчика АЛШ-1С без магнитного поля делает его особенно ценным
для нализа газов в элект вакуумных приборах и контроля техно-
логических процессов в электровакуумном производстве.
Диапазон регистрируемых прибором АПДП-2 масс от 2 до 200.
пикяС ра,г’ТЯ> СП0С0б110сть 1|р' менее 20 на уровне 10% амплитуды
пика I абочяи диапазон давлений 10~5—10~9 лои рт. ст. У
\МН ^^^'2 состоит из фарвитронного
АМ1-1-1С, 1а..тольного измерительного блока ~ -
усилите.*-
датчика
’ Чио „7 ильного олока и выносного каскада
ся тапия анализатора сетевым напряжением придает-
ся феррорезонансныи стабилизатор С-016.
АМН-1 С.^ Датчик* ичглтп^1 вие1»пий вид фарвитронного датчика
следуемой стеклянной сигтрЛ3 стекла С-49-2 и подсоединяется к об-
V !X. ™ еме с.помо"«*> напайки, а к металличе-
чика —любое. Р и‘’Роиын Г1ерсход. Рабочее положение дат-
давлений панорам-
ный ЛПДП-2.
анализатора ЛПДП-2
измерительном блоке
Па рис. 8-16 показан измерительный блок
вместе с выносным каскадом и штативом. В
температуре порядка 700°
нпи не выше >дим0 пво™
Электроды должны бы™. обе:^,^^
ола?.ш высокой чя, 1,1 Г-
высокой часгоп.',Т,‘1 ”Р”
дуст допускать нагрева крепежных Г'^Р-мации детали'4 Л
..ЛГ^ ^ГТОКТПШГРГКПГП клпт^.,.. х ПРУЖИН. Д1и обеспЛг И'
ОСу 1ЦССТ13ЛЯI Ь Я ПЛЛ1П1Н ^0 ИЗГ)Р ' '-••'•«•п х
икот попускать нагпевя кпо„п^..Ж.а.НИС ^сфор
„Ьго электрического контакта' вводы'датм'.*'' Д'1я обеспсчения'|,Са^'
оыть тщательно очищены. Датчика после прогрева доъкнн
анализатора примечен узкополосный усилитель с изменяющейся ча*-
стотой. При совпадении частоты узкополосного усилителя с частотой
колебаний ионов определенной массы происходит регистрация пере-
менного напряжения, индуцированного ионами этой массы на сиг-
нальном электроде. Электронный иопизнрующин ток датчика до
1 .ил, максимальное напряжение в пространстве дрейфа датчика
1500 в. Для повышения чувствительности индикации парциальных
давлений применяется модуляция электронного ионизирующего тг л
с частотой колебаний ионов регистрируемой массы, ри1 Р
ходит дополнительное суммирование колеолющихся | • и‘ ‘
нов и увеличение наведенного заряда на сигнал Р "
Изменение реюпанспой частоты Леменем изме-
Время снятия полного спектра масс, ^пРеД ^рота действия
нения частоты от 0.2 до 2,3 Мгц, равно 15 мсек. быстрота ..
прибора 50 анализов в секунду. акПяне эчектоонполс-
Регистрация спектра масс производится на экРа"енеэл^Рх70 .«.и.
чевой трубки 16ЛОЗИ Размер лзебраж жотогоаФирования спектра
В приборе предусмотрена возможность ф“«Гелиос 44».
масс с помощью фотоаппарата «Зорь „1(К0М кабелями длиной
3 Г» , АО
25 ' Габиритиме размеры измеритель,.от» блоки 8ЮХ2ЛЖК» «...
вес 24 кг. чо5
20—1078
«гг гпГкТРОМЕТР (ТОПЛТРОН)
. РАДИОЧАСТОТНЫ!! «АСС-СПСКТРО
^пользуется принцип линейного уекор»те-
ля. Образовавшиеся в ’!"0^“4нЫе *НО11Ы вытягиваются сквозь дна-
11 анодной сетки положлту „„ч1|иатооа-ускорнтеля. Лнали-
скоригеля. Линли-
>
•петопт из ряха соединенных между е™
; м ' ппп-ется высокочастотное напряжение,
на которые н< д. ст___ к нпостоапстве
•*>* время воженного перемм.юго папря-
— энергию от высокочастотного ПОЛЯ.
сетками совпал
женин. получают л шолнитсль «ую; - (.,Т1..1МИ
Время движения I иона между еочдш >
2 17
-I' I 2/ т 'г'
(8-20)
где /_Частота приложенного напряжения:
а'— расстояние между соседними сетками;
С' — напряжение на ускоряющей сетке С) относительно земли;
т — масса иона;
е — заряд нона.
Чем больше пар ускоряющих сеток, тем выше разрешающая
способность прибора, по одновременно увеличивается и перехват
ионов сетками, за счет чего
Рис. 8-17. Принципиальная схема
толатрона и диаграмма распре щ-
ления постоянной составляющей
напряжения в нем.
снижается выход ионов в цепь
коллектора 4.
За системой ускоряющих
сеток установлена тормозящая
сетка Св. па которую подает-
я высокий положительный по-
тенциал. Пройти сквозь сетку
Св и попасть на коллектор 4
могут только те ионы, которые
находятся в резонансе с высо-
кочастотным полем, т. е. на-
бравшие достаточную энергию.
Последняя сетка (Си) являет-
ся супрессорной. Опа не про-
пускает ток фотоэлектронном
эмиссии с поверхности коллек-
тора в пространство положи-
тельной тормозящей сетки.
Изменяя частоту перемен-
ною напряжения, можно по-
очередно получить весь спектр
анализируемого газа.
Рассеяние ионов при дав-
л ннях выше Ю~3 м и рт. ст.
ограничивает работу прибора
низких давлений работа прибо-
при высоких давлениях. Со стороны „„0Л!1х
«тор,, „р^р „оимя₽г гх
газа по ионному току сетки С}.
менпо можс I быть использован
П1.1Н манометрический датчик.
г'н'^Т1 Так,!м о6Ра™. одиоаре-
как ызо.шалнзатор и как вакуум-
8-10. ДЕСОРБЦИОННЫЙ СПЕКТРОМЕТР
Десорбционный спектрометр использует эффект .....
зов при накаливании нити и вакууме [Л. 182]. Нить иТ'вщпХ
помещается вблизи датчика безынерционного вакуумметр .
«вспышки* га-
няюгся, кд к правило, ионизационные датчики
коллекго-
После тщательного обезгаживания
прогревом при температуре нс менее
2 200° К нить в холодном состоянии вы-
в анализируемой
смесн
в течение определенного промежутка
времени. За это время компоненты сме-
си адсорбируются па поверхности нити
в количествах, пропорциональных их
концентрациям и коэффициентам прпли-
пания,
туру
тать.
После экспонирования
нити
При этом
начинают медленно повы-
испаряется
каждый
грактерной
компонент
для
температуре. Во время испарения
него
ком-
понентов с помощью вакуумметра отме-
чают повышение давления. Запись от-
счета ионного тока датчика с изменени-
ем температуры нити во времени дает
спектральный состав газов во времени
экспозиции нити. Типичная спектрограм-
ма десорбционнэго газоанализатора по-
казана на рис. 8-18.
Разделение компонентов смеси в де-
сорбционном спектрометре происходит
благодаря разнице в величинах адсорб-
с
осевым
Температура
ма
Спектрограм-
анализатора.
циоиных потенциалов газов на материале нити. Естественно, что
газы, не адсорбирующиеся на нити, не могут анализироваться >нм
способом. К таким газам относятся инертные, не адсороирующиеся
ам *.
вольфрамом при комнатной темпера гуре.
Данный
азот. Окись углерода дает
гурон десорбции 800—1000° С,
спектрометр прекрасно различает окись углерода и
характерный трехглавый пик с тсма^Ра'
* азог —одиночный пик при 12 0-
1'400 С. Водород десорбируется одним из первых при ЗоО; с>00 С.
Характерно, что большинство простейших органических >
при десорбции основной пик окиси углерода. повыше-
Для получения воспроизводимых результате ‘ спек-
ние температуры полезло автоматизировать. Пос. г-полпали-
трометра производится градуировка прибора по постетова/ель-
затору' (омегатрону, хропо.року) с целью и
пости десорбции газов и получения количественных
ЧАСТЬ ВТОРАЯ. РАСЧЕТ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ОСНО
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВАКУУМНОЙ ТЕХНИКИ
9-1. ПОСТ М1ОВКА ЗАДАЧИ
Расчет вакуумной системы сложного технологическо-
го оборудования осуществляется, как правило, в два
этапа:
П р о е к т н ы и расчет, в результате которого опре-
деляются принципиальная схема вакуумной системы,
типы и размеры насосов, коммутирующие элементы и
ориентировочные размеры трубопроводов.
Поверочный расчет, в результате которого
уточняются типы насосов, размеры трубопроводов и ком-
мутирующих элементов, определяется время достиже-
ния заданного давления.
В качестве исходных величин обычно заданы конеч-
ное давление в рабочем объеме, величина газового по-
тока, размеры рабочей камеры, характер технологиче-
скою процесса, для осуществления которого предназна-
чена рассчитываемая установка, время достижения за-
данного давления.
Проектный расчет выполняется в следующей после-
довательности:
мапнпт 3?даниь|Х значений парциального и сум-
чиваюши). л. АеНИИ’ опРсделяют типы насосов, обсспе-
щзаюших окончательную откачку рабочего объема.
чатетьнп^ЛРД-,Т Конкрет11Ь,й типоразмер насоса окон-
“ни ™ " .Раб0ЧеГ° Объсм- При этом исполь-
или .пи г-,, вс*",ч,,,1е потока откачиваемых газов
“оХита^.'Т" Этого ,к,ток;'. ЙК вра-
га, Считаю, величину газового потока постоянной:
' м^и°пЛзп0<Ь1 Р д“3Ригеиыюн откачки рабо-
о<>..< а. и откачки основных насосов. На этом эта-
ПС расчета выбор насосов предварите-..-,
производят в соответствии с пасло тн
ками насосов окончательной откачки хаРактеристи-
4. Онрс сляюг принципиальную
системы, назначают ориентиров очинУ вакУУМн&й
проводов, выоирают коммутирую „ о РазмеРы трсбо-
ва измерения давления и т. п } 1 элементы. средст-
о. Р ьгывают время предварительной откачки без
учета предельного давления и натеканий в систему
6. Определяют эффективную быстроту откачки вы
соковакуумнои системы и предельное давление в нсТ
После проведения проектного расчета конструируют
вакуумную систему. В процессе конструирования ва-
куумной системы уточняют все размеры трубопроводов
типоразмеры коммутирующих элементов и средств' из-
мерения давления.
Нов рочный расчет выполняется в следующей после-
довательности:
1. В соответствии с окончательными размерами ва-
куумной системы уточняют значения эффективной бы-
строты откачки системы.
2. Рассчитывают окончательное время предваритель-
ной откачки. При этом учитывают предельное давление,
газовыдсленне и натекания, а также изменение быстро-
ты откачки насоса предварительного разрежения и со-
противления трубопроводов от давления.
объеме заданного давления.
3. Рассчитывают время достижения в откачиваемом
... . При этом учитывают ки-
нетику газовыделения, величины натеканий. При отсут-
ствии этих данных в задании на проектирование вакуум-
ной системы осуществляют их расчет.
В случае если полученное в результате Рас™
достижения требуемого конечною дап^111’>говдкуумной
заданное, увеличивают проводимость ' адов или
системы за счет увеличения сечении „Р- Р
выбирают насос с большей быстротой < ' •
При необходимости применения
нормализованных элементов ироизв
ванне и соответствующий Расчс^ песпецифнчны и
Однако эти расчеты, как п| • ,;.ппОко известным
выполняются по обычным метода. ,
в общем машиностроении.
м. основные понятия кинетическом теории газов
мы для
Напомним кратко лишь то основные понятия! » опрс-
деления кинетической теории газов, которые нсоб.хо щ-
понпмания расчетов вакуумных систем.
Понятия кинетической теории газов оазируются на
предположении, что молекулы газа представляют сооои
материальные частицы, упруго взаимодействующие меж-
д\ собой и стенками сосуда, причем кинетическая энер-
гйя .молекул пропорциональна температуре газа.
Считая давление газа результатом упругого взаимо-
действия молекул со стенкой, можно получить;
1 X > “ *)
= — к,ти~,
О
(9-1)
где Л | —число молекул в единице объема;
ш —.масса молекулы;
й —средняя скорость молекулы в направлении, пер-
пендикулярном стенке.
Учитывая, что
Мш = р,
где р —плотность газа,
получим:
пли
и.2
р\соп$1.
(9-2)
.тонне меняется*™ >пл° Лра постоянн°й температуре дав-
но пропор,о, 1аХ Хм17а(закоп’гТ;'ОС'ГИ м" °браГ
Отмстпм, что «оттХХе (9 2 Х’ГМарН0ТТа)-
------- **с <у имеет место при от-
^ни/гх, когда при расширении та-
ет нками сосуда становится
о процесс можно считать
плотности или обрат-
за его теплообмен со
столько интенсивным,
термическим.
на-
изо-
ки расширение га
за пппиг^А '^оьнои стадии откач-
, нисходит настолько
____________________ , что
ами сосуда можно пренебречь
и считать процесс изменения состояния газа адиабати-
ческим'
рУ" = СОП81, (9.3)
где п-Ср/Ср показа1ель адиабаты—отношение удель-
ных теплоемкостей газа при постоянном
давлении и объеме (табл. 9-1).
Таблица 9-1
Значения Ср, и •/. для различных газов
Газ Сп> ккал/кг^С У Ср, ккал[кг-°С
Ис 1,28 0,746 1,67
Ие 0,25 0,150 1,67
Аг 1,25 0,075 1,67
11, 3,29 2,430 1,41
Воздух 0,240 0,171 1,40
О, 0,220 0,157 1,40
нё ! — —— 1,67
<т> со. 0,204 0,157 1,30
н,о" * ' — 1,30
меном газа со стенками,
изменение состояния газа
политропы:
нельзя пренебрегать теплооо-
вследствие чего имеет место
в соответствии с уравнением
== сопз!
При данной температуре средняя кинетическая энер-
гия молекул одинакова для всех газов. Поэтому ,. м
определить температуру газа через среднюю
скую энергию молекул следующим ооразом.
-т-ппР
кТ
где Т — абсолютная температура, С,
/е — универсальная газовая посюяшь
Больцмана):
/г = 1,38 • 10-23 дж/ерад.
(постоянная
Испол ьзуя
Гей-Люссака:
уравнения
(9-2) и (9-5),
ПОЛУЧИМ
закон
(9-6)
п-и пппп нехотя из закона лыл адри, •
Наконец, нем I» ппн одинаковых темпе-
олпппкопое число моле
а
вес и
коли-
На основании закона Авогатро молоку лярныи
любого газа или пара определяется весом такого
там. второе при 0“С п мплеппп I «г зппчт, ,ст
объем .
» 0— -------------*
Из закона Гей-* 1юссака выводят
ния идеального газа:
уравнение состоя-
Л/И пТ*
7Г ’
где р— давление газа;
Г— объем:
Т — абсолютная температура;
/V — число молекул:
ш— масса одной молекулы;
.11 — масса газа, численно равная его молекулярно-
му весу п выраженная в тех же единицах, что
и т;
/? —универсальная газовая постоянная (табл. 9-2).
Т а б л и ц а 9-2
Универсальная газовая постоянная К
йвер ю ть д ж! граду, 'УК'МОЛЬ эрг!граду Хг-моль л • мм р п.сгп,1 граду Уг-молъ кал{ г раду у г-мо ль
Значение 8,3146-Ю3 8,3146-10’ 62,3 1,98617
Распределение молекул газа по скоростям в данном
ооъече неравномерно и, как установлено Максвеллом и
ольцманом, функция распределения для произвольного
направления скорости имеет вид:
(9.8)
где (1\и количество молекул в единице объема, ско-
С + Л/-КОГОРЬ,Х лежит в интервале от и до
Лг! - количество молекул в единице объема.
иллюстрирующие
/Максвелла Вольцмапа,
закон
иоказаны па рис. 9-1.
функции распределения молекул по скорости
максимум при
Распределения
/~'2'гТ 1/‘2РТ г~^~
«макс -/ — — у ~ц- = 12,985 ~,
с м/сек.
(9-9)
Величина имаКс соответствует наиболее вероятной ско
рости.
Средняя арифметическая скорость равна:
см сек.
(9-10)
И, наконец, средняя квадратичная скорость равна:
(9-И)
При нагревании скорости молекул возрастают и со-
ответственно сдвигаются в сторону больших значений
величины «макс, иа и и.
В дальнейшем мы бу-
дем обычно исходить из
предположения, что все
молекулы имеют одну
скорость, .причем если
имеет значение только
скорость молекулы, учи-
тывается средняя ариф-
метическая скорость, а ко-
гда имеет значение кине-
тическая энергия, учиты-
вается средняя квадра-
тичная скорость.
При определении бы-
строты откачки насосов и
Рис. 9-1. Влияние температуры на
распределение молекул по скоро-
стям.
ловушек большое значение имеет подсчет к ' ' *
лекул, ударяющихся о единицу площади , ‘..ппРК^-т
ориентированной поверхности. Это количе »
выражается соотношением
Для практических целен важно
приходящийся на это число молоку.I
которого разделим (9-12) на Л'ь _
,. Л Ча ______ о лоо 1/ ‘ .
---3,635)/ 1( •
знать объем газа,
для определения
,1!сек-см~. (9-13)
Объем газа, поступающего на поверхность площадью
.1 ли2, не зависит от давления и рав н.
Г. = 3.638Л 1/ 4г > л сек-
Л г .И
(9-14)
Расстояние, которое проходит молекула между двумя
последовательными столкновениями с др\1ой молоку и,
зависит от скорости теплового движения молекул и их
диаметра, количества молекул в единице объема. Сред-
няя величина этого расстояния, получившая название
средней длины свободного пробеге, определяется выра-
жением
(9-15)
|де М —количество молекул в единице объема;
Т — абсолютная температура газа, °К;
С — постоянная, зависящая от рода газа (см. при-
ложение 20);
о — диаметр молекулы, см.
^Отметим также, что вязкость газа связана со сред-
ней длиной свободного пробега X следующим образом:
т] = 0,499рнол, (9-16)
где п ~ коэффициент вязкости газа, пз или г/см-сек
р —плотность газа, г/см3;
и0~
средняя арифметическая скорость, см/сек.
если в выражении (9-15) з
в соответствии с выражением
заменить
на давление
то получим:
зн
Р~^\кТ,
см;
2
(9-17)
(9-18)
„„„ воздуха при Г = 293»К
5. ] о -3
^ноэд = , СМ, (9-19)
где давление, мм рт. ст.
Зависимости длины свободного пробега и вязкости
газа от температуры определяются соотношениями:
(9-20)
и
, (273 + С) Т
Т -’3 (Г 4-С)-273
(9-21)
И, наконец, закончим рассмотрение основных поня-
тий кинетической теории газов гипотезой Кнудсена, за-
ключающейся в том, что стенка сосуда как бы погло-
щает ударяющиеся о нес молекулы газа, которые затем
покидают се в случайных направлениях. Число молекул,
вновь отлетающих с единицы поверхности стенки в на-
правлении, составляющем угол 0 с нормалью к этой пло-
щадке, пропорционально созО. Гипотеза Кнудсена ис-
пользуется в основном прн нахождении проводимостей
трубопроводов в молекулярном режиме течения газа.
9-3. РЕЖИМЫ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА
В процессе откачки количество газа в
стоме непрерывно уменьшается и соо^гветст <0Пр0.
шастся давление в откачиваемом ооъе.
"Течение газа в трубопроводе можетп^улевт-
ным, ламинарным (вязкостным) или д . р Рпрн вы.
Турбулентное течение газа имеет мсио Хшко
соких давлениях и зиачительнь. усг в*тече-
в реальных вакуумных системах 0 Я1о1ЦСГ0 врсь-
нис непродолжительного пРс^е””^ Хстп откачки,
ма малую часть суммарной дл ^тяняппивается в трх-
Ламинарное течение ^за устанавл>1ва<.тся^к (
бопроводе тогда, когда вследств’ ие га',а и про-
прекращается беспорядочное перем о1в
тскающая сре щ разделяется па отдельные слои, сколь-
зящие один по другому с различными скоростями. 13 этом
режиме течения газа длина свободною проосга моле-
кул еще мила по сравнению с поперечными размерами
трубопровода. Гак как внутреннее тройне, а слсдова
тсльно. и вязкость газа при этом режиме имеют реш
идее значение, ламина] нос течение в вакуу'мной тем I-
ке называют вязкостным.
Моле к у л я р и о е течение газа наблюдается в тру-
бопроводе при дальнейшем снижении давления, ког. а
длина свободного пробега молекул все более возраста-
ет и, наконец, становится соизмеримой с поперечн тмл
размерами трубопровода. Влияние внутреннего трепня
при этом уменьшается, так как молекулы газа все ре-
же сталкиваются друг с другом и взаимодействуют толь-
ко со стенками трубопровода.
Переход от вязкостного режима течения газа к мо-
лекулярному при постоянной геометрии трубопровода
зависит только от давления газа в нем.
В качество критерия, определяющею переход от тур-
булентного течения газа к вязкостному, применяют
обычно число Рейнольдса
где Ке — число Рейнольдса;
— диаметр трубопровода, м;
и —скорость течения газа, м/сек;
р —плотность газа, кг/м2;
коэффициент динамической вязкости К’/нХ
Усек. ’
Так как измерение скорости течения газа прсдстав-
'еэ •1'-п^7Яие тр-ДН0СТ)1’ выразим число Рейнольдса
<еред количество протекающего газа:
Ре = ^2±1
• а ’
где & —постоянная Больцмана (А
>п — масса молекулы, кг-
•- -поток газа, протекающею
а-мм рт. ст./сек;
й —диаметр трубопровода см
(9-23)
1,38- 10 23 дж/град)\
трубопровод,
Для воздуха при 20° С получим:
Ре = 8,55-10-4
а
19-21;
_> При значениях Ре^2 200 всегда . имеет место турбу-
лентный режим течения газа, а при Ре=< 1 200 — вязко-
стный режим. Я|
Таким ооразом, течение воздуха будет турбулентным
для всех значений
ф/>2,58• 102г/, л-мм рт. ст./сек (9-25;
и вязкостным для значений
б27< 1,4• 102с?» л-мм рт. ст./сек. (9-26)
В промежуточной области могут существовать как
турбулентный, так и вязкостный режимы.
Для круглого трубопровода, в котором среднее дав-
ление газа равно р, условие перехода от вязкостного ре-
жима к молекулярному записывается следующим обра-
зом:
течение вязкостное при <7/7>0,5 мм рт. ст.-см;
течение молекулярное при <Д7<0,015 мм рт. ст.-см;
течение молекулярно-вязкостное при 0.015<(/р<
<0,5 .и.н рт. ст. - см,
где р — среднее давление, мм рт. ст.;
с! — диаметр трубопровода, см.
Так как для воздуха при~20эС средняя длина свобод-
5 • 10 ~ °
ного пробега 2ср =—-— , см. то условие перехода от
одного режима к другому можно записать и так:
течение вязкостное при 2.<(У/100;
течение молекулярное при Л>с?/3.
9-4. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВАКУУМНОП ТЕХНИКИ
Рассмотрим простейшую вакуумную систему, изобра-
женную па рис. 9-2, которая состоит из откачиваемого
сосуда 1, датчиков давления 2. вентиля 3, трубопрово-
да 4 и насоса 5. При работе насоса количество га та
в вакуумной системе непрерывно уменьшается, а так как
317
объем сосуда и температура газа остаются неизменны.
X и. происходит уменьшение давления в вакуумной си-
стех е. При этом давление /м на входе в насос ниже, чем
давление ’ на выходе из откачиваемого сосуда, аким
образом, создается разность /ц—р>. которая ооусло ле-
' на наличием в системе трхбопр вода,
г вентиля и других элементов, оказы-
вающих сопротивление прохождению
потока газа.
Поток газа ф' одинаков в любом
сечении системы и может быть опре-
делен как произведение давления р(
в /-м сечении на объем газа 5/, прохо-
дящего через это же сечение в едини-
цу времени:
$'=рД=сопз1. (9-27)
При инженерных расчетах в ваку-
умной технике принято поток газа (]'
выражать в единицах рУ]сек, т. е.
.? • мм рт. ст.!сек, л • мкм рт. ст.Iсек
и т. д.
В целях получения более нагляд-
ного представления о процессах, про-
исходящих во время откачки, прово-
Р»с. 9-2. Простей- Дят аналогию между вакуумной систе-
шая вакуумная си- мой и электрической цепью. При этом
стс а‘ разность р\—р2 уподобляется разности
потенциалов, поток — силе тока, а ча-
стное от деления разности потенциалов на поток назы-
вают сопротивлением трубопровода ТГ.
==^(А—А)>
(9-28)
где С!
ппк'пЧИНЯ’ ?бРатная сопротивлению, называемая
ппапачК1ЮИ способпостью трубопровода или его
проводимостью
____________ Л!сек
и/ _ /(-2 >
Их полчоД'лпппты °ЛЫ соеДинены последовательно, то
а при пава-п ним*еНИе Равно сУмме сопротивлений,
ЗИ '' ‘ соединении их полная пропускная
способность равна сумме пропускных способностей от-
дельных трубопроводов:
^посл= (9-30)
1 —V 1
^парал '^иарял —(9’31)
где IV поел п (Упосл — результирующее сопротивление и
пропускная способность несколь-
) ких трубопроводов, соединенных
последовательно;
Мпарал И (Упирал — ТО ЖС При параЛЛСЛЬНОМ СОСДИНС-
пип трубопроводов;
IV? и (У,-— сопротивление и пропускная спо-
собность отдельных трубопрово-
дов.
Как уже отмечалось, поток газа во всех сечениях
вакуумной системы в стационарном режиме одинаков.
Поэтому поток газа для впускного патрубка насоса при
давлении /?2 может быть определен из уравнения (9-27):
(9-32)
<
где 5П— быстрота откачки насоса, т. с. объем газа, вхо-
дящий в насос за единицу времени;
/’2 — давление на входе в насос.
Из (9-32) следует:
=< Опыт показывает, что при наличии между откачивае-
? мым объектом и насосом трубопровода, вентиля или
3 иного элемента, оказывающего сопротивление потоку
3 откачиваемого газа, быстрота откачки объекта значи-
4 тельпо отличается от быстроты откачки насоса.
б Уравнение, связывающее быстроту откачки объекта
ё 50 и быстроту откачки насоса 5П, можно вывести следую-
щим образом. Из (9-27) и (9-29) следует:
3 = 50а = (У (л - рг), (9-34)
где рг — давление на входе в насос;
б’ Р! — давление в откачиваемом объеме.
& 319
Представим уравнение (9-34) в виде:
Вычтя из первого уравнения второе и преобразовав его,
Последнее уравнение называется оаит
связывает
наем вакуумной техники и
метры вакуумной системы;
, __ основные пара-
(пли эффективную быстроту откачюо, быстрот" X’™
насоса и пропускную способность трубопровод
Анализ уравнения (9-35)
.и.и.о >Н«ЬНЧ1И>| показывает, что если про-
пускная способность системы значительно б 1
с лачки насоса, то эффективная быстрота откач-
ки ооьема зависит только от насоса и, наоборот если
пропускная способность системы гораздо меньше бы-
ачки насоса, то эффективная быстрота откач-
ки приблизительно равна пропускной способности и ма-
ло авпеит от быстроты откачки насоса.
Решение уравнения (9-35) удобно производить с по-
мощью номограммы, помещенной на рис. 9-3.
Для нахождения эффективной быстроты откачки
объекта 50=Д>ф по известным величинам быстроты от-
качки насоса Зп и пропускной способности трубопро-
вода I] следует соединить соответствующие точки на
крайних шкалах прямой линией и на пересечении этой
прямой со средней шкалой определить величину эффек-
тивной оыстроты откачки.
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ. ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ
ТРУБОПРОВОДОВ
10-1. МОЛЕКУЛЯРНЫЙ РЕЖИМ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА
Трубопровод с сечением произвольной
формы. Для случая длинного прямолинейною тр>оо
провода длиной / с поперечным сечением ПРОИЗ®°'^Н°^
формы справедливо фундаментальное соотпошени ,
денное Кнудсеном:
о
(Аг —
(Ю-1)
где
(Д — поток газа; ,„->пакмл-
«а —средняя арифметическая скорость
В — периметр поперечного сечения,
/1 — площадь поперечного сечения.
Из уравнения (10-1).
из (9-10) н преобразовав.
подставив сюда
полечим:
значение иа
У = 19,40
В А2 (В
л/сек.
(10-2)
Здесь и Далее температура измеряется в К, ме-
ры — в см. давление — в мм рт. ст.
Из уравнения (10-2) может быть определена
скная способность длинной конической трубы:
(10-3)
где (1\, с/2. </Ср — диаметры отверстия трубы на концах
и в среднем се сечении;
I — длина трубы.
Для воздуха при 20° С пропускная способность длин-
ного конического трубопровода
/7=12,1 —т-, л сек.
и ср/
(10-4)
В общем случае, для трубопровода постоянного попе-
речного сечения из формулы (10-2) следует:
У = 19,40-Д )/Д-, л/лж; (10-5)
для воздуха при 20° С
л/сек. (Ю-6)
леднее уравнение является достаточно
ппмж.г,.,.. 7 «'“"««’пс лвлиехся достаточно точным
ЖХп пЛЬН° к/РУбопР°водам круглого поперечного
пепечны\^г₽Яи1ииб0Пр0В0Д°в с отличным от круглого по-
Фиииент К' иНтА6М следует вводить поправочный коэф-
Д. и тогда уравнение (10-5) приобретает вид:
ДЛЯ воздуха при 20°С
(Ю-7)
/7 = 61,8/<'^
л>/
, л!сек.
(10-8)
о звании уравнений (10-7) и (10-8) выводятся
уравнения для длинных трубопроводов (длина их при-
мерно в 100 раз больше наибольшего поперечного сече-
ния) различной формы при молекулярном режиме тече-
ния газа.
Рис. 10-1. Поперечное сече-
ние круглого трубопровода
с коаксиально расположен-
ным стержнем.
Рис. 10-2. Поправочный коэф-
фициент К для расчета про-
пускной способности трубопро-
вода круглого сечения с коак-
сиально расположенным стерж-
нем при молекулярном ре-
жиме.
Ниже приводятся наиболее употребительные уравне-
ния для подсчета пропускной способности длинных тру-
бопроводов постоянного сечения.
Тру б"о провод круглого сечения
[7=3,81-^-)/-^-. л!сек’, (10-9)
для воздуха при 20°С
^=12,1-4-> л/сек, (Ю-10)
где с!—диаметр трубопровода, см;
I — длина трубопровода, см.
Трубопровод круглого сечения с коа-
ксиально расположенным стержнем (рис.
10-1) __
—-3,81К' ± , л/сек; (10-11)
21* 888
тля возт>ха при 20 С
Г=12.1Л' —л'сек. (10-12)
Значения поправочного коэффициента /<' могут 0 1 .
взяты по кривой, приведенной на рис. 10--.
Рис. 10-4. Поправочный
коэффициент К' для расче-
та пропускной способноегп
трубопровода прямоуголь-
ного сечения при молеку-
лярном режиме.
Рис. 10-3. Поперечное
сечение трубопровода в
виде и р я моугольн и к а.
Т р уб о п р о в о д прямоугольного сече в и я
(рис. 10-3)
Ъ’ = 9’7/('77ТТьТ^ПТ’ л/се“'
для воздуха при 20°С
6’ = 3ад/<'Т(Я^) ’ л'сек' (10-14)
Для коэффициента /С Клаузингом было дано выраже-
ние
к -4-^^- [З1п(8 + рТно-НЧп ' + Г1 + ^+
+л_[1+??-(I+?,=) 1 (10-15)
6 = — < 1
а
Значение коэффициента К' может быть
дено по кривой на рис. 10-4.
также пай-
стпппи.7 ‘ мнением в виде равно-
стороннего треугольника (рис. 10-5). Для это-
го случая поправочный коэффициент Д'=124 поэтому
получим следующее соотношение:
(10-16)
для воздуха при 20°С
3
(10-17)
Рис. 10-5. Поперечное се-
чение трубопровода в ви-
де равностороннего тре-
угольника.
Рис. 10-6. Поперечное
сечение круглого трубо-
провода с неаксиально
расположенным стерж-
нем.
Трубопровод с неаксиальным стержнем
в и у т р и (рис. 10-6)
(7 = 1,43 —-7---1/-ТГ’ л1сек’ (Ю-18)
4 < . г I
где е = 4/2Д/,:
/<'—коэффициент, зависящий от е и е (рис.
для воздуха при 20° С
Трубопровод эллиптического сечения
(рис. 10-8) __
у = 5,37 —....- ]/X-, л/сек\ (10-20)
1д» + *иГ Л1
Рис. 10-8. Поперечное се-
чение трубопровода в
я нлл эллипса»
Рис. 10-7. Поправочный коэффициент К для рас-
чета пропускной способности трубопровода круг-
лого сечения с неаксиально расположенным
стержнем при молекулярном режиме.
Рис. 10-9. Поперечное
сечение трубопровода
в виде щели»
Для воздуха при 20° С:
и= 17 — " д _
/а- + Ь2 / ’
л! сек.
(10-21)
У 3 К И II
ЩСЛЬ (рис.
канал прямоугольного
10-9). Для щелевого капала (6>
сечения —
«)
(10-22)
0 = 9,7«'^/2_, л!сек.
Рис. 10-10. Поправочный коэффициент К' для ще-
левых каналов в зависимости от отношения дли-
ны к ширине щели 1/Ь.
для воздуха при 20°С
= 30,9 -г- Л', л/сек.
V
(10-23)
Значение К' берется по кривой, приведенной на
рис. 10-10. При //а>10 значение коэффициента может
быть подсчитано по формуле
Д-'=-|-1п4-. (10-24)
Учитывая соотношение (10-24), получим:
;у==3164-^-1п-^-)/^г, л/сек; (10-25)
для воздуха при 20 С
у 27 154- ’ Л!сек’ (1 ’27)
Если &>/>«> то пропускная способность подсч!
стся по формуле ___
С = 3,64^(4 + 1п-^)| <10-'?8)
для воздуха при 20 С
(10-29)
Степень точности формулы (10-28) тем больше, чем
больше отношение //<2. Если а~1^Ъ, то согласно расче-
там Клаузинга [Л. 194]
Г = 2,49а6
(10-30)
для воздуха при 20~’С
1/ = 7,9аЬ, л/сек.
(10-31)
Кольцевая щель постоянной ширины (тече-
ние газа совершается в направлении радиуса, рис. 10-11)
для воздуха при 20°С
(10-32)
л/сек. (10-33)
Для определения пропускной способности каналов
с поперечным сечением не рассмотренной выше формы
следует подобрать вместо данной формы два подобных
сечения из приведенных и приближенно интерполиро-
ИЯ их пропускных способностей
П |) о п у с к пая способное т ь
стия (рис. 10-12)
О Т I’. о р-
(10-34)
где 1—площадь отверстия, ел2;
/1о — площадь поперечного сечения трубопровода или
сосуда, из которого течет газ, см2.
Рис. 10-11. Коль-
цевая щель по-
стоянной ширины.
Для воздуха при 20° С
Рис. 10-12. К расчету
пропускной способное; и
отверстия.
1 — площадь отверстия. Л
площадь поперечного сече-
ния трубопровода или со-
суда. из которого течет газ
(10-35)
В случае если формула (10-34) преобразуется
в выражение
и = 3,64/1 л/сек; (10-36)
^ля воздуха при 20°С
(/== 11,6Д л{сек. (10-37)
Короткие трубопроводы. Как было показано
Клаузингом, наиболее точно пропускная способность
трубопровода может быть определена выражением
у = Д = 3.64КА }/ , л!сек.
(10-38)
В этой Формуле коэффициент Л является оезра.и
ной функцией отношения длины трубопровода к ^его
диаметру причем величина этой функции умсньш I
=0) до -1^3/ (при очень больших зн
""значения коэффициента Клаузинга Л' для цилга.др. -
чсских трубопроводов Круглого сечения даны в табл.
10-1.
Таблица 10-1
Значения коэффициента Клаузинга /\
для коротких трубопроводов Кр\ глого
сечения при различных значениях /Д/
/Л/ А' //</ Л'
0 1 1.6 0,4662
0,05 0.9524 1,7 0,3931
0.10 0,9692 1.8 0,38С9
0,15 0,8699 1.9 0,3695
0.20 0,8311 2,0 0.3589
0.25 0,8013 2.5 0,3146
0,30 0,7711 3,0 0,2807
0,35 0,7434 3.5 0,2537
0,40 0,7177 4.0 0,2316
0.45 0,6940 4,5 0,2131
• 0.50 0.6720 5.0 0,1973
0,55 0,6514 6,0 0,1719
0.60 0,6320 7.0 0,1523
0,65 0,6139 8.0 0,1367
0.70 0,5970 9.0 0,1240
0,75 0,5810 Ю 0,1135
0,80 0,5659 15 0,0797
0,85 0,5518 20 0,(613
0,90 0,5384 25 0,0499
0,95 1 Л 0,5256 30 0.0420
•• 1,0 1 0,5136 35 0,0363
* » 1 1,2 1,3 0,4914 0.47П 0,4527 40 45 50 0,0319 0,0285 0,0258
* > 4 1 0,4359 500 0,002658
* »о 0,4205 >500 4с1/31
сечением (см. рис. 10-9),
трубопроводов с прямоуготьтшм 1Д'1СИИЯ ДЛЯ кротких
У которых &»« ^7о 2л ,еПНеМ (СМ' РИС 10’9)>
Таблица 10-2
Значения коэффициента Клаузинга К для коротких
трубопроводов прямоугольного сечения при Ь <
0,6024
0,5417
0,4570
О,3999
0,3582
0,2457
0
0,1
0,2
0,4
0,8
1,0
1,000
0,9525
0,9096
0,8362
0,7266
0,6848
1,50
2,00
3,00
4,00
5,00
10,00
со
для воздуха при 20°С
У = 11,6/<а&, л]сек.
(10-40)
Наряду с формулой (10-38), где проводимость ко-
роткого трубопровода вычисляется по пропускной спо-
собности отверстия с поправкой К, Клаузингом выведе-
на формула, в которой пропускная способность корот-
кого круглого трубопровода с /<20г/ определяется вве-
дением поправочного коэффициента а к значению про-
пускной способности длинного цилиндрического трубо-
провода.
(7=12,1-у-а. (10-41)
В табл. 10-3 даны значения поправочного коэффици-
ента а, позволяющие вычислять (пропускную способ-
ность трубопроводов с погрешностью до 1 о- В случае,
если объем, из которого откачивается газ. имеет попе-
речные размеры, отличающиеся меньше, чем на поря-
док, от диаметра трубопровода расчет следует выпол-
нять по формуле
_____________1_____________
1 + 1,33й /(1 — (Г- >/;)
(10-42)
где (I — диаметр трубопровода;
с!с — диаметр объема,
Пропускная способность
налов
(///М<20)
из которого откачивается газ.
О относительно коротких ка-
л юбой формой поперечного
С
сечения с площадью А постоянной по длине, может быть
приближенно (погрешность до 20 %) вычислена по уравне-
нию
Д = Д-+ ' (10-43)
где О’тр — пропускная способность трубопровода, вычис-
ленная по формулам (10-2) — (10-33);
О'отв — пропускная способность входного отверстия
трубопровода, вычисленная по формулам
(10-34) и (10-35) в случае, когда газ течет
нз трубопровода большего сечения в трубо-
провод меньшего сечения, и по формулам
(10-36) и (10-37) при истечении газа из со-
суда с поперечным сечением, более чем на по-
рядок превышающим поперечное1 сечение тру-
бопровода.
В формуле (10-43) 1/(У
от» —
ст»
............................... является поправкой
на концевой эффект, связанный с дросселированием по-
гока при его сужении. В случае сложного трубопровода
необходимо учитывать №отп во всех сечениях, где имеет
место сужение потока.
Общее сопротивление трубопровода будет:
(10-44)
НОИ
ете ироп\
с изгибом и .пи коленом. При ПО-ГЧС--
способности канала с коленом обычно' ввотчт
эффективной длины трубопровода, которая и учпгнвтс.
ся в формулах для расиста пропускной способно "и Ан.
сто геометрическом длины, причем
I сом < /Эфф — /1 еом -ф- 1,33г///,
(10-45)
10 /1 >(>м — гсомет рическая длина, ел;
/офф — эффективная длина, см;
г/ — диаметр трубопровода, см;
п число изгибов трубопровода и вентилей.
При малых отношениях радиуса трубопровода к ра-
*-И)су кривизны оси фопускная способность мало ме-
няется и соответствующая 'поправка обычно не. вво-
дится.
Пропускная способность вентиля. При
молекулярном режиме течения пропускная способность
вентиля составляет 6—15% шропускной способности ди-
афрагмы [см. формулу (10-36)] с диаметром, равным
диаметру условного прохода вентиля [Л. 75].
П р о и у с к п а я способность для раз л и ч-
п ых газов. Для одного и того же трубопровода отно-
шение пропускных способностей обратно пропорциональ-
но корню квадратному из отношения масс молекул соот-
ветствующих газов [см. формулу (10-2)].
Для наиболее распространенных газов можно поль-
зоваться отношениями, приведенными в табл. 10-1.
Таблица 10-4
Отношение пропускной способности газа к пропускной
способности воздуха при молекулярном режиме течения
Газ Воздух Водо- род ГеЛИЙ Водяной пар Арп'И Углекис- лый г.п Пары ртути
V позД’ХX 1 .3,78 2,67 1.2(5 0.85 0,81 0 38
Пропускная способность и ри переходе
от одной температуры к другой. Отношение
ппопхскных способностен
пор июнзлыю корню к
из абсолютных тем-
ператур:
(10-46)
в ы ч и с л е и и я
и
резко снижена при использован
четов может быть
^^О"ГТ,р пр(;Сз1,см
Рис. 10-13. Пропускная способность круглых трубопроводов при мо-
лекулярном режиме течения воздуха при 20° С.
соответствующих графиков и номограмм. Кривые, при-
веденные на рис. 10-13, дают значение пропускной
спосбности в функции длины для трубопроводов разных
диаметров.
Номограмма, изображенная на рис. 10-14, даст воз-
можность подсчитать пропускную способность трубопро-
вода с круглым сечением (без учета влияния входного
сопротивления дросселирования), а также определить
коэффициент Клаузинга. Для этого надо соединить пря-
мой лени-и точки на шкалах длин и диаметров трубо-
проводов. Точки пересечения этой прямой со шкалами о
334
и Г/ определят значение коэффициента и и пп
способность. ц 11 11Р'->4 ус КН у 10
Понмср. Определить диаметр трубопповоля , г
торого ..ро„у»„.,я способное „ ” У г
приблизительно 1 000 л/сек.
Ю3
соединив точку 1,5 м на шкале длин (рнс Ю 1П
./сек „а шкале пропускной способности, ^предс^м;
с ТОЧКОЙ
см.
Рис. 10’14. Номограмма для расчета пропускной способности круг-
лых трубопроводов при молекулярном режиме течения воздуха при
20° С с учетом поправочного коэффициента Клаузинга р1. ио].
Так как при этом а=0,83, пропускная
830 л/сек. При б/=25 см пропускная
1 200 л/сек и с учетом коэффициента а
способность будет только
способность будет около
составит 1 000 л/сек.
В случае если в трубопроводе встречаются препятст-
вия, резко меняющие сечение потока и на р го
чепия газа, формулы Кнудсена непримен ‘ ‘ еских
случая Дэвис (Л. 197] применил мет°Д . пяссмагри-
испытаний (метод Монге-Карло), кот р Р
вастся в гл. II.
335
10.2. ВЯЗКОСТНЫЙ РЕЖИМ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА
Трубопровод круглого сечен и я. Погок га-
за. протекающего в единицу времени по длинному 1ру-
болровоту с круглым поперечным сечением, -может оыгь
выражен уравнением Пуазейля (Л. 194]:
(} = (А — /Л), > -мм^рт^ст. сек,
В' У (Ю-47)
где ^ — коэффициент динамической вязкости газа, их
Хсск/м2;
а— диаметр трубопровода, см;
I — длина трубопровода, см;
рь р2 — давления на концах трубопроводах, мм рт. ст.
Пропускная способность трубопровода может быть
определена из уравнения
(10-48)
для воздуха при 20°С
(10-49)
Уравнение (10-49) применимо только для
трубопроводов и действительно при значениях
причем ошибка меньше 10%. Х
длинных
< . Г Л О --- Г 71 Л1 и У 1
ложена форд™ Тор0,,™'43’' БуК""еску (Л- >94] пред-
том: ' ’ Р‘ согласующаяся с эксперимен-
сечения
агЬ
откуда для квадратного сечения
П— Л «О _!_
воеиол
Для облегчения
192
2а 1
(10-50)
. л [се к.
(1051)
ьзоваться гпайичУм03 П° фоРмУле (10-50)
01 1рафиком На пне 1П.1с; .... _______________________________
можно
кЬ
в квадратных скобках.
В формулах (10-50) и
в см, р — в мм рт. ст.
Для воздуха при 20° С
формулу
(10-51)
величины
Левинжер [Л. 23]
(7 = 260У . />• + 1 . п,
I 2--------’ 'Л/Сек.
Значения коэффициента V даны в табл. 10*5*
Рис. 10-15. Кривая 1|—/(/?/«) для
расчета уравнения (10-50).
Таблица 10-5
а, Ь и I —
предложил
(10-52)
Значения коэффициента V
а/Ь ьо 0,9 0,8 0.7 ол 0,5 0,4 0.3 0,2 0,1
у 1,00 0,99 0,98 0,95 0,90 0,82 0,71 0,58 0,42 0,23
сечения с к о а к-
стержнем (см.
Трубопровод кругло! О
с и а л ь н о расположенным
рис. 10-1)
1.04.10-3
для воздуха при 20 "С
(10-5'1)
Трубопровод эллиптического сечепи
рис. 19-8)
/• - я Р1 + _ ,д'^3 — , л!сек; (1 •- 5)
( 128 ’ <?2 +
для воздуха при 20°С
[/= 182 А ------Л^еК' ’5°)
Пропускная способность отверстия. Па осно
вании уравнения Прандтля [Л. 195]
где и—показатель адиабаты (см. табл. 9-1);
А — площадь отверстия, см2;
Р\ и р2 — давления в сосудах, разделенных диафрагмой
с отверстием, причем р\>р2;
т —масса молекулы газа, г;
к — постоянная Больцмана (6= 1,38-10-'6 эрг!град);
Т\ — абсолютная температура, °К.
При использовании формулы (10-57) следует пом-
нить, что при определенном соотношении давлений, на-
зываемом критическим, в сечении отверстия устанавлива-
ет я корость истечения, равная скорости звука, и даль-
нейшее уменьшение р2]р\ не меняет значения скорости,
критическое отношение давлений р2/р^0,525. Учитывая
обстоятельство, получим для воздуха при 20° С
следующие значения пропускной способности огв.фор,
а) при 1 ^Рг1р\^0,525
У 20Л, л/сек.
(10-60)
В некоторых случаях при соотношении давлений
0,05 Р.2/Р1 0,5 для воздуха при 20° С используют сле-
дующую формулу:
У = 76,ЗА
л/сек.
(1061)
Короткие трубопроводы (/<20(7). Пропуск-
ная способность трубопровода с круглым поперечным се-
чением произвольной длины может быть определена по
формуле
О =------ , Л/сек, (10-62)
2560^ 1+4.5-^г--Т-]
где (I — диаметр трубопровода, см;
Р\> Р%— давление на его концах, мм рт. ст.;
г) — коэффициент динамической вязкости
X сек/м-;
I — длина трубопровода, см;
т — масса молекулы газа, г;
/г — (постоянная Больцмана (/г= 1,38 • 10-,е
Т — абсолютная температура, °К;
—поток газа, л-мм рт. ст./сек;
для воздуха при 20° С
газа нХ
эрг/град);
(10-63)
При неизвестном (?' расчет по формулам (10-62) и
(10-63) веются методом последовательных приближении
Ю тех пор, пока разница между С?, принятым при рас-
чете I . и р2) не будет меньше 10/0.
Для расчета пропускной способности коротких тру-
бопроводов при вязкостном режиме течения газа с. лю-
бой формой поперечного сечения следует учесть влия-
ние сопротивления входного отверстия. При этом, как и
при молекулярном режиме, общее сопротивлсш
кого трубопровода II общ будет равно:
И общ == ^тр -Н ^ОТ1»
гае 1ГТ|)= 1 77тр —сопротивление трубопровода, причем
С'тр рассчитывается по формулам
(10-48) —(10-55);
1Г„ТВ= 1/7/,,ть — сопротивление входного отверстия,
причем 7/отп рассчитывается по фор-
мулам (10-57) — (10-61).
Пропускная способность вентиля. Для
расчета при вязкостном режиме течения газа можно за-
менить вентиль участком трубы с диаметром, равным
тиаметру условного прохода вентиля, но с длиной, в 2—
3 раза большей длины вентиля (Л. 75].
Пропускная способность для различ-
ных газов. Для того чтобы пересчитать значение про-
пускной способности, рассчитанное для некоторого газа
с вязкостью для другого газа с вязкостью т|2, следу-
ет умножить значение пропускной способности системы,
найд иной для первого газа, на отношение кото-
рое определяется уравнением
(10-64)
Таблица 10-6
о ение проводимости газа к проводимости воздуха при
вязкостном режиме течения
34(1
-
где пм и /?^2 — массы молекул газа*
и *- диаметры .молекул «за (см. пр„ ,м
При одной и гой же температуре газа „ №
табл" д “ЛЬЗ°8аТЬСЯ 0™|||с"“>™, приветен,„
МОЛЕКУЛЯРНО-ВЯЗКОСТНЫЙ РЕЖИМ ТЕЧЕНИЯ ги
Д Л 1 Н И Ы Й II р Я М о Л И II С Й II Ы Й Т р у б О II р О В О 1
с к р у 1 л ы м с е ч е и и м. Для определения проводимо-
сти та . > |русопроводи ооычно применяют пол /эмпи ь
чсскую формулу, полученную Кнудсеном [Л. 203]:
где (I — диаметр трубопровода, см;
р1 и р2—давления на его концах, мм рт. ст.;
I — длина трубопровода, см;
1г— пюстояпная Больцмана (1,38-10~1С эрг!град);
Т — абсолютная температура, °К;
т — масса молекулы газа, г;
т] — коэффициент динамической вязкости газа, нХ
X сек/ м2.
Формула (10-С5) справедлива для диапазона режи-
мов течения газа от вязкостного до молекулярного
включительно при условии, что режим течения один
на всем 'протяжении трубопровода.
Для воздуха при 20° С
1 -|- 256 / 5 ’
и = 1824 /Д+& + 12,14------------------ л''се'!-
/ 2 I 4-316,'/-д—2--
(10-66)
где
(10-08)
Значения 7 в зависимости от <1р — (рг -ф- /л.) пред-
ставлены на рис. 10-16.
Рис. 10-16. График для расчета пропускной спо-
собности круглого трубопровода при молекуляр-
но-вязкостном режиме течения воздуха при 20° С
[Л. 196].
Пропускная способность трубопрово-
дов с формой поперечного сечения, отли-
ча^о^гцеися от круглой. Для определения пропуск-
ном спо<.о ности тру оопроводов с некруглым поперечным
яя еп/н?*о используюг приближенный метод, основанный
лигпр“п'7»ении К0ЭФФиниента /, взятого по графику на
с кпмгпым’ Г °РЫН булет точен ДЛЯ трубопровода
тоубоппойппгп’ереЧПЬ"М 1Сечеи?ем И приближенным для
ла чекой пт шр С И”0И Ф°Рм°и поперечного сечения, но
далекой от щелевой.
При определении величины с/д
величину , где Л—площадь
трубопровода с некруглым сечением
31 -
вместо с1 подставляют
поперечного сечения
пускпую способность вентиля при
7 1 * 71 Р™ молекулчппп
„ОМ ре«и>.е можно оценить методом лийш
ляции. Для этого определяют '^инои «нг
значения ппппи^
собпосгп вентиля для границ диапазона “»•
ветствующих молекулярпо-вязкостному веж„ „ г?”'
пускная способность вентиля для любого дадтД
фРорз1у“‘е'<УЛЯРНО'ВЯЗ'<ОСТ'Ю'' ₽СЖИЧе по
м - В. ' Рнт
гд с Ат.вент
п.гейт — С м.в(.нт
отв — пропускная способ-
н ть в нтиля при молекулярном режи-
м с;
Уотв пропускная способность отверстия с диа-
метром, равным ДУ вентиля;
ЬДвепт — пропускная способность вентиля при вяз-
костном режиме; определяется по фор-
мулам (10-48) и (10-49), в которых
равно ДУ вентиля; / равно 2—3 длинам
вентиля и среднее давление равно рв;
рв = 0,5/ДУ—верхняя граница молекулярно-вязкост-
ного режима, мм рт. ст.-,
рм = 0,015/ДУ — нижняя граница молекулярно-вязкостно-
го режима, мм рт. ст.;
Р1 — давление, для которого определяется
(7м-в;
ДУ —диаметр условного прохода вентиля, см.
График и номограмма для вычисления
значений пропускной с п о с о б н о с т и. риве
денные на рис. 10-17 кривые позволяют определить про
пускную способность трубопровода длиной л _
симости от диаметра при различных средних ,
г
=4 • Ю-2 мм рт. ст.
но, режим течения газа молекулярно
4
г
Пример. Определить пропускную спос б"оесдт^еуР> давлении3
метром 10 «
х<лпГ‘к^ЛЯОНО-ВЯЗКОСТ1!ЫИ. I Р рчия
численные значения
рис. 10-16) определяем:
в (10-67), найдем:
10’
418 доте.
1П-17 легко найти, что
Используя кривые, пРи|вс;1е,Т“?л11^иРпри р ~
тля трубопровода длиной 1 «, й
пропускная с
410 л'Л что хорошо совпадает с величиной,
л/еек. Тогда для
составит пример-
пол ученной рас
Рис. Ю-17. Пропускная способность круглых трубопроводов длиной
в зависимости 1 диаметра при различных средних давлениях />
для воздуха при 20° С.
Если известны длина и диаметр трубопровода то пе-
ресечение прямой, соединяющей эти две точки со шкалой
Ч ••Л • ДНЛ 1ение пролускной способности при молеку-
лярном режиме течения газа. 7
Истинная величина пропускной способности при дан-
Р1 + А>
ом среднем давлении р-
может быть вычи-
эна п.тем хмножения полученной величины
344 у 1-5 с-? ! й'й
при
молекулярном режиме
Коэффициент может
ресеченни шкалы 7 с
шкале диаметров с1 с
ний р.
на поправочный коэффициент /
быть найден из рис. 10-18 на ю
прямой, соединяющей очку на
,ОЧКОИ "а »™-"е средних
Рис. 10-18. Номограмма для расчета круглых трубопроводов при
всех режимах течения воздуха при -О С.
Пример. Для определения пропускной способности
да с размерами, указанными в предыдущем пример „ипметоов
мой точку 2 м на шкале длин с точкой 10 см на шкале диаметров.
Пересечение прямой со шкалой I) дает величину -,
Теперь точку 10 см соединим с точкой • 0
шкале средних давлений и па шкале 1 полу1 ’
ким образом,
у=60- 6,8—400 л/сек.
10-4. ТУРБУЛЕНТНЫЙ РЕЖИМ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА
Для турбулентного режима пропуск ч сече.
О длинного трубопровода с круглым п Р_ б _ ПОд.
нием с достаточной степенью точности л
считана по формуле (. I. 194]
Ц.75-Ю-» </!Р' [Р1 + Р^_ ЛДГ/Л (10-701
" ' 141 ' ^-Р^“
где р—плотность газа при давлении 1 мм рг. ст..
г/см5 (см. приложение 20):
— коэффициент динамической вязкости а,
н • сек/м2;
<7—диаметр трубопровода, см;
/ — его длина, см;
р1 и р2 — давления на концах трубопровода, мм рт. :т.
Формула (10-70) выведена, исходя из закономерно-
сти, экспериментально установленной Блазиусом [ I. 194]:
^-=0,12- 10"’^-.
Ке ’
где и — средняя квадратичная скорость течения газа по
трубопроводу, см/сек.
Основываясь на этой закономерности в предположе-
нии, что плотность газа мало меняется по длине трубо-
провода, можно найти разность давлений по концам
трубопровода:
А — р2 12-10“* — . — , мм рт. ст.
Среднюю квадратичную скорость течения потока от-
качиваемых газов при относительно коротких трубопро-
водах, обладающих небольшим сопротивлением, можно
наити, исходя из предположения, что она равна скоро-
сти газов на входе в насос-
и — 10* —, см/сек,
(10-71)
где 5П
— быстрота откачки насоса, л/сек,-
Формул? нап7л?ПереЧН0Г° сечеяия трубопровода, см?.
Дл₽яЖеДЛИва для 2 200 < Це <200 000.
равна- ри 0 С пропускная способность будет
/у — 94 6/19/7 0?» + а)4/7 ,
л1^к. (10-72)
Турбулентный режим течения газа лом,икает <и,ш
при достаточно больших давлениях и знаянтетчо’,',
перепаде. Минимальное значение давленая р, иа вш
„з трубопровода, при котором имеет место турб ли
режим, м жет быть найдено по уравнению
р2 = V ^1 + 1 > 67 • 10* ’ мм рт. ст.,
(10-73)
где р\—, явление на входе в трубопровод, мм рт. ст.;
I -длина трубопровода, см;
(I диаметр трубопровода, см;
т] — коэффициент динамической вязкости, н-сек/м2;
р! — плотность газа при давлении 1 мм рт. ст., г)см\
Для воздуха .при 20° С
р2=у р\ 4-3,24-^з- » мм рт. ст. (10-74)
При перепаде давлении
где х— показатель адиабаты (см. табл. 9-1), газовый
поток на выходе из трубопровода достигает скорости зву-
ка. В этом случае величина газового потока подсчиты-
вается по уравнению
х+ I
Ю-з/ Рг р — / 2 \2(х-|) , л-мм рт. ст.(сек,
Р1 \х+ / (Ю-76)
где А — площадь поперечного сечения
Для воздуха при’20°С
^, = 4,^2^^0-2Арг, л-мм рт.
трубопровода, см~.
ст./сек. (10-77)
глава одиннадцат^ расчет пропускной
СПОСОБНОСТИ СЛ0ЖН0Г5)„Г,иа ГАЗА ПО МЕТОДУ
ПРИ МОЛЕКУЛЯРНОМ РЕЖИМЕ?У‘Ут0Д МОНТЕ-КАРЛО)
СТАТИСТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ (МЕТОД МОп
11-Ь РАСЧЕТ пропускной способности ТРУБОП
ПО МЕТОДУ СТАТИСТИЧЕСКИХ ИС
Дэвис [Л. 197] Рассм7ре;о®одов^ложноГгео^
пускной способности Т6/6°ПРО„ методом могут быть
рией по методу Монте-Карло. Этим методе
п„тапы пропускные способное™ элементов вакуум-
вых “X". про -молекулярном режиме течения га а п
лт’\ 11’1 вип газоотделення и натекания.
Мев д расчета основан .на моделировании с помощью
электронных вычислительных машин траектории отдель-
ных молекул, попадающих в трубопровод из обьема <. е-
ограннчоннымп размерами и в дальнейшем после с о чк-
новений со стенками трубопровода продолжающими свои
путь в соответствии с гипотезой Кнудсена (см. гл. ^).
Прослеживаются траектории большого количества х Лс-
кул. которые частично проходят через рассматриваемы!
трубопровод, з частично отражаются и выходят о<
через входное отверстие. Затем вычисляется вероят ь
Р;, прохождения молекулой данной системы:
— число молекул, покинувших систему через вы-
ходное отверстие /;
Л\-— число молекул, вошедших в систему
входное отверстие
Коэффициент вычисленный таким образом,
гичен коэффициенту Клаузинга в уравнении (10-38):
Т1__ П 1
через
анало-
2)
1
Дэвисом проанализированы течения газа через пря-
мой трубопровод с коленом под углом 90° и без колена.
через прямой трубопровод с диафрагмирующими отвер-
стиями, через прямой трубопровод с диафрагмирующими
отверстиями и помещенной в середине пластиной, пре-
дотвращающей прямой пролет молекул, и через прямой
тр\ юпровод с сечением в виде кольца. Полученные Дэ-
висом результаты показаны на рис. 11-1 —Г]-4 и в при-
ложениях 21—25. Для числа испытаний около 104 и до-
стоверности 90% максимальная ошибка этого метода со-
ТЯВЛЯОТ Кб /о. ОднаКО ИСПОЛЬЧОПЯНМо матляги/п пплпт-п
Одиако использование методики расчета
гьХел,1р0НПЫХ вь,чнслитсльных машинах, предлагаемой
г тпип„лг.ПреДСТаПЛЯ0Т зпачительиые неудобства в связи
ммтш - ч Ь,° ко^иРоваиия задачи в случае сложной гео-
мсприи элементов вакуумной системы.
опигя«иггл^61 $Ь1ТЬ значительно упрощен при замене
модели пока и метода мет°Дом графо-аналитического
моделирования на плоскости.
предлагаемой
Графо-аналитическое моделирование представляет
практический интерес, в связи с чем ниже подробно
излагается и иллюстрируется примером, взятым из рябо-
ты [Л. 198].
„и СТАТИСТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИИ
П-2. УПРОЩЕННЫЙ МЕТОД
также положен метод
В основу упрощенного ЙХ числ0 уменьшено
статистических испытанш . - превышает ±Ю по-
до 150, так как при этом ошибка расчет0^
что вполне удовлетворится плелирования заменяете
Метод математического мпод^л„рования на пло-
методом графо-аналитическ°г ‘ торий молекул в>про
скости. Для моделирования трае Р последовательности
щенком методе используются дв 34»
ми
я г ^пппнсс заложенными в них нужны-
случайных чисел .ар’ $ из последователь-
функциями распред . • очки вхождения моле-
ностей используется для ‘____ выбора направче-
кулы в данную систему, дру1ая—для вымо| ‘
2 * 6 8 Ю 12 14 16
Рис. 11-2. Вероятность прохождения молекулы че-
рез круглый трубопровод с коаксиально располо-
женным стержнем.
ния движения молекулы при входе и после отражения
ее от стенки.
Переход к плоской модели осуществляется за счет
выбора ширины модели на плоскости, которая соответ-
ствует средневероятной длине траектории, проходимой
молекулой до столкновения со стенкой в плоскости
поперечного сечения трубопровода. В результате проек-
ция пути молекулы на плоскость диаметрального сече-
ния тру опровода будет равна длине хорды от, состав-
ляющей с диаметром угол а (рис. 11-5)
по*
Для цилиндрического трубопровода с круглые,
перечным сечением (рис. 11-5) после учета у, товоЛ ,
„редело,та, отраженных молекул по заковд
получим следующее выражение для средневероиюто
пути молекулы ав до столкновения со стенкой:
где д. — диаметр трубопровода, см\
а — угол между нормалью к поверхности и траек-
торией молекулы в поперечном сечении трубо-
провода.
кпеи длины по
Таким образом, плоской моделью цилиндрического
ВДвопров°«^
"оме.иИравпой ‘яДЦ. Для построения плоской модели
трубопровода с другой формой поперечного сечения
сравним формулы (10-9) и (10-7).
0,6'
Рис. 11-4. Вероятность прохождения молекулы че-
рез прямой трубопровод с диафрагмирующими
отверстиями и помещенной в середине перего-
родкой.
Запишем формулу (10-7) следующим образом:
^=19,441/—•
IV м х в
Подставим в это уравнение значения А и В для тру-
бопровода с круглым поперечным сечением:
пускные способности двух тр
и с одинаковыми площа щми
уНМК-НИЙ ВИДНО, что про
^проводов ОДНОЙ длины
поперечными сечениями будут равны в
случае, если
ыражение (11-4) позволяет при графо-аналитиче-
ском моделировании заменять пространственную моХ
трубопровода с любым сечением плоской мотетью
круглой труоы, поперечный размер которой 0„ опреде-
ГТ Т ( \ Г4I 1 Т ( IЛ ? "X А С X Т УТ &
где /<' — поправочный коэффициент;
— площадь поперечного сечения трубопровода;
В — периметр поперечного сечения трубопровода.
При таком методе моделирования отдельных элемен-
тов вакуумной системы, затруднено построение плоской
модели стыка двух элементов с раз-
личными площадями поперечного
сечения. Это затруднение вызвано
тем, что в месте перехода в трубо-
проводе соотношение площадей про-
порционально квадрату их диаме-
тров, а при проектировании на ‘пло-
скость это соотношение пропорцио-
нально отношению диаметров в пер-
вой степени. Последнее обстоятель-
Рис. 11-5. К расчету
средневероятного пу-
ти молекулы.
ство нарушает при моделировании
на плоскости условия перехода мо-
лекул из участка с одной площадью
поперечного сечения в участок с другой площадью.
С целью устранения этой несогласованности соотно-
шение поперечных размеров соседних участков с раз-
ной площадью поперечного сечения выбирают равным
отношению их площадей, или, что одно и то же, отноше-
нию квадратов их диаметров. При этом, однако, длину
одного или нескольких последующих участков приходит-
ся изменять в той же пропорции чтобы сохранить преж-
нее отношение пропускных способностей участков трубо-
провода.
23—1078
когда по каким-либо соображениям по-
перечное
плоской
оставляют равным
> участка увеличи-
вают в 4 т паз. Такое увеличение следует из отношения
диаметра трубопровода к средневероятном) пути моле-
кулы до столкновения со стенкой, т. с. ов-
Посае построения плоской модели участка вакуумной
системы проводится моделирование процесса движения
молекул. Для этого входное сечение плоской модели
разбивается, например, на 18 равных отрезков, ч ля
пространственной модели соответствует ~опер раз-
бивки площади входного отверстия на 1Ь частей, пред-
ставляющнх собой полукольца, внешний и внутренний
радиусы которых отличаются на величину, равную 1/9
радиуса. Вероятность попадания молекулы в любое из
полуколец (или в любой из 18 отрезков входного сече-
ния" плоской модели) пропорциональна площади соот-
ветствующего полукольца. Для выбора места входа мо-
лекулы во входном отверстии элемента используется
последовательность случайных чисел, в данном случае от
1 до 18 (по числу полуколец), с функцией распределе-
ния, отражающей упомянутую выше вероятность (см.
приложение 26).
Процесс составления таблицы последовательности случайных чи-
сел аналогичен процессу разыгрывания лотереи. В барабан закла-
дывается Л', карточек. На каждой карточке записывается одна из
цифр от 1 до 18. Число карточек с одинаковой цифрой определяет-
ся выражением
А
«1 = Л'»~д7‘’> ' = >• 2, 3.17,18, (11-6)
где Л\— общее число карточек;
число карточек с цифрой /;
/1о — площадь входного отверстия;
Д ~ площадь соответствующего полукольца.
арточки последовательно извлекаются из барабана и цифры
еЛапТ™ЧТ занОеятся Е таблицу последовательности случайных чи-
Лл‘’н^“1е Чего ка Т0ЧК11 вновь возвращаются в барабан.
и «с ДВИАе 1И.Я аЖ10я входящей молекулы и направле-
[(>••тетоп'1т^1 ।1ЯЯ °Т сгеяок системы задаются с помощью другой
иый чакон \ г'г?пр-1РпСЛ<’Ч?И11иХ чнсел,_ Учитывающей косинусоидаль-
лекул от дплеПия направлений вхождения и отражения мо-
то1 вхожяечня/ п03 ЮЖ1|опо ^,ол ОгРажеиия от плоскости (или
Кажю'лу Ь1И 80 ’ Разби|‘ается па 18 частей через 10.
порядковый номер «/1 и™Р,а«л*1,ию Движения присваивается
СВОИ
д ел не: с я п о фо у
молекулы онре-
Число карточек с какой-либо шиЬиой
НОС1И определяется но формуле ДЛЯ д‘,1!,|°" Пос г:донзде и,.
цем С0СТаВЛе,,ИЯ таблш1ы 104,10 >'*. как и в нредыду
Последовательность случайных чисел от I до 17 для
выбора направления движения молекул, составленная
рассмотренным способом, дана в приложении 27. Мо-
делирование процесса движения молекул через данную
систему проводится в следующем порядке: с помощью
первого случайного числа из первой последовательности
чисел задается место входа молекулы в систему через
входное сечение. Первым случайным числом из второй
последовательности чисел задастся направление движе-
ния молекулы в системе. Траектория движения молеку-
лы продолжается до столкновения се со стенкой. Из
точки столкновения со стенкой направление вылета мо-
лекулы задастся вторым числом из второй последова-
тельности случайных чисел. Траектория движения вновь
продолжается до пересечения со стенкой и направление
отражения от стенки задастся следующим числом из
второй последовательности чисел. Пронес продолжается
до тех пор, пока молекула нс покинет систему через вы-
ходное или входное сечение. Затем процесс повторяется
для второй и последующих молекул. После проведения
150 испытаний по формуле (11-1) вычнеляен'я вероят-
ность прохождения молекулой данной системы, а по
формуле (11-2)—пропускная способность элемента или
системы. Средняя точность расчетов, выполненных таким
образом, достаточно высока.
ПРИМЕР РАСЧЕТА
ПО УПРОЩЕННОМУ МЕТОДУ СТАТИСТИЧЕСКИХ ИСПЫТХНН
11-6 показано
в открытом положении
поперечное сечение вентиля ДУ-^^0
. Канал вентиля разбивают на три
Т4'1 иипстках II И II1 ПОТОК ГЯо! ДС.ТЗвГ
как показано на рисунке. На уисткс.
попорот на 90'. в связи с чем
плссгоянию от начала соотнес
длину этих
элементов берут равной
?гв\1отего участка
до пересечения их
осей.
разом: ДЛИНЫ / | — /|
пений. Диаметр вход
Размеры плоской модели
рассчитывают следующим оо-
=20 мм— остаются без изме-
отверстия берУт РаВ11ЫМ средиевероятиому
лет и молекулы:
80
и 1 =
Рис. 11-6. Поперечное сечение вентиля /1Лг-80
в открытом положении.
Диаметр плоской модели корпуса вентиля находят из условия
сохранения квадратичной зависимости площади поперечного сечения
капала оз поперечного размера:
О2
1У 187 мм.
Размер /' определяют из условия сохранения прежней величи-
ны пропускной способности (несмотря на относительное увеличение
диаметра), для чего увеличивают этот размер пропорционально от-
юшению принятого диаметра поперечного сечения на плоскости
к длине средневсроятног
перечным сечением:
о пути молекулы в канале
истинным ца-
I' 1 0
138
80 ~ мм*
Размер (Г2 берут равным средвевероятной хорде
гГ2 =
7^2 к-84
4 3 Г” = ОС) мм.
Входное сечение
частей и моделируют
на плоской модели разбивают на 18 равных
процесс прохождения молекул. Для этого спо-
Рис. 11-7. Плоская модель 1-го участка вентиля.
мощью таблицы (см. приложение 26) последовательности случайных
чисел задают место входа молекулы. Число 16 (первое число после-
довательности) показывает, что первая молекула входит в плоскую
модель через середину 16-го отрезка. Затем первым числом из вто-
рой последовательности (см. приложение 27) задают направление
движения молекулы. Число 12 этой последовательности указывает,
что траектория первой молекулы составляет угол 120° с плоскостью
входного сечения. Продолжив траекторию до пересечения со стен-
кой, находят точку 1. Следующим случайным числом 10 из вто-
рой последовательности случайных чисел задают направление дви-
жения молекулы после отражения от стенки. Угол, равный в дан-
ном случае 100°, откладывают по направлению движения часовой
стрелки (все углы откладываются в одном направлении), и полу-
ченную таким образом траекторию снова продолжают до пересече-
ния со стенкой и находят точку 2. Берут следующее число из вто-
рой последовательности и откладывают угол 130°. Продолжая тра-
екторию движения молекулы, можно убедиться, что она вышла че-
рез входное отверстие.
Вторым числом 4 из первой последовательности задаю? место
входа второй молекулы, а числом 11 из второй последовательно-
СТ1 _направление движения молекулы и прослеживают таким же
о^раюм трзсморию движения второй молекулы ДО выхода ее н<
"'^ТродТла^ошкашше^операции для 150 молекул, получают число
молекул прошедших модель, равное 42. Таким образом, вероятность
прохождения молекулой участка I оу дет.
молекул, прошедших мо
п — — — — 0 ОЬ
^1-11— /V» 150 "
В соответствии с формутами (10-36), (10-38) и (11-2) можно за-
писать:
= р।___л вх.огв*
В результате сопротивление этого участка вентиля та
входного сопротивления [см. формулу ( -13)] будет:
1 1 1 ^1—И
и Тр = « ]-Г.х.от. = отп — [/вх.отв “ ^1-п^вХ.от.’
где Опх.стп — пропускная способность входного отверстия участка/,
равная для воздуха при 20°С в соответствии с (10-37):
/7.x,от» — 11 >6 —4— = 584 м/сек.
откуда
ш- ^О’28
Итр~ 0,28-584
е=4,4- Ю“3 сек-л
Участок // представляет собой кольцевой канал длиной 4 см
с наружным диаметром 13.8 и внутренним диаметром 8,4 см. Для
этого канала по формуле (10-12) определяют:
ц| = 12.1к,К_Д-^(О + ^)
'з
по упрощенному мето-
Со ротивленис участка III рассчитывают
сткя ?пис ®пРсде-1ЯЮ1' размеры плоской модели этого уча-
ляют без ич-рцр->ио43':еРи кольцев01'0 сечения этого участка остав-
берут оавчым внутренний диаметр кольцевой полости
• д арифметическому значению диаметров с12 и г/3:
75 0—138 мм',
84 + 74
— 80 леи.
Диаметр цилиндрической части участка III г „п„.,
прежнего соотношения размеров оставляют из п поскЛ ,С0ХРаиеиИ5»
иым диаметру цилиндра: ° из плоской модели рав-
б/"4=г/4 = 80 мм,
скую модель длину цилиндрической части: и пло
„ О" .1е\ 138,56-1
3~ 2 к <-37,7 = 1'10,5 мм.
Рис. 11-8. Плоская модель ПЬего
участка вентиля.
Так как пропускная способность любого элемента в обе сторо-
ны одинакова, то для удобства моделирования процесса прохожде-
ния молекулами плоской модели участка 111 вентиля разбивают на
18 равных частей выходное отверстие и считают его входным.
В дальнейшем расчет ведется точно так же, как для участка /. По-
сле проведения 150 испытаний убеждаются, что число молекул, про-
шедших плоскую модель участка ///, равно 44; следовательно,
44
_ж» о 994
ПЬ-Ш— 150 ’
В результате сопротивление этого участка, без учета входного
сопротивления» составит:
1 — 0,294
1 — Аг-11!
ГП1=;Рп_|11У,х.^'в 0,294.584
= 4,12-10-* сек-л~1.
Вычясляют
Г\ ют равна сс
^противление дросселирования вентиля, которое
ню на входе в вентиль Это сопротивление
Р.Ы-
о61 > а т 11 а я вс л и ч и п а
численной по формуле (Ю-З/):
= 1,73-10"*
пХ ОТ#
Общее сопротивление вентиля ДУ-80 для воздуха при 20< С при
молекуляр юм режиме течения будет равно.
и сет == «71 + +и 111+ и ’др=
^<^10_1+± + 4.]2.10-*+1,73.10“’=10,675.10-’ггК.Л->.
Пропускная способность прн этом будет со тавлять:
Довщ- Ц7о5щ 10,675-10-’
д-94 л/сек.
ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ. РАСЧЕТ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ОТКАЧКИ
12-1. КВАЗИСТАЦИОНАРНЫЙ РЕЖИМ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА
Течение газа в реальной вакуумной системе может
иметь место только при наличии градиента концентра-
ции соответствующего газа.
Приведенные выше закономерности позволяют рас-
сматривать стационарные режимы течения газа, т. с.
такие режимы, когда давление в каждой точке остается
неизменным во времени, величина потока постоянна и
режим течения газа одинаков на всем протяжении тру-
бопровода. Это соответствует случаю, когда количество
газа, удаляемого в единицу времени из вакуумной си-
стемы, равно количеству поступающего в нее газа или
когда предельное давление в системе достигнуто и не-
обходимо лишь его поддерживать.
Однако па практике часто приходится решать зада-
чу откачки объема от начального давления до заданно-
го конечного давления. В этом случае искомой или за-
данной величиной будет время, необходимое для дости-
жения конечного давления.
Рассматривать задачу определения времени откачки
будем на примере простейшей вакуумной системы
(см. рис. 9-2).
Во время откачки имеет место нестационарный режим
с 1 1 ю 1аза, при котором давления и скорости течения
1 аза в каждой точке вакуумной системы непрерывно
меняются. О тако решение задачи нестационарного ре-
жима течения газа в общем виде представляет значи-
тельные математические трудности.
На практике для упрощения расчетов решают задачу
определения времени откачки до заданного дав-
ления при так называемом к в а з и с т а ц и о и а р и о м
режиме течения газа.
Квазистационарпым называют режим течения газа,
при котором разность давлений па концах трубопровода
мала по сравнению со средним давлением в нем; объем
трубопровода значительно меньше откачиваемого сосу-
да; в трубопроводе в каждый момент времени сущест-
вует один режим течения газа.
Иными словами, квазпетационарный режим течения
газа имеет место в вакуумной системе с сосредоточен-
ными постоянными. Эти условия можно выразить мате-
матически через постоянные времени, записываемые как
отношение величины соответствующего объема к скоро-
сти удаления газа из него. Для откачиваемого объема
Г постоянная времени
, сек, (12-1)
где 5о — эффективная быстрота откачки, леек, а дли
трубопровода с сечением Л и длиной /
А1 , по.о\
т2 = — , сек, Iй
г.,с (/ — пропускная способность трубопровода, л/сек.
Отсюда условие существования квазистационарного
режима течения можно записать [Л. 194] как
уи
80А1
(12-3)
период откачки.
то относительно „свелпка. Потому. *»о(^итм№ОТ<и,
начальный период откачки,
пренебрегают и
квазпетационарный,
у,№рба дли точности ,;ают вссь пр откачки как
расчет пропускной способности
формулам стационарного режима
(см. гл. 10).
т. с. в каждым момент вре-
Прн квазистационариом
нерязры»110СТ|| |ого |)3 отка,шваемого
протекающее через любое ее-
чеииеТрубопровода. и количество газа, протекающее
* ' „золе, должны быть равны друг другу [см. форму-
лу (9-34)].
Предположим, что из сосуда 1 с объемом I (см, рис.
<4-21 за время сП откачивается объем газа с!\ пр пи
рг и за это же время в результате газовыделен нате-
кания извне количество газа в сосуде / увел 1 на
а объем газа на сК^р,. В результате давление газа
в сосуде 1 изменится на величину с1р.
*
Учитывая сказанное выше,
ином (9-4) можно записать:
в соответствии с уравне-
(/л + ^) V"
(12-4)
Использовав только два
мапости остальных), получим:
первых члена ряда (из-за
Производя необходимые преобразования и разделив обе
части уравнения на (12-5) сП, получим:
аУ _____ V . аР 1
М пр1 а( “Г р, (Ц
(12-6)
Отметим, что процесс расширения газа следует счи-
тать политропным только в самом начале откачки,
когда имеют место турбулентный и вязкостный режимы
течения газа. При дальнейшей откачке с понижением
давления (молекулярный режим) процесс изменения
состояния газа можно считать изотермическим. Если
учесть, что
пилйтГ^ИВеДеННЫ^ °^ьем)» то в общем случае можно за-
1нО 1 Ь.
или
(12-7)
где
_^к = (2'у.
(И -
Из (12-7) имеем:
а{——_ лр
•% />. - <2\ /30
Если положить, что.(2\/5о = соп81, то после
рования получим:
интегри-
(12-8)
где — начальное давление в откачиваемом объеме;
р"1 — конечное давление в нем.
При весьма длительной откачке, т. е. при I—>оо,
/?"1 = С\/50 = Л1, (12-9)
где Рох — наименьшее давление, которое может быть
достигнуто в рабочей камере с постоян-
ным потоком газа при весьма длительной от-
качке (предельное давление);
50— эффективная быстрота откачки;
Ц —(З'газ
(12-10)
^/газ — скорость газовыделения;
Ф'нат — скорость натекания;
р02—предельное давление в вакуумной системе.
12-2. ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ОТКАЧКИ ВАКУУМНОЙ СИСТЕМЫ
ПРИ ТУРБУЛЕНТНОМ РЕЖИМЕ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА
Для турбулентного режима можно пренебречь газо
выделенном, и формула (12-7) запишется как
(1р
• (П *
(12-Н)
При турбулентном режиме пропускная способность
системы и гораздо больше быстроты откачки насоса
л'н. О СВЯЗИ Г чем МОЖНО принять 5'|) = 5'ц.
давлении, соответствующем гурбулеп гному
строта откачки механических вакуумных
стояния. Тогда можно записать:
В диапазоне
режиму, бы-
насосов по-
чале откачки;
трубопроводе в на-
— перепад давлений в трубопроводе в кон-
це откачки;
Носле интегрирования получим:
1 — значения части уравнения (12-14),
ключенной в квадратные скобки, при
р'I и р"[ соответственно.
за-
(12-13)
Гдс Г= Г/н —приведенный объем, л;
п _ показатель политропы, при турбулентном
режиме: обычно принимается равным х
(см. табл. 9-1);
Г’— откачиваемый объем, л;
5Н — быстрота откачки насоса, л!сек.\
р\— начальное давление;
— конечное давление.
В тех случаях, когда имеет место турбулентный ре-
жим течения газа и не соблюдается условие
расчетная формула для определения времени откачки
может быть получена из (12-12) после подстановки
в нее выражений (9-35) и (10-70).
В (Л 194] рекомендуется следующая методика полу-
чения расчетной зависимости.
Если обозначить перепад давлений па концах трубо-
провода через л'=Д1/р2, то можно записать:
где
Перепады давлений в трубопроводе р^рг и значения
функции У1 могут быть найдены из семейства кривых,
приведенных на рис. 12-1. Для этого^вначале подсчиты-
вается величина й, через которую обозначена не зави-
сящая от давления часть уравнения (10-70) или (10-/_).
6,75-10-- До/7
или для воздуха при 20ЭС
• Л-.
Р\ — давление
вода);
Р2 — давление
вода);
рГ1 — давление
р"\ — давление
в объеме (в начале трубопро-
у насоса (в конце трубопро-
в обьеме в начале откачки;
в обьеме в конце откачки;
17
По известному теперь отношению 5ц/й и р1 определя-
ются перепад давлений р\1р-2 и У\. В случае если давле-
ние на конце трубопровода рг у входа в насос можно
365
. В случае если давле-
Рис 12-2. Кривая >2(х) для уравнения
(12-15) [Л. 194].
принять постоянным, из выражений (12-12) и (10-70)
получим:
'равнении (12-15) находятся по кри-
Значения У2 в
вой на рис. 12-2,
12-3. ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ОТКАЧКИ ВАКУУМНОЙ СИСТЕМЫ
ПРИ ВЯЗКОСТНОМ РЕЖИМЕ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА
При вязкостном режиме течек-
туроулентиом режиме газоотделен'пс
в гпьХ„7МЙ,"с/и "е Учитываются
В трхоопроводс обычно значится!.
И1я газа, так же как при
натекание и ирс-
так как
давление
>но превышает величину
припускная способность нпи
^ыражается формулами (10-48)____
КН
Е коэффициент, учитывающий влияние форм.,
канала и вязкости газа на пропускную спосог"
1 1 X / V. 1 I
"а ”Х01С " (с.
1-7 I 1 V* < чУ хС I }
)>— давление па входе в насос.
В этом случае значение эффективной быстроты откач-
? оответствии с (9-35) можно записать как
9
'-'л г 9
Учитывая, что всегда количество откачиваемого газа
равно
II
получаем уравнение
(II
(12-18)
(И ’
где У=У/п — приведенный объем;
(/--объем откачиваемого сосуда;
/г — показатель политропы; для вязкостного
режима выбирается в пределах от 1 до ж
Так как количество газа Удаляемого в единиц
времени из объема V, равно количеству
откачивае-
мого насосом, то
из
После
(12-19)
где
и
и
Решив \
и после пптегр
— 1п
Обозначим:
С-
Из
(силе (12-20) относ
льный корень (с!р/(1!<0), получим:
Из начальных условий находим значение постоянной
интегрирования:
соп<?1 == В
(12-23)
/
где/Л — начальное давление в откачиваемом
Д''— значение функции (12-21) при р'г.
Применение формулы (12-22) целесообразно
верочном расчете.
Решение задачи значительно упрощается при
зовании кривых, приведенных на рис. 12-3.
Пример. Объем 70 л, заполненный воздухом (х=1,4), необхо-
димо откачать через трубопровод с1=3 см и /—250 см с помощью
*. ехаиичечкого вакуумного пафоса с быстротой откачки 5И—2 л/сек
объеме
при по-
исполь-
По соответствующей
/'г=5 сек/л объема. Для
будет:
кривой еРЦ для 5„ = 2 1/от
приведенного объема 30 л
время откачки
/ = 5 - 50 = 250 сек.
Это время необходимо, чтобы уменьшить
с атмосферного до 7,5 • 10~2 мм рт. ст.
Давление в объеме
I; необходимое для понижения давления_®
. с помощью насоса с быстрого и <ото
>овод д.пшмИ 1 -и и д,|а''етР^ачкнДЛеЯ,ИН11чного
абсцисс отложено время откачки -
с 1 пт до 7,5 • 10~2 мм рт. ст.
ки $ц через трубопровод длиной
при 20° С, По оси ;___.__
объема [Л. 196].
нии нс учитывался турбулентный режим течен
в начале откачки. „„шргтвенно меняет-
Если быстрота откачки насоса суш с д давле-
ся при изменении давления, разбивают КОто-
ний, получаемых при откачке, на п ча » асти произ-
рых считают постоянным. Для каж. пмуле (12-22).
водится расчет времени откачки по ф Р
Общее время откачки будет равно.
н /=« (12-24)
общ
12-1. ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ОТКАЧКИ
при мо. п:к1 л я рно-вязкостном
вакуумной системы
РЕЖИМЕ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА
при
|ражения. характеризующие длительность откачки
молекулярно-вязкостном режиме течения газа,
в общем виде получаются настолько громоздкими, что
ппшпмппть с их помощью инженерные расчеты нецеле-
ществснно меняется.
сообразно [21. 194].
Пои значении пропускной способности
большем быстроты откачки насоса 5П, рекомс
пользоваться формулой (12-13).
В случае если эффективная быстрота откачки е>0 су-
щественно меняется, диапазон давлений, соотве 5
щий молекулярно-вязкостному' режиму, разбива
участки, внутри которых считают постоянным,
дсляют длительность откачки для каждого из у 1а • в
равнению (12-13), заменяя в нем 5» па 5<> и сумми-
[/, гораздо
по уг...............
руя эти времена в соответствии с (12-24).
12-5. ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ОТКАЧКИ ВАКУУМНОЙ СИСТЕМЫ
ПРИ ПОСТОЯННОМ ГАЗОВЫДЕЛЕНИИ
При постоянном газовыделении действительна фор-
мула (12-8), преобразовав которую, получим:
/ = 2,303^-V?, сек, (12-25)
*^о / 1 Р 01
где Г — откачиваемый объем, л (при молекуляр-
ном режиме течения процесс изменения
состояния газа считаем изотермическим:
п=1);
$0 — эффективная быстрота откачки объема,
л{сек-,
р\—давление в начале рассматриваемого ин-
тервала откачки, мм рт. ст.-,
/А —давление в конце рассматриваемого ин-
тервала откачки, мм рт. ст.-,
118а — наименьшее давления, которое может
быть достигнуто в системе, мм рт. ст.-,
(4- определяется по уравнению (12-10).
Для упрощения расчетов по уравнению (12-25) мож-
7°',ьзова 1 ьси номограммой, помещенной па
рис. , которая учитывает только предельное давле-
ние насоса и пригодна при любом режиме течения газа.
77Л
давления при откачке
и
Чврсл нти пи шпили \ у И
- емзтривясмой Вакуумной систем С“'гастс™ую,ад(.
продолжают се до пересечении Л пР°“ОДят прямую „
ченную точку соединяют Нр""ой с ™'Ю.Й П™У
соответствующей зад;,„,|М|)! кои^ХХ™ п‘ *
С 1^
откачки
мости от т
12-4. Номограмма для опреде.
ребуемого конечного давления.
в завися-
сечение этой прямой со шкалой / д
Если необходимо определить время
ния, отличающегося от атмосферного
лепий р надо воспользоваться г""”’'
шкалой К
откачки от давле-
, вместо шкалы дав-
величиной
103 л
Пример. Определить время откачки к,—
от атмосферного давления до 10~1 мм рт. ст. с
ческого вакуумного насоса с быстротой откачки
Соединим прямой точку 5 000 л на шкале V
9той прямом сс
помощью мехами-
шкалой Г/$о со-
120 д3/'\
120 л«3/*<
единим с точкой 10 1 - .
прямой со шкалой / дает прибли.
на шкале р. и
льпо 1 800 сек.
дополиигольное время» нсооходнмое
10 10~3 лиг рт. ст. с помощью двух-
Определнм по номограмме
с быстротой откачки 700 ,«>/ч.
р С«"»»им ТОЧКУ 50«1 о с точкой 700 .«>/«. что определит новую
точку на шкале Г.5е- Соединив последнюю с точкой Лр-Щ щ-
»100, получим время, примерно равное ~ мин.
Следует отмепТть. что уравнение (12-25) дсйс1г,и-
тсльно лишь при постоянном значении эффект
строты откачки, что может иметь место лишь при м .. -
кулярно.м режиме течения газа.
Однако уравнением (12-25) часто пользуются и ри
других режимах течения газа. При этом делят пер юд
откачки на несколько частей, внутри каждой из кото-
рых 5 считают постоянной величиной, и тогда общее
время откачки равно:
(12-26)
где п— число частей, на которое разбит период откачки;
5(>1 — эффективная быстрота откачки на /’-й части;
р[ —давление в откачиваемом объеме в начале
/’-й части периода откачки;
1' т 1
Рг —давление в откачиваемом объеме в конце /’-й ча-
сти периода откачки.
Значение предельного давления р0) следует учиты-
вать лишь в нескольких последних слагаемых, для кото-
Рг< Юро1-
(12-27)
равнение (12-25) учитывает влияние газ;,.,,,,
тетьиостк п "зме"С||ий быстроты откачки насоса
этом иве,п^»г»2а 0ТКаЧК" сакП’м«ой системы. При
*>ом предполагается, что конечное
ваемом объеме существенно больше
Доь определяемого выражением
газовыделспия.
на дли-
давлепис в откачи-
предельиого давле-
(12-28)
~ "р"-
в системе в каждый °да°^ь”Г
газа, посту-
вакуумного насоса потоком газа и поток
паютего в вакуумную систему Поток 4 ____
щсго в вакуумную систему, суммируете.' Л*?1*
газов С™, поступающих из обрабатываем, ’
гязо I ния сгенок викуумпой системы О
пых в вак}. мную полость и потока газов О
мттихг т> ГТЛ Тпт/ттм 1 нат>
мых изделий;
газ, обращен-
+ (1229^
где Ри.мип — наименьшее давление, устанавливающееся
в сечении входного патрубка насоса-
5,, —быстрота откачки насоса при давлении
Рн.мин!
Р1 давление в откачиваемом объеме;
$0 — эффективная быстрота откачки объема при
давлении
При расчетах, производящихся во время эскизного
проектирования и имеющих своей целью выбор типораз-
мера насоса, характер изменения процесса газовыделе-
ния обычно нс учитывается.
Поток газов ф'изд, поступающих в вакуумную си-
стему из обрабатываемых изделий, можно оценить по
формуле
ф',. = 10^,:зд СА(з сек, (12-3
I*
где 6 — вес обрабатываемых изделии, кг, пЛпя/?п.
— удельное газовыделение из материа. Р
тываемых изделий, слс’/ЮО г,
/ — длительность процесса обРа.оот1^’ '^п’мсрнОсть
^-коэффициент, учитывающий иерав! омгрн
процесса газовыделения; ооьппх ст. • л/сек:
Поток газов может оыть измерен
тогда 93])
__7,Г)67<7| эд^ (/(/ рт.С1П.'Л1сек. (
Ч изд— /
7 гтетыюго газовыделения для
Значения величины 7и«д . темпсратурах при-
некоторых материалов при различные
водятся в приложениях 37 и , • ен,1Ые различными
Отметим, что результаты 3™^,зависят от
авторами при определении < 373
' Поток газов выделяющихся со стенок вакуум-
ной и.с/ем обращенных в вакуумную полость, опреде-
ляется по формуле
(?',аз = Рт- ст- 'ССК' 2'32)
ПС л пи —удельное газовыделение с единицы площад
поверхности стенки влк\\мнои систем! 1
(см. приложение 36), мм рт- сТ-‘ -1 см2' СС{'-’
р________площадь поверхности, обращенной в вакуум-
ную полость, см2.
В случае’ если вакуумная полость ограничивается
стенками, изготовленными из разных материалов, вели-
чина газовыделения должна суммироваться из газовы-
делений всех элементов, ограничивающих вакуумную си-
стеме. Следует учитывать повышенное газовыделение
стенок вакуумных систем, периодически контактирую-
щих с атмосферным воздухом, и влияние предваритель-
ной обработки поверхности (травление, обезгаживание,
отжиг).
При проектном расчете величину газовыделения
<2 газ с поверхностей, имеющих комнатную температуру,
принимают постоянной во времени. Для определе-
ния ф'газ из металлов используют значения удельного
газовыделения д'гяз после 1 ч откачки (см. (Приложе-
ние 36).
_ Поток газов (?'Иат, натекающих в вакуумную систему,
обычно берется по характеристикам элементов вакуум-
ной системы, а в случае их отсутствия — равным пли не-
сколько оольшпм чувствительности течеискатсля (см.
п™^енне 16)’ С помощью которого предполагается
™лять г,р°верку разрабатываемой вакуумной си-
<нмы после ее изготовления.
поток0га^СО-Ф°Р5’)Л0Й ('2'29;- "Считывают суммарный
поступающих в вакуумную систему, опре-
быстроту откачки 5
ходят др, полагая, что
о и затем на-
-и—(12-33)
>! *"* т использования насоса-
- О К ?о о ВЬ1С0К0вакУумных насосов; ’
для механических вакуумных насосов.
рассмотренная мет°Дика Расчета вакуумной систрш
с,ц(О шгаст, что скорость суммарного газовыделения 9'
ПР\яется в относительно небольших пределах ($=1 ; зЛ
Такой характер изменения величины (?\ можно об сг; чип,
см постепенного повышения температуры, при кото-
Пой осуществляется технологический процесс. Контро-
лируемой величиной обычно при этом является дав.ъ •
Л те в объеме, которое стремятся поддерживать не выше
1>повня, определяемого условиями проведения техноло-
гпческого процесса.
Когда ачивастся объем со значитри ил *
поверхности стенок, с которых постепсв,1о де™рб^Х™
газы. ИЛИ технологический процесс ведется п™ ,^”7
поп температуре, нрепсбречь нзмепеписм скороет г а'о
выделения нельзя. Методика расчета длитсХс„ т
качки с учетом изменения скорости газовыделения рас-
сматривается в следующем параграфе.
12-6. ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ОТКАЧКИ ПРИ МОЛЕКУЛЯРНОМ РЕЖИМЕ
ТЕЧЕНИЯ ГАЗА С УЧЕТОМ ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ
ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ И СТЕНОК ВАКУУМНОЙ СИСТЕМЫ
Прежде чем перейти к рассмотрению процесса откач-
ки вакуумной системы с учетом изменения скорости га-
зовыделения, укажем па некоторые основные закономер-
ности, которые следует принимать во внимание при ана-
лизе источников газовыделения.
1. Газовыделение зависит как от материала, так и от
предшествующей технологической обработки и состоя-
ния атмосферы, в которой находился материал до по-
мещения его в вакуум.
2. Скорость газовыделения пропорциональна истин-
ной поверхности материала.
3. Скорость газовыделения возрастает с повышением
температуры материала. Л„„иил
4. Скорость газовыделения из материала пост
уменьшается со временем. тл«-
5. С достаточной для инженерных Ра^ рн
ностыо можно принять, что скорость газовьд .
Давлениях ниже 10~3 мм рт- ст. не зависит
в вакуумном объеме. Это положение Берн
пока газосодержапис материала велико. 0 тем.
Во время откачки камеры, пЛ1^с’Су стснками ка-
пературу, удаление газов, ссязанпь.
меры. НДС!
удаляются
•>
сравнительно медленно. При
физически адсорбированные
этом в основном
на поверхности
полечен 14
На основа,... эксперимента [Л. 2"’1 г
графики скоростей записпмост,, от
п<>п\шлгтн ппи комнатной темпера . ]
с по-
-О. Зависимость скорости удельного
--- сьирочи УДеЛЬНОГО ГаЗООТТРЛРМЧа л' п-п.
< к ,Г Бреме1!;| «ПИ»» при комнатной температуре,
лее. тййг-”* ’
д«ь .ж, — >•-«»- -
ржавеющая сталь; 12 ме-1к Л,. Л ’-^Р^^'анизя; 10 — латунь- //-не-
по
и зце* лн, •;
и
ацетоном
3 — мягкая
5 — латунь
сталь;
дюралюминий; 8
и ацетоном.; /4 —
Л-гшым работы гд 1од|. Д'
1Л 210). ' Е
латунь протрав-
г и'1 Ь.Л? ’грарлсин,1я. промытая
по данным рабо*
времени откачки
‘ рительной
кинете случаев
-1-1 я ряда
обработке
изменение
материалов при различной
(рис. 12-5 и 12-6). В боль-
всличииы скорости удель-
поГо газовыделении д газ от времени при компа
пературе н°’- няется экспоненциальном законх
1
----V о! а 3
, л-лш рщ. ст./сек-см2,
<?'газ
где ч'огм
и чальная скорость удельного газовыдело-
й-константа, зависящая от рода материала
предварительной его обработки;
/ -время откачки, сек.
При расистах удобнее пользоваться формулой, полу-
1&.4'газ=4—В1,
(12-35)
где Л и В — константы (см. приложение 36).
Так как графики скорости удельного газовыделении
с поверхности (рис. 12-5 и 12-6) после 2—3 ч откачки,
построенные >в полулога-
рифмическом масштабе,
имеют вид прямых линий,
представляется возмож-
ным производить экстра-
поляцию трафиков в сто-
рону больших времен от-
качки.
Полная величина га-
зового потока со стенок
для каждого интервала
времени откачки может
быть найдена -по формуле
(12-32).
Время, необходимое
для достижения заданно-
го давления, проще всего
найти графически. Для
этого надо значения ор-
динат па кривых скоро-
стей удельного газовыде-
ления (рис. 12-3 и 12-6)
умножить на величину
Рис 12-6. Зависимость скороеы
пе 1Л.
„ „. 2-органическое стекло-
I _ нейлон. 2 °Р_ цеяк: 5 - спа
.4 —фторопласт. »иТ
площади поверхности, вы-
деляющей газ, и построить на оси ординат
график Затем через т у удаляемых
(рис. 12-7), соответствующую пот°ку влении [см- Ф°Р*
вакуумной системой при заданно» 377
НИЯ
ны
сечения|с|крнвой скорости газовыделения. лосцви. и;.,-
ки пересечения даст время достижения заданного да ле
Если стенки камеры вакуумной системы изго о ле-
из разных .материалов, необходимо построить к и ге
газовыделения для всех элементов и, ггросх ммпрова их
ординаты для соответствующих моментов времени, по-
Рис. 12-7. Газовыделение вакуумной камеры.
/ — суммарное газовыделение со стенок и с уплотнителя; 2 —
:а .овыделение со стенок камеры, изготовленной из малоугле-
родистой стали; 3 — газовыделение с поверхности уплотнителя,
изготовленного из фторопласта.
лечить кривую скорости общего газовыделсния. Время
достижения заданного давления находится так же как
и в предыдущем случае.
с внутоенш>'м^иия«^ИТЬ ослМЧ’ не°бходи.мое для откачки камеры
мапоуглеволигДй г Р°М и высотой 250 мм, изготовленной из
малоуглеродистой стали, до давления р1=5-10“Б мм пт ст Сум-
Хых ГвХн^ВеРполпг7И Фто₽°Т<™ВЫХ уплотнителей*" обУра-
огкачки вакуумной ги^тйЛ°СТЬ’ равна 60 см2. Эффективная быстрота
5о-10л/ХУ МЫ ПрН давле”ии 5-10-5 мм рт. ст. равна
Площадь поверхности металлических стенок камеры будет:
Л«1 = 2я-26:74-}-«.26.25 = 3100 см2.
> ....
азовыделения в
|<1ТЫ полученные
азовыделения.
Поток газов
МНОЖИВ С()ОГВСТСТвуК)1Цне
" вр"“°Хг?« «
построим криву^'/: ^^им^рда'
..* > -гао, ,;у—
0Г^рхЗ„ = Г>-10~5- 10=5-10-“, л-.м,и рт. ст./сек.
Т>псрь через точк О' = 5-10-‘' л-мм рт. ст.]сек. на оси ординат
1С м горизонталь до пересечения с кривой / скорости суммар-
ПРОВСД * ов^деления. в результате получим, что давление р| =
"°5°10-5 «’« Рт- ст- будет достигнуто через ~2,4 ч.
Пользуясь кривыми скоростей удельного газовыделе-
ния, можно решить и задачу выбора эффективной бы-
строты откачки вакуумной системы 50, исходя из задан-
ного времени достижения определенного давления.
При откачке вакуумных приборов, расчете установок
вакуумного отжига и других подобных им задачах необ-
ходимо рассчитывать скорость газовыделения материа-
лов при повышенных температурах. Расчет вакуумной
системы и в этом случае проще всего было бы осуще-
ствлять, пользуясь кривыми удельного газовыделения.
Однако такие кривые для повышенных температур, как
правило, отсутствуют.
При подъеме температуры газовыделение сначала
быстро растет за счет выделения газов с поверхности
материала, затем несколько уменьшается и по мере
дальнейшего увеличения температуры вновь начинает
возрастать. Первый максимум на кривой скорости газо-
ьтделения для большинства материалов находится при
емпературе примерно 450—500° С и связан с удалением
ризически адсорбированных газов. Отметим, что это
остоятельство используется в целях улучшения качс-
тва обезгаживания деталей ЭВП путем применения рс-
вакуу много от-
» *
жима так называемого «ступенчатого»
...* , ЧТо в указанном выше
> заключающегося
том
и лишь затем
1. Вторая вы-
елсдуст дальнейший подъем . __
Держка производится при температуре, обычно с и ‘
ляющей 70—80% температуры плавления СО°7СТ"^;
1Неп) материала, если отсутствуют какие-либо
де р ж к а и р о и з в о ди тс я
какие-либо другие
...: из-за потери прочности или
переходов, высокое давленне пл-
стимыс величины поводок
в результате фазовых : .
ров материала и г. п.).
1Ч.ТОО газов, выделяющихся с поверхности па
отжига, относительно невелико к соот-
ЛССКОЛЬКИМ МОНОСЛОЯМ 1333, СО"
вето веет одному л
спсдоточенным на поверхностях материала.
Р В дальнейшем процесс газовыделспия связан <. про-
никновением газов через нагретые элементы вакуумной
выделением их из толщи обезгажпваемого
Эти процессы описываются законами Фика:
оболочки и
материала.
57
,12-37)
д1 дх у дх у 7
где , — концентрация газа в момент времени I в точке,
отстоящей на расстоянии х от начала коорди-
нат. СМ3}СМ3’,
В _ коэффициент диффузии, зависящий от системы
«газ — материал» и температуры, см21сек.
Уравнение (12-36) описывает скорость проникнове-
ния газа через единичную площадку при стационарном
режиме, а уравнение (12-37) —процесс изменения кон-
центрации газа при нестационарном режиме как функ-
цию времени.
Р ли коэффициент диффузии не зависит от концен-
трации, то уравнения (12-36) и (12-37) будут иметь
вид:
дс____д2с
д1
(12-38)
(12-39)
выоа™чВаЛИП ПСРВОГ° ЗЗКОНа Фика О2’38) получены
11 ^3 1^) 6^ г4 / л гт ла —т 1 * у у газов че-
циа п I п’п^ ш'11' Раздсля1°Щие объемы с разными пар-
циады ыми давлениями. 1
„ым ш" ГО1ШИТО Г|’алис||т коищщтрашш дс/дх гюстоян-
ио'ззшХ, ‘тото формулу (12-38) мож-
а' ~О с'~с1>
Ь '
~ толщина стенки;
Г1 —
концентрация газа в материале
соприкасающейся с газом:
(12-40)
на поверхности,
— концентрация
граничащей с
а в металле г,
вакуумом. * ' п°керхности,
Кониси гран 1ч газа в материал,, зависит от ог
творимости, которая в свою очередь пропорциона
давлению газа над поверхностью материала Ь
газ в металлах растворяется, как правило, в атомапЛ
состоянии, а в неметаллических материалах-в у0 °
лярном, то в соответствии с законом действующих'масс
(законом Фрлшдлиха) можно записать в общем виде-
О ’
где /г —коэффициент пропорциональности;
р1 и ро — давления на границах «твердое тело —газ» и
«твердое тело — вакуум»;
/ — показатель, равный 2, для металлов и 1 для
неметаллических материалов.
В результате получим следующее выражение для по-
тока газа через стенку, отнесенное к единице ее поверх-
ности;
. Ок , I/; 1//х
ч =~ЛР'-рЛ
(12-41)
На основании второго закона Фика (12-39) могут
быть получены выражения, характеризующие изменение
концентрации газа в рассматриваемом сечении о разца
со временем. Процессы обезгаживания материала с°от
ветствуют решению уравнения второго закона ик >
полубесконечного тела (тела, ограниченного с ОД1
роны) и тела конечных размеров (тела, огр ами
с двух сторон,— пластины) со связывающи. Р' газч>
(концентрация газа с на границе ко11цен-
всегда равна нулю) и равномерной ' с ДТП1 дела
[Л. 202]. В общем виде это решение для
ройы) и тела
грацией с0
конечных размеров имеет вид:
381
отстоящей от
ЯНИН .V В МО-
начала
мент времени С
-начальная концентрация газа,
V .
____толщина ооразца.
12-42) быстро сходит
и если выполняется
Рис. 12-8 Распределение
концентраций в пластине,
описываемое уравнением
(12-44).
Ряд
условие
Аг
.{< 0,0263
1=0,0253
г >0,0253 —
т
/ >4,5-КГ2
(12-43)
то можно ограничиться одним
первым членом суммы (12-42),
делая при этом ошибку, не
превышающую 1 /о:
(12-44)
Распределение концентра-
ций, описываемое формулой
(12-42), представлено на
рис. 12-8.
Количество газа в таком
теле, отнесенное к единице
площади поперечного сечения,
в любой заданный момент вре-
мени будет:
*
й х 1 )2 7:2
е “ . (12-45)
О
Скорость удельного
газовыделения д'
(количество
2ЖТ "3 Т°-',ЩИ матеР|1ала через единицу
нием ' 1111ц-х вРеме,1и) определяется выражс-
, __ х=0
' С'Хповерх1юстиИЦеПТраЦИИ Г33а В матеРиале у
Д 1я начальной сталии -
нала [условие (19.4'4’1 1)ийесса обезгаживания ма-
не выполняется] градиент кон-
И равен
• (12-47)
Градиент концентрации газа
(х=-.О) будет при этом равен:
на поверхности материала
6»
--2о/
Скорость удельного
(12-46) равна:
ь Ц *
о
газовыделения
(12-48)
соответствии с
о
47)г0
Ь1
(12-49)
о
В случае, когда выполняется неравенство
диент концентрации равен:
дс 4
дх Ь
Ь* к
Сов СОЗ «X,
(12-50)
и градиент концентрации на поверхности
747 =4^ ь . (12-51)
к Л=0 Ь
В результате скорость удельного газовыделения для
этого случая равна:
_________— О/
4Рг0 Л
(12-52)
Случай обезгаживания масспвныхЛТп1 ч (12-39) для
решению уравнения второго закона ' “йгд 202].
полубесконечного тела со связывающей I мате-
Тогда градиент концентрации газа у поверхности
риала равен:
457
/ этом
Скорость удельного газовыделения будет
после использования выражена (.
/7Г.
л/
(12-53)
случае
равна:
(12-54)
383
и
(•пользовании выражении
етует учитывать, что значения коэффициентов
концентрации, найденные по ли-
льной
диффузии и нача
Рис. 12-9.
концентраций
Распределение
в пластине.
аппроксимированное прямы-
ми линиями.
тсратурным данным или опре-
деленные экспериментально,
могут значительно отличаться
от фактических, что
точность расчетов.
снижает
связи
с этим с достаточном для прак-
тических расчетов темностью
(ошибка не более 1С%) мож-
но воспользоваться решениями
уравнения второго закона Фи-
ка, полученными Б. Б. Дейто-
ном [Л. 200] в предположении,
что кривая распределения кон-
центраций газа в материале
(рис. 12-8) может быть при-
ближенно аппроксимирована
прямыми линиями (рис. 12-9).
При этом уравнение, характе-
ризующее скорость удельного
газовыделения
оескопечного твердого тела, имеет вид:
для полу-
(12-55)
II Ы) СКОРОСТЬ
следующими
Для тела конечных размеров (пл а ст и
удельного газовыделения определяется
выражениями:
меньше °полппип° -даленнь(х к моменту времени / газов
место есчи зпнтРчИаЧаЛЬИ°Г° газосодеР>кания, что имеет
месю, если длительность обезгаживания
пЬ2
м/Г’ сек'
(12-56)
^ажнвземой пластины, ем;
системы "«газ ~'иатепиал ЛЛЯ рассматРивасмой
рачуре. смг/сек те^иал>> пРи заданной темпе-
Скорость удельного газовыдслени
равна:
51 Я' будет
см”’/сек-см2.
При этом
(12-57)
»
Если 7' выражают в мм рт.ст.-л1сек.см>
. -Ю-’Т СО 1/ТГ
<7— >73 '2 ГТ’ лш РМ-ст.-л/сек-см2, (12-58
где 7 емпература откачиваемого газа °К
Глубина фронта концентрации или Шубина обезга-
живан..я А (расстояние от поверхности тела до места
где ко ^нтрация газа осталась равной начальному зна-
чению со) может быть определена по формуле '
△ = 2|/'Р/, см.
(12-59)
2. Количество удаленных к моменту времени I газов
больше половины начального газосодержания, что имеет
место, если длительность обезгаживания будет равна:
пЬ2
641)’
сек.
(12-60)
При выполнении условия (12-60) скорость удельного
газовыделения д' будет равна:
2Со7) „
--;--- Сх
—
1,1 , см3/сек-см2, (12-61)
или
760-Ю-3 Т 2сйО
во (
1,2 , л-мм рт.ст.1сек-см2.
Если уравнение (12-61) прологарифмировать,
(12-62)
получим:
или
1п д'
8 Ь2
(12-64)
* Здесь и в дальнейшем объем газа, «“раженн
лен к нормальным условиям (0 ь,
9с; 1 Л7О
см\ прн8е*
О
В
леи
• и составляющей с
О
тангенс которого равен 3,4/
Отметим, что при
^.0=0,0491
пластины удаляется половина начального г з
‘ —г видно из рис. 12-9, соответствует
жания и это время, как .
моменту, когда начальная концентрация таза с0 сохра-
ч-.и тсч лишь в центре пластины (х — 6 2). При
концентрации с по точной формуле (1д-4_) для | ,
соответствующего моменту, когда начальная конце ра-
ция Со также сохраняется только в центре пластины,
имеем: ; =0,0263-^-, что почти в 2 раза меньше резуль-
тата, полученного в работе [Л. 200]. Вместе с тем время,
соответствующее удалению половины начального газосо-
держания, рассчитанное по точной формуле (12-45),
равно:
/=0,0506-^,
(12-66)
что отличается от результатов, полученных в работе
[Л, 200], приблизительно на 3%.
Поскольку при вакуумно-технических расчетах нас
чаще всего интересует не концентрация с, а количество
удаленного или оставшегося в материале газа прибли-
женньк уравнения, приведенные в работе [Л. 200],
вполне применимы. 1
надоЛимет?а п™р Ып-°бе31'аЖИВаеМ0Й с одной стороны,
периода времени*^?’ ° П2 пР°шествии определенного
цесс проникновения °ЦеСС ооезгаживания перейдет в про-
вого закона Фика (12>-38/. 0Письшаемый Уравнением пер-
ности пластиныК°пашЛ0НЦе1ПраЦИ»Я На внешнсй ловерх-
в материале ст прпи начальной концентрации газа
вионарный процесс^тиЩНВ^еМеНИ’ после которого песта-
I ЫИ процесс ДИффузии перейдет в ста^ион 1й]
можно определить по уравнению
/==0,105
При использовании уравнений, основанных на
ЛИ-
пенной аппроксимации фронта концентраций, результат
получается примерно в 1,9 раза большим.
На самом деле разница в результатах при подсчете
и приближенной формулам будет меньшей
в связи с экспоненциальным характером изменения гра-
диента концентраций дс/дх (см. рис. 12-8).
ПО точной
В самом деле, при /
Ь-
0,105-^- градиент концентрации
на внешней поверхности пластины равен пулю и тре-
буется дополнительное время, для того чтобы он при-
обрел заметную величину и начался процесс проник-
новения газа извне.
Для цилиндра диаметром с/ скорость удельного газо-
выдсления д' определяется следующими выражениями:
1. Количество удаленных к моменту времени / газов
меньше 2/;: начального газосодержания, что имеет место,
если длительность обезгаживания
сек.
(12-68)
Скорость удельного газовыделения д' при этом равна:
д’ — с
см? 'сек • см2,
(12-69)
или
7С0-10-3Г
273
мм рт. ст.- л'сек-ем?.
(12-70)
2. Количество удаленных к моменту времени / газов
больше 2/3 начального газосодержания, что имеет место,
если длительность обезгаживания
сек.
Удельная скорость га ювыделения равна:
см?’сек-ем?,
1п^'—
или
лен ия
время, в
течение
64-13,5-10-е —2.33-105 сек.
половины содср-
определяется по фор -
которого из пла-
азота:
Сл _ лоо Т
° С° 100’ Сл<7^’1
приложения 28 находим
который равен 1) =
24Р
• . л *
газо выде-
Построение графиков изменения скорост
по уравнениям (12-72), (12-73) или (12-74),
(12-75) в функции времени удобно представить в I л -
логарифмических координатах
Детали часто имеют форму, отличающуюся от беско-
нечной пластины или бесконечного цилиндра. Поэтому
на практике деталь сложной формы заменяют комбина-
цией элементов, близких к пластине или цилиндру.
Если известны коэффициент диффузии и начальная
концентрация газов в материале, определение скороегп
газовыделения не составляет труда.
Пример. Определим скорость выделения азота из пластины
Ст. 2< о. щщой 8 л'.ч площадью 100 см2 через 1 800 сек выдерж-
Из приложения 40 находим, что количество азота, содержаще-
гося 5 Ст. 20. равно 3.44 сл3/100 г, а из
:е коэффициента диффузии
= 13." • 10-* с.х2'сек.
11о формуле (12’56) находим время, в •-
стины выделится половина содержавшегося в^нёй
для уделения г
скороща удельного газовы^епс?и^-Ше зада!,ного (30 мин), то расчет
(12-57) или (12-58). '' н п следУст производить по формуле
^Начальное газосодердерние (концентрация)
с —начальная концентрация таза
.100
о —начальное газосо держание,
X удельный вес материала,
материал®, си’/с..<
I Т П 1 С Л л - V
си3/100 г;
г/г.ч3;
„ а <, 7'85
0 ' ’ ’ 100 ~ 0’27 с.'3/с.ч3.
Скорость удельного газовыделения рант
760-10-3-293 0,27
273 "~2
I/ 13,5-10-8
Г 1 800
— 9,5-10-’ л. мм рт.сп./сек-ем2.
Скорость выделения газа
ность не учитываем) будет:
и в и пластины (боковую поверх-
е —*7 Т7 — 9,5-10 ’• 100-2 = 1,9-10-4, л-мм рт. ст.'ск.
Таким образом, подсчет длительности откачки ва-
куумной системы до заданного давления с учетом из-
менения скорости газовыделения производится в сле-
дующей последовательности:
1. По методике, приведенной в рассмотренном при-
мере, подсчитывают скорость газовыделения из обезга-
жпваемых материалов во разным газам для каждого
интервала времени, на которые предварительно разби-
вается заданный период откачки.
2. Суммируя газовыделение по всем газам из обез-
гаживаемого материала для каждого интервала вре-
мени, строят график <2'=/(/).
3. По методике, изложенной в § 12-6. определяют
суммарное газовыделение с холодных элементов вакуум-
ной системы и строят график
4. Наконец, используй уравнение (12-10), строят гра-
фик изменения величины суммарного газового потока <2
— 7 (/) с учетом натеканий, проницаемости и т. п.
5- По методике, аналогичной изложенной в примере
§ 12-6, по графику (}\ определяют время достиже-
ния заданного давления, либо давление, достигаемое за
заданное время.
В ряде случаев возникает необходимость в определе-
нии времени обезгаживания, необходимого для удале-
ния определенной части газа, содержащегося в о езга
1пп этом целесообразно воеполь-
„пе моленными Дейтоном.
“г .. .... ,...<> ПЛШ1К1Ч I' ГПН-
Для пластины. I «V-.--
пины плота 111 пластины газов ц
-овины начального газосодержания
по-
(12-77)
10
» 11 х т'о п // О О 1Ы П С ПО I
2 Количество удаленных юзов у
н а ч а л ь н о г о г а з о Со д е р ж а н н я
Г—сек.
(12-78)
64 Д
Цтя цилиндра. I. Количество удаленных га-
й у, [см3 см] меньше 2/з начального газосодержания
(12-79)
2. Количество удаленных газов У\ больше 2/з
кого газосодержания
началь-
1-±1пЗ 1--^-)]. сек. (12-80)
Этими же выражениями можно воспользоваться для
определения количества выделившегося за время I газа
или остаточного газосодержания.
ГЛАВА ТРИНАДЦАТАЯ. КОЭФФИЦИЕНТЫ ДИФФУЗИИ,
РАСТВОРИМОСТЬ. ПРОНИЦАЕМОСТЬ, ГАЗОСОДЕРЖАНИЕ
.. ххц» определении газовых потоков из нагретых эле-
Н >н । системы одним из главных факторов
«вл яет. я вроцесс диффузии.
* и! ' пР01^сс диффузии можно представить
X; • М 1^п?ас:гворения газа в материале со стороны
стороне н^коггХС П0слс;!^Ю1ЦНМ выделением 1аза на
: . 1:4 '*яо явления. Поэтому очевидно
1 ' юл/кно предшествовать инЬН^чн.. гл
что рас-
о связи с тем ,ч
! понимаемости близки
; >цесеи Диффузии, растворения
1 по характеру взаимодействия
газа и материала, их математические
схожие закономерности.
выражения имею г
твердого тела и свойств системы
температуры
/иг
энергия активации диффузии для данной си-
стемы «твердое тело —газ», кал/г-моль-
универсальная газовая постоянная (си
таол.
/ — показатель, равный I
для систем
лярным процессом диффузии (стекло — газ,
резина газ и т. п.); для металлов, в которых
газы растворяются
атомарном состоянии,
/ равно количеству атомов
(для систем
в молекуле газа
«металл — двухатомный газ»
Для того чтобы получить уравнение, характеризую-
щее процесс проникновения газа через стенку, исполь-
(13-2)
На основании теоретических соображений и экспери-
мента уравнение (13-2) можно представить в виде
[Л. 203]:
см*'см?-сек,
(13-3)
где
<7о
II
__константа проницаемости для данной системы
«твердое тело — газ», смл • мм! см- • сек • (ат) ,
— энергия активации проницаемости, кал/г-моль;
Ь — толщина стенки, мм;
Р1 и л0_давления иа границах «твердое чело —газ- и
«твердое тело —вакуум» (часто ро считают
равным 0), ат;
/-показатель, равный 1 для неметаллических ма-
териалов и 2 для систем «металл двухатом-
ный газ».
ЗУ1
Энсргня активации
от энергии актива
гь газов в рассм;
проницаемости И мало отлнчаст-
слабо мс-
количество газа, рас-
твердом теле при из-
от характера взаимо-
Выраження. характерно}
творяющегося (поглощаемого) в
разл,,.,-
бп\т и математические выражения, но в осщсм
5 обычно записывается
следующим образом:
5 = 5 р1 ' е /ет,«’/100 г, (13-4)
где 5 —константа растворимости, см3/100 г-{ат) ,
__энергия активации растворимости, кал з-л
Имея в распоряжении значения констант ^о, о, о,
а также величины энергий активации Е, <2$, Н, можно
рассчитать потоки, возникающие в вакуумных системах
в результате выделения и поглощения газов материала-
ми и проникновения газов извне через оболочку.
Вместе с тем ввиду большого числа факторов, влияю-
щих на результаты измерений газовыделения (предысто-
рия материала и состояние его поверхности, размеры
образцов и их форма, изменения давления и темпера-
туры в процессе измерений, ошибки метода измерения),
точность полученных величин, как уже отмечалось, не-
высока и их расхождение по данным, взятым из различ-
ных источников, часто дает разницу в 2 и более раз. По
этой причине в приложениях 28—35 приводятся абсо-
лю ные значения и аналитические выражения для вы-
числения к э фициента диффузии, растворимости и про-
ницаемости, полученные рядом авторов. Применяя эти
выражения, рекомендуется использовать, где это воз-
можно, в первую । чередь те из них, которые получены
и^пйгЛрпыИХ к РассматРиваемому случаю температурах
твеппое тепт "ЧИТЫВая’ что Для РяДа систем «газ—
•ог ."иш иногл° жУТСТВуЮТ выРажения Для вычисления
твооимост! ип а (коэФФиДиент диффузии, рас-
дсния* плзвотпии Р°НИЦаеМ0СТЬ)’ ниже приводятся све-
циентов тля оншТ П° имею1цимся значениям коэффи-
константы и затем темпеРатУР и давлений вычислить
- - коэффтаии1-
Наряду с этим полезно йомнитг нт„
растворимость „ '
дующим соотношением: 7 вязаны слс-
</=10$Р, /|О-\
’ (•З-о)
проницаемость, т. е. скорость удельного газовы-
деления, при стационарном процессе диффузии
в стенке толщиной 6=1 л/л, см3, мм/см2-се
5 — растворимость, см3/см3,
О — коэффициент диффузии, см2/сек.
Соотношение (13-5) позволяет, если известны две
величины из трех (коэффициент диффузии и раствори-
мость или проницаемость), получить третью.
1. Коэффициенты диффузии. Значения ко-
эффициентов диффузии для ряда систем «газ — твердое
тело», приведенные в приложениях 28 и 29, вычислены
лишь для некоторых температур. При необходимости
нахождения коэффициентов диффузии для температур,
отсутствующих в приложениях, следует пользоваться
аналитическими выражениями в форме (13-1).
Уравнение (13-1) после логарифмирования имеет
вид:
где
Графически уравнение (13-6) можно представить в коор-
д,шагах (ж О, Е) в виде прямой, пересекающей ось
к точке и наклоненной к осп абсцисс
С' и В' в уравнении (13-6) » затем опред
циент диффузии для ДР^ГО, , зов в металлах про-
туры. Так как процесс диффузии .азов с в
текает в виде независимого '“-X состоящих
пента в атомарном состоянии, »
йз разных химических элементов (СО, С02 и др),
роси, газовы юления чаше всего опрсделясюя каким-
либо одним наименее подвижным элемсшом.
2. Растворимость. По характеру измене ш
творнмостн водорода с увеличением температуры
лы н'Лятся на две основные группы: Я и
В металлах группы .4, к которым о 1 носятся медь,
серебро хром, молибден, вольфрам, железо, кобальт,
никель, алюминий и платина, растворимость водорода
с увеличением температуры возрастает.
’В металлах группы 5. к которым относятся титан,
ванадий, цирконий, гафний, торий, таиIал, ниобии, лан-
тан и др., растворимость водорода с увеличением темпе-
ратуры уменьшается.
Металлы группы .4 и их сплавы обычно приме! яют-
ся в качестве конструкционных материалов вакуумных
систем, а металлы группы В — в качестве газопоглоти-
телей.
В литературе встречаются данные растворимости,
выраженные в различных единицах, в связи с чем при-
ведем здесь наиболее употребительные единицы и коэф-
фициенты пересчета.
5 — объем газа (см3), при-
веденный к нормальным
условиям (273° К, 760 мм
рт. ст.) в 100 а металла,
см3/\00 а;
Уо=1О~2х — объем газа (см3), при-
веденный к нормальным
условиям, в 1 а металла,
сл/3/а;
цдр {0 2$р — объем газа (см3) при
нормальных условиях,
отнесенный к объему
металла, см3/см3\
-=4,461 4,461 • 10-2 хЛ4
плотность металла, а/елг3;
количество газа в мил-
( ледовательно,
диграммах на 100 а ме-
талла, лга/100 а (здесь
М — молскуля рны й вес
газа).
.$=-.22,42 —•
Л/ ’
„ — 10 :(.г=4,461 • 1П-ьсЛ4
содержание газа в
I V
[I ///:
-чис ю микромолей газа ,
Для металлов группы А зании^'^.
от давления и температуры рппт1—1Ь Рас1 зримости
.3-4), после логарифмировании которого получи.' '
1^ = 18».+ 0,51^-^
ля металлов группы В зависимость растворимости
давления и температуры отличается от (13-7) тем.
о перед последним членом уравнения стоит знак
«плюс».
Графически уравнение (13-7) в координатах (1дз,
1 Т) для фиксированного значения давления изобража-
ется прямой, пересекающей ось ординат в точке 1§50+
+ 0,5 и наклоненной к осн абсцисс под углом, тангенс
которого равен С?8/9,148. Обычно известно значение раст-
воримости 5 для давления 760 или 1 мм рт. ст.
В тех случаях, когда надо найти значение раствори-
мости при другом внешнем давлении р по растворимости
при 760 мм рт. ст., надо из известного значения з
вычесть величину 1,44 04 = 0,5 1§‘760 и прибавить 0.51° р.
В случае если известно значение растворимости при
1 мм рт. ст., надо к известной величине з добавить
Значения растворимости для ряда систем <<газ
твердое тело» приведены в приложениях 30 и 3‘-
К значениям растворимости относится все сказан
выше о приближенности приведенных величин.
3 Проницаемость (скорость удельною газовы
Р -ационарном процессе диффузии . Прони-
деления при ста
цаемость д' определяется выражениями
или (13-3). Обычно проницаемость д
в смА/см? • сек или л
1
/»»• сот-
см2-мин
= 45 600с/'
После логарифмирования
ления р=760 мм рт. ст. и
уравнения (13-3) длг ааго
толщины пластины, рав ш
1 ч.ч. получим:
1Ц </' 1? <7.. + 1 4 “йТПвГ’
(13-8)
где
л-.чкм рт. ст .]слг мин\
9.148 ’
Значения проницаемости для разных систем «газ —
твердое тело» приведены в приложениях 32—35. В этих
же приложениях приводятся значения коэффициентов
С и В. Н и д... позволяющие вычислять величины прони-
цаемости для разных температур.
Если необходимо определить значение проницаемости
при давлении, отличающемся от давления, указанного
в приложениях, следует воспользоваться тем же прие-
мом. который рекомендован при определении раствори-
мости.
При внешних давлениях ниже атмосферного пропи-
на м сть оказывается меньшей, чем это следует из
уравнения (13-3), что связано с заполнением адсорбиро-
ванным газом лишь части поверхности О [Л. 203]:
(13-10)
где с— константа
1..ШИ рпг. ст.
для данной системы
„ газ — металл “,
В табл
систем «металл—газ» коэФфициенты с для ряда
еныпе 1 V пт’ нимые ПРИ внешних давле-
иение (13-3) котоппД7’ ^ножитсль 6 вводится в урав-
Р для металлов приобретает вид:
с для ряда
'.И ЯГ'
>1
вводится в урав-
2КГ
симость’ проницаемости™ от темпеРатУРы зави-
Мб давления уменьшается и
Значения коэффициента с для
„газ—металл»
Т а Г> и ц а
некоторых систем
>дород— палладий................
о же..........................
В дород медь....................
водород— железо ................
го же...........................
.............................
я .........................
780
045
571
633
805
975
0.054
0,61
0.1
0,01
0,015
0.05
0.1
определенного значения температуры (например,
для системы «кислород — никель» эта температура
равна 900° С) может стать не зависящей от давления и
будет определяться лишь скоростью образования хи-
мического соединения. Напомним, что на величину про-
ницаемости оказывает большое влияние обработка по-
верхности (см., например, табл. 8-35 в работе [Л. 203]).
4. Газосодержание и газовыделение.
Величины газосодержания и газовыделения используют-
ся при определении скорости газовыделения при неста-
ционарном процессе диффузии. Газосодержание и газо-
выделеиие удобнее выражать в тех же единицах, что и
растворимость.
Значение газосодержания совпадает со значением
растворимости в равновесном состоянии, т. е. в случае,
когда металл в течение длительного времени выдержи-
вался в условиях, для которых рассчитана раствори-
мость. Это обстоятельство позволяет иногда пользовать-
ся значениями растворимости при анализе процесса обез-
гаживания вместо значений газосодержания.
Прямое экспериментальное определение газосодер-
жания сопряжено со значительными трудностями, так
как для определения газосодержания металлы необхо-
димо выдерживать в расплавленном состоянии, а при
этом трудно исключить протекание реакции с тиглем
и учесть газовыделение тигля. По этой причине газосо-
держание определено лишь для немногих материалов.
Значения газосодержания для некоторых материалов
приведены в приложениях 39—411
В гех случаях, когда отсутствуют данные по ызо
содержанию и нельзя воспользоваться значениями ъ
ворнмосгн (условия получения металла пли о > и
варительной термической обработки нельзя сч!
приводящими к равновесному состоянию системы а
металл'), используют значения газовыделения, полх'к 11-
ные при длительном отжиге образцов (см. прило/лсш
37 и 38).
Величины газовыделения всегда меньше вел! и
газосодержания, по с приемлемой для инженерных рас-
четов точностью они могут быть использованы при {
чете процесса обезгаживания. При этом предполагает я,
что газосодержание на 25—35% больше газовыдс лсви>.
После того как нами рассмотрены стационарные и
квазистационарные процессы течения газа в вакуумных
системах, влияние газовыделения на характер изменения
давления в вакуумном объеме, а также методы опре-
деления величины газовыделения в разные периоды про-
цесса откачки можно осуществить полный расчет
вакуумной системы.
ГЛАВА ЧЕТЫРНАДЦАТАЯ. СОГЛАСОВАНИЕ НАСОСОВ,
РАБОТАЮЩИХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО
Как уже отмечалось в гл. 5, пароструйные, молеку-
лярные и двухроторные вакуумные насосы для запуска
чпгг и™ требуют издания и поддержания определен-
-о о разрсжеиия во всей вакуумной системе, включая
Выбор параметров вспомогательного насоса ппя
ХХЯк?^ачаРИ'1еЛЬ,ЮГ° РазРе™<ия основан на том"
поток газов ()' одинаков в дав ый сяов™"'
окопного и вс.1оМо,аге.„,1„о
лос.1едовательно (см. рис. 14-1)-
момент времени для
пасосов, соединенных
п.осн — быстрота
и ИСЛ
лав.,один й™а™ 1<0С"0В"‘”0 иасоса "1>и
--быстнлтп Л Л в основной насос;
при давлении^11 ВСП(’могатель,Ю1'0 насоса
150 вспомогатель-
Оц.вгль
как давление р, на г
о /Л: па входе во вспомогатом ,^"пвпг,й ' и
” ......- ~ Т г ; “и разлит-
будет отличй-п.™ ..
Давление р2
вспомогательный
быть меньше
ОНПС1|
на входе во
насос должно
(обычно приводится
высоко вакуумного
* V
.ни А,,;115
в паспорте
выходе из высоковакуумного на-
большим
/Люнг, является най-
дя вл еп нем на выходе,
при котором еще работает высо-
кой куумнын насос. Таким обра-
зом, вспомогательный насос дол-
жен быть способен пе только уда-
лять в единицу времени опреде-
ленное количество газов, посту-
пающих из основного насоса, ио
и поддерживать определенное вы-
пускное давление (равное или
меньшее рИаиб) на выходе основ-
ного насоса.
После того как выбран тип
насоса предварительного разре-
жения, необходимая быстрота от-
Рис. 14-1. К выбору на-
сосов, работающих по-
следовательно.
/ — откачиваемый объем;
2 — основной насос. 3 — со-
единительный трубопровод»
вспомогательный насос.
качки
н.всп определяется,
исходя из максимального количе-
ства газов ф'макс. которое пред-
полагается удалять высоковаку-
умным насосом:
и, вс и
__РЛМВКС
(14-2)
< макс
-наибольший поток
газов, который
может
быть удален
лрпяРТСЯ ПО
IV*' .
основным насосом (опре-
характеристике
насоса),
-^бо/ьшее лопУ-нмое ^ен^народе
во вспомогаюльнын — давле-
обычно Р2= (0Я*075) нас0.
вис па выпускной сюроис осн ж
са, выше которого
работу).
насос прекращает свою
Диаметр трубопровода, соединяющего насосы, обычно
выбирают равным или несколько большим диаметра
выпускного патрубка основного насоса. Затем опреде-
ляют режим течения газа в соединительном трубоиро-
вою при давлении /?° и подсчитывают его нропхек^ую
способность С. После-этого необходимо произведи по-
верочный расчет, целью которого является опредсч?ние
чавленвя, которое обеспечит выбранный вспомога ыи
насос в сечении выпускного патрхбка основ
с учетом сопротивления трубопровода*
Рнаиб
0. 'мак' _<2 маке + ^л.рсп)
50 ~ 65Н.псп
а 4-3)
Если неравенство (14-3) не выполняется, то * адо
взять вспомогательный насос с большей быстротой
откачки или увеличить пропускную способность трубо-
провода V. соединяющего основной и вспомогательный
насосы, и заново осуществить поверочный расчет.
Следует особо остановиться на выборе насоса пред-
варительного разрежения для двухроторных вакуумных
насосов. Трудность выбора оптимального насоса предва-
рительного разрежения заключается в том, что в отличие
от паромасляных диффузионных насосов характеристики
лв\хроторных вакуумных насосов в большей степени за-
висят от предварительного разрежения. Быстрота откач-
I ки вспомогательного насоса 5П.ВСП может быть определе-
на из соотношения 1
н.гсп
И, ОСН
/г
(14-4)
где
степень сжатия для одноступен-
чатого насоса;
Рпаиб выпускное давление-
Рн — впускное давление; ’
п °сн - быстрота откачки двухротор-
ного вакуумного насоса при
Исследования и опы/Т™ °М Давлении Р«-
вакуумных насосов показа пи и^ЛУа га5ии двУхР°торных
выгодное отношение быстгютм° наиболее экономически
вакуумного насоса к быстплтр поткачки Двух роторного
го Разрежени ®“Х,яе°™а0ЧКУ «1
насоса предва-
ГЛАВА ПЯТНАДЦАТАЯ. РАСЧЕТ ВАКУУМНОЙ СИСТРММ
СВЕРХВЫСОКОВАКУУМНОЙ БЕЗМАСЛЯНОИ УСТАНОВКИ
ОТЖИГА
15-1. ПРОЕКТНЫЙ РАСЧЕТ
I .холимо спроектировать сверхвысоковакуумную
установку для отжига деталей ЭВП при 1000° С и паплпп! Ную
ка 10“5 :<>1 рт. ст. в течение большей части пооиесеа чЛ°рЯД’
в конце процесса отжига не больше 5-10-7 лит рт. ст. Детали меТ
ставлшот собой цилиндры диаметром с/=35 мм и вдсотой Р/,1
= 100 'Л' из железа «Армко» (удельный вес у=7 8 г/сиЧ аЛ”
жаемыс- одновременно в количестве ,= 12 шт. Время отжига не тот'
жно превышать 6 ч. Время предварительной откачки шлюзовой ка
меры 10 мин. Рабочее пространство установки при этом будет и-еть
размеры: диаметр 150—180 льи; высота 200—250 лиг. Вначале про-
изводи, ся проектирование рабочей камеры, в ходе которого опреде-
ляются количество тепловых экранов, размеры нагревателя и каме-
ры. С тем чтобы обеспечить необходимое разрежение и уменьшить
общее время процесса, выбираем схему установки со шлюзованием
деталей.
1. Для откачки рабочей камеры выбираем геттерно-ионный на-
сос.
Для откачки шлюзовой камеры выбираем вакуумный агрегат на
базе двухроторного механического насоса, который обеспечивает
давление рцач, необходимое для начала работы геттерно-ионногона-
соса.
2. Определим по формулам (12-29), (12-30) и (12-32) колнчест-
газов, поступающих в вакуумную систему из рабочей камеры:
_ , . — , ЮСл/ивд . , / г I л/
во
Вначале определим количество газов ф'пзд, выделяющихся из
деталей в единицу времени.
Вес загружаемых деталей
С — । •0,6*'* 10• /,о•1— с/,V пс..
Коэффициент неравномерности газоотделения колеблется ог
1,5 до 3 и для нашего случая (длительный процесс) может быть
принят равным 2.
Из приложения 37, суммируя количества газов, выделяющихся
при нагреве до 1 000° С из железа «Армко», получим:
• 1 Л - 1 |
7ИЗД --
Тогда
С'изд ~
6,8-10“1 с.«*/100 г.
10-9,8-6,8-102* .2 — 6,15-10-* см*[сек
21 600
х -ювпй (0°<\ "60 * ком-
пли. перейдя от нормпльвых у в ./-.и.» /’"<•<" . ггк, получим:
„ятнов температуре и выразив ноте к
760- 10 ~3-‘29о _$ |р_8 рт.ст. сек-
Срзд 6.15-10--’---------275
ка мс-
•*гм>11 прпрння с поверхностей
Для определения Д]К пость> как Ужс упоминалось в
ри. обращенных з вак)>. ия 3(, посие , ч откачки. Ь и,;|110м
следует взять <? “Г периодического контакта сто к раоо-
елхчае благодаря <*Мт"в. Гпп,.МС11ено шлюзование) из приложения
("0«« Ю" о™<„
Зо следует брать_ мини и тд.^д-Б л-чм рт. ст./см -сск). 1а-
““р”“тп раб°'ма “*»“ Г"17350
17 350 см2
зовыделе :ис к
составит:
$'„3 = 1,9-10-*-17350 = 3,3-Ю-4
л • мм рт. ст. / сек.
Газовыделение
(<7'г.»='-8 ’«-* л’
медны.х водоохлаждасмых электродов, имеющих
.«л: рт.ст с.ч-сек), н площадь поверхности 500еж2,
составит:
О' , = 7,8-10-*-500 = 3,9-10-е, рт.ст./сек.
лС 1 о
Газовыделение с открытых поверхностей (Л = 31 см-) резиновых
уплотнителей, если принять ^,гвз==2’10 8 рт.ст./см-*сек
(см. рис. 3-1), составит:
$'га3 = 2-10“8-34 = 6,8-10-7 л-мм рт.ст./сек.
Газовыделение с внутренних и наружных поверхностей молиб-
теяовых экранов, имеющих суммарную площадь /?=87 950 см2 и ско-
рость удельного газовыделения д'г^з—3,5- 10~9 л-мм рт. ст./см2 - сек
(см. приложение 36), составит:
<2,гез= 3,5-10”9-87950 ='3,08-10“4 л-мм рт.ст./сек.
Поскольку тепловые экраны в процессе работы установки про-
•ресаются и, следовательно, обезгаживаюгся, их газовыделение со
временем существенно уменьшается.
Тагим образом, суммарный поток газов ф'газ с поверхностей,
обращенных в вакуумную полость, равен:
<2'га» = 3,3- ю-4 -}- 3,9-10-« 4- 6,8-10-’
4- 3,08-Ю-4 —
— 6,42-10~4 л-мм рт.ст./сек.
К0Н11е пР°иесса отжига давление должно быть не
ГУТ быть пасгпа^ (7 ’ иатекан!!4 О рабочую Камеру ф'пат №'
П1И-7 о-кип ^ип-п исходя Из Чувствительности течеискателя
'то возможных г о->? рт. ст./сек, в предположения, что чи.-
ло возможных к-лст натеканий ! превышает 20:
ват 20-о-Ю 11—Ю-0 л-мм рт.ст./сек.
при проектных расчетах ,10>к„о
таге суммарный газовый поток аз рабочей
<2'2 •=Г>-10-’4-6,12-1()-> 5,61.10-3
"С учитывать. В резуль
камеры составит:
лрт.<т.,/сек.
газовый
ОТ' г I, что при выбранной схеме уст-пт™
газовый поток с поверхностей ав.маптип,л со шлгозованием
примерно в 8 раз меньшим потока газовой обраГитнГе "0ЛУ'ШЛС1’
лей. Если оы мы остановились па обычной счет о I™ Ш Дсгз’
вакуумною отжига, то величина удельного гашььшеХшТпг
постен <1 ранов, нагревателя и внутренних ст.но. г.? - повеРх’
„о 10 ’ л-зш рт. ст./сек - „ обУщ*е
оы о того поря дки С газовыделением из деталей.
откачки:
|. ю-о —5,М- Ю3 л/сек.
Неооходимую быстроту откачки можно получить насосом ГИН-5
с подкачкой -иаромасляиым диффузионным насосом И-5СМ-1, снаб-
женным азотной ловушкой.
I ст горно-ионный насос соединяется с рабочей камерон через ко-
роткий патрубок с проходным сечением, равным сечению входного
патрубка насоса, вследствие чего эффективная быстрота откачки мо-
жет быть принята в данном случае равной быстроте откачки на-
соса.
4. Определяем типоразмер насоса откачки шлюзовой камеры.
Расчет ведем по формуле (12-25) без учета предельного давления,
разбив диапазон откачки на два участка:
от 760 до 5 мм рт. ст. (в этом промежутке давлений откачка
производится механическим вакуумным насосом, так как двухрогор-
ный вакуумный насос вступает в работу при давлениях 5—
10 мм рт. ст.) и
от 5 до 1 • 10~3 мм рт. ст.
вме-
бы-
В уравнении для определения продолжительности огкачкя
сто Эффективной быстроты откачки 80 подставлены 31шче»1ия^
строты откачки насосов $н| и 5><а, что ооеспечнваст д < <
для предварительного расчета точность. Насос прДиар ' Ш1
поженил дня двухроторных вакуумных насосов ооы шо р
Л; п™. в'10 паз меньшей [Л. 225]. Приняв 5.п=0,1
объем шлюзовой камеры К-70 л, получим.
70
/== 10.60^2,3-7-7
о, 1^>и2
760
“НО-’
откуда:
.быстроту откачки можно получить с
агрегата АВМ 5. снабженного нон < " •
хаиического вакуумного насоса В11-4ЫМ
но о насоса ДВ11-5-2 (см. рис. 5-5 и
1Й-2. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ
-г а пчечета сконструирова а
По результатам "Ро™™ й доказана на рис. 15 1.
принципиальная схема1 Г которой ---------"" "
состоит из рабочей 9’н тепловые
молибденовый иацсв те‘г!-^п , ..ч ии
камеры / ДО давления
горно-ионным насосом
установка,
Установка
схема
(54-1)-10I х ч-ч
16 типа 1ПН-О.
размещены цилиндрический
экраны <?. Откачка рабочей
рт. ст. 0Су|цести^г1с 1V я I ет-
Для подкачки насоса 16
,?^гт-РРЛИ^Ипиа;1ь'1ая схема безмасляной сверхвысоковакуум-
У а вки для О!жига деталей электровакуумных приборов.
паромасляпьж диффузионный насос 1
ло-
грсваемый^ вснт иль I ) с ДУ-80. Предварительное
С целью получения необходимой щ, -
..... ...*,м°и быстроты откачки ' ' ••/ .
пушкой /. Насос/Усоединен с ..7/ т,1Па Н-5СМ-1 "рСдУсм'»Р<й1
грсваемый вентиль /5 с ДУ 80 п °СОМ через чмйяС а3отной л<>-
.4-е О обеспечивается^ мех/*' "«'«« .и-
ви-2- д,. то™ чтобы %*- *
давлен ( I в камере 1, з'лгх\^и^ ь пРемя Достижение 4 г ТИПз
камеры ', отделяемой о/казХГУТ' 5 пРО113«одится из^Т™'’'’'
нптелс.. Детали через загоХ^ затв°ром 6 с оезш Апи? !О,Ово"
камеру 8 » ™мгвХРЕМ? 7
положении. Затем с помощью вакуХ™ "аходяЩУюся в Хй
через в тиль 11 с ДУ-32 и ионнЛ I агрегата 9 типа АВМ ’
качка камеры 8 до давления (3-ё-1) . |о-зВушку 10 "Разводится
1 от-
этого давления открывается затвор 6 и Хот/1' По дос™жечии
дастся в рабочую камеру /, после чего затвор 6 мап?6™™4" по’
и начинается процесс отжига. ? вновь закрывается
1. Произведем уточненный расчет количества газов, поступаю-
щих в вакуумную систему, и построим кривую, характеризующую
изменение потока газов во времени. Как показал проектный расчет,
основное количество газов, поступающих в вакуумную систему, идет
из обрабатываемых изделии.
Таким образом, газовыдсленис из элементов конструкции рабочей
камеры может быть в нашем случае учтено с малой погрешностью
путем соответствующей постоянной добавки к газовому потоку из
деталей.
Для того чтобы оценить поток газов, выделяющихся из детален
при их обезгаживании, вначале необходимо вычислить коэффициен-
ты диффузии для различных газов в системе «газжелезо».
Коэффициенты диффузии при /=1 000°С в соответствии с дан-
ными приложения 28 для водорода, азота, кислорода и углерода б)-
цут соответственно равны:
ОИ1 = 1,1-Ю-’<
-13 чоо/2«т__.
—19 900/2/?-1 273 _ О 15. Ю-4 см^'/сек;
= 1,07-10-’/?
с
= 1,07-10-’г?-‘'>8 000/2ет-
—68 000/2/? •/ 273_ 1,55.10-7 ся-:сеи\
= 3,92 • 10 -8 е~‘° °°№кт=
-20 000/2/?-1 273_ 7 47. । о - ю см2. сек;
,л с 97 000/2/?Г_
42>о е~^7 000/2/?-! 273_ 1,95. ю-7 смг/сек.
Начальное газосодержание со в деталях можно принять боль
шим на 30% суммарного газовыделения но соответетв\ющему га .
Величины газовыделения из железа «Армко» приведены р<
ложении 37. , . . ЛП1.ТР-,К.
Газовыделенис водорода </ из железа «Армко» нос.
ного прогрева составляет:
й^2 05-Ю-гЧ-2,04-10-2 + 2-98 ’0'
’ 1,08-10"’ с-ч3/100 21
к 1
Д>'Р
•т величину газовы деления п отнеся ее
(12-76), найдем величину начального газосо-
в железе «Армко-'.
Т<^гдл, увеличив из
4 <;з ио уравнению
ж.пшя водорода 6?О)
*<)Н,
1,08.10-’-10 г
7,8-^= 1.21-Ю-2 см3/см3.
Аналогично найдем начальные газосодсржания азота сОл и от пси
углерода сйСО в железе «Армко»;
е -1 86.10-'.10-2-7,8.-^ = 2,085.10-2г.«»/Сл12;
е -з 68.10-’.10-2-7.8--^ = '1,13-10-2 см3/с А
ЧЮО ' • с /о
Вычислим расчетную формул)' для определения скорости удель-
ного выделения водорода из железа «Армко». Вначале проверим
условие применимости формул (12-69) и (12-72), воспользовавшись
выражением (12-68):
96-2,15-10-4
= 1,86-10’
сек 21 600 сек —6ч.
Таким образом, скорость удельного выделения водорода в кон-
це обезгаживания следует рассчитывать по формуле (12-75):
2-1.21.10-г-2,15-Ю-4
или
/н =3.265; 10-»-.<?0-7’-<'215.10-7
Твыде^нГ^ меньшего 1,86- Ю3 сек, ско-
(12-69), однако мы не пХ^атпи раСечитывать по формуле
ие- са, так как в это теми р ^слатРивать начальную стадию про-
еще не достигнута. а уч?т измпте.нрГ'^"аЯ тсмпеРатУРа (Ю00°С)
•1ИЧИТ трудоемкость расчетов ИЛ гемпеРатУРы значительно уде-
ного выделения азота ,Ог^2,п^Лу ДЛЯ опРеДеления скорости удель-
62-64) : а- ‘‘роверяем условие поимь,.»»™™
рость
условие применимости формул
9(>. 1,55. к,-»
СГ'1С := 6 </.
Таким образом, скорость выделения
ПО формуле (12-69):
ЧИТЫ Да ?ь
г/'д, — 2,085-10-2
4,62-10-'
Вы1 и :м расчетную (Ьопмипи
кого выделения окиси углерода ^•шт-вГч^'1611"5' Сʰаљ удель-
руется процессом диффузии углерода к ’п^ерхиоснГд^ли'1”4"^
96-1,95-10~7 *~3,88‘'0е > 21 600 сек = 6 ч.
Тогда в соответствии с (12-69) получим
У'со — 4 ,13• 10“2
1,03-10-*
гг
1 >95-10-7 1 95. ю-7
О
’ 2,3 • 10 ~0» см*/сек, • ед:2 •
Площадь поверхности обезгаживаемых деталей будет равна:
Р = гМ-\2 = гс-3,5-10-12 = 13 200 си2.
Газовый поток из деталей составит:
О, Взд -- 7 »
где
7\ — 7^ + 7\ма + 7 со*
Результаты вычислений Ф'изд==7(0 сведены в табл. 1э-1.
Газовыделение с поверхности арматуры рабочей камеры и ^на-
текания в установку будем считать такими же, как и при проект-
ном расчете:
<?'гаЗ + Снят ^6,42’10
рт-ст-л! сек.
При уточненном расчете необходимо также имеются6 стен-
материалов, если в конструкции вакуумной‘ ° температур. В кон-
ки, нагреваемые во время раооты до высо . • Р ра15очую
струквди рассматриваемой Уста‘‘°вд" 1ВЙ°3Дмчлоутлерадистой стали,
помощью* ст» из мал оу л Р Д диаметр
наружный диаметр /о и у г
камеру осуществлен с
имеющего длину 150,
20 мм.
Во время отжига
1 000° с.
Рассчитаем поток
но стзкане достигает
деталей температура на
газов (водо₽ода’ ^^стенки'^нтая поверх-
материал стакана по формулам для пл с »
ность иной площади стакана по спои
Ч -Д.н му диаметру
1 я (2.5+ 2,0)
2 -10 = Юб СЛ,
Пр01 емость стали по водороду б™«а „
теза и определяется по формуле (13-<П пРониИаемости
ты по пр жению 32. * У (139)> КоэФФицие.1Ты С и В
же-
взя-
’+<7На =- 1,4354 -
2 100
1 273 ~ 3,0854.
Перепад давлении для водорода примем
(см. пр I ние 42). Тогда в соответствии
ион в гл. 13, получим:
равным 4 • 10~* мм. рт. а.
с методикой, изложея-
^Хн2 ~ 3,0854 — 0,5760+ 0,51§ 4-10-* = — 6,2248
и
=5,97-10“’ л-мм рт.ст.-мм/см2-сек.
Учитывая, что толщина стенки равна 2,5 мм и площадь ее со-
ставляет 106 см2, запишем:
5,97-10“’-106
ф'л* =-------2~5-----ж2,52-10“6 л-мм рт. ст. сек.
Проницаемость железа по азоту также определяется по форму-
ле (13-9), коэффициенты С и В в которой взяты по приложе-
нию 32,
1е<7'ы, = — 0,9944 —
5 204
1273
—5,0844.
Перепад давлений для азота примем равным 590 мм р
Т0ГДЭ 1е<7'м =-5,0844-0,512 760+ 0,51^590 = -5,1388,
УД а/ —.-7 23-\0~в л-мм рт. ст.-мм/см2-сек
И
7 9Я 1О_в.291=з,09-10“* л-мм рт.ст./сек.
= /,2о•1и 95
Проницаемость железа по
пицаемости по окиси
кислороду (приняв
гхппр ЧАЛИТЬ
углерода) можно определить
ее равной про-
по формуле
_4066 =-4,7337.
1е'7'о1 = -1’5337 1273
Перепад давлений принимаем равным 160 л/л/ рт. ст.у Тогда
1^ <7 < > —1»7337 — О, о 1е /60 0,5 1о‘ 160 — 5,05 7;
Л
<? 0 = 8,74- 10~° ./-л/л/ /V?/. ст.-мм. см2-сек,',
106
ЕЯ =8,7Ы0~б--у-^ —3,7.3-10~ ’./-л/л/ рт, ст./сек*
Рис. 15-2. Скорость изменения сум-
марного потока газов в зависимости
от времени откачки при температуое
1 000° С.
Суммарный
ВИТ!
газовый поток через стакан ввода термопары сосла-
<2\ = 2,52- 10-б + 3,09-10-4 * + 3,73-10‘4 =
~ 7,072*10~4 л-мм рт. ст./сек.
Теперь построим графики <2\, = [ (/)(рис
(рис. ] 5-3).
15-2) и /?==/(/)
2. Рассчитаем время откачки шлюзовой камеры от атмосферно-
го давления до 10'3 мм рт. ст.
а) Определяем границы режимов
оз качки шлюзовой камеры. Диаметр
4.0 см в соответствии с размерами
АВЛА-5 Длина трубопровода составляет 93 см
В нашем случае, как
давления до 5 мм рт. с\
а ротой откачки в пяг
-----—
5 течения газа в трубопроводе
тр у бопр овода вы оран равным
уже отмечалось, откачка от атмосферного
осуществляется насосом В11-461 ЛА с бы-
•» г»\
/.чнц-мом диапазоне давлений 5Н =
игь, что граница между турбулентным
и вязкостным режимами лежит в этом
пичное да лсние можно будет определить ЛС!,«Й’ то г?3
~ Р^н = 1,4- ЮМ
и
1,4»И)6</ МИОМ
$н 0,87 :==73о мм р,Пг ,1П ,
Рис. 15-3. Изменение давления в ра-
бочей камере при температуре
1 000° С в зависимости от времени
откачки.
Определяем границу между вязкостным и молекулярно-вязкост
ным режимами (см. § 9-3):
=0,125 лт.ч рт. ст.
Определяем границу между молекулярно-вязкостным
лярным режимами течения газа:
0,015___ 0,015 __з мм рт. ст.
р = ~ 4
Чтобы определить
чСЧТ уЧИТЫВЗЮ
ппчпязове давлений от ₽1 —'&1
б) Расчет времени откачки в диапазоне зяаче-
ло р2—5 мм рт. ст. проведем по Ф0РмУле
•»ия коэффициентов, входящих в эту ! *'___________ _
коэффициент С. надо вначале выч»ц./ •_ вектнля и вязко»,
щнй влияние формы канала трубопровода 4{1
поздххй на пропускаю
способность системы.
етР
„ —---------" »
I + етР е»снт
г =182гк-коэффициент в фор>'^е проводимости (10-19),
Т₽ зависящий от размеров трубопровода;
,09-^^-—коэффициент, зависящий от размеров иля
Е«№Т^182 2,5/вент
(см. § Ю-2);
«тр= 182 •'93 =о00;
евент
= 'г2-3-тйпб=386;
е = 219;
2Т
2-70
е
Определяем коэффициент В:
70 V
0,87-1,2 у
= 4,5-103.
Определяем коэффициент Л', для чего предварительно вычисляем
коэффициент Г:
а_С2== 0,5342
==4В “ 4-4,-5-Ю-3
= 1,58-10-®;
Л' = ‘[/У2 4- = /(1,58-10-6)2—о2 = 5.
И, наконец, определяем постоянную интегрирования, вычислив
предварительно Л\:
== + /4 = И(1,58- ю-*)2 4- 7602 =5=760;
результате получим:
0,534 . -----------
/Л
0,534
2-760
В
> —
.чтпу1Ь1 1|го
предварительной откачки ш.иозо.«» Кк,1ая с
лений значительно больше быстпп, Камеры ,
вии (^>5Н) расчет времени откчш°ТКйчКи
простой формуле (12-13). [Ки можно
Таким образом,
_ У, И «. (рлЛ’Л
лом лиипачоне дав-
асоса. При этом усло-
производить по боле»
70
760 __
5 " 363 сек..
в) Опре гсляем время откачки шлюзовой камеры в диапазоне
пявлений от 5 до ®>\2Ъ-мм рт. ст. (вязкостный режим, откачка про-
чиоднтся насосом ДВН-5-2). Так как быстрота откачки агрегата
лВМ-5 зависит от давления, расчет проведем по формуле (12-24),
А весь рассматриваемый диапазон давлений на три участка:
Раз° I — от р2—Ь до р3=2 мм рт. ст.;
II —от Рз=2 до р4=1 мм рт. ст.;
щ__от р4=1 до р5=0,125 мм рт. ст.
Определяем для каждого участка общую пропускную способность
и эффективную быстроту откачки.
Для I участка
«И рт. СТ.
г/4 п2 + Рз 44 5 -4- 2
(7тр = 182 -у----2-----—д-----------' 750 л/сек,
и 1 ОО 8е,ГГ ^ + Рз _
Ь'вслт — О 9
-|82'2ДЖб-Ч^ = 1380'’/сж;
^общ 7/тр + Упснт 1 750 + 1 380 *
откуда /70бщ — 722 л/сек.
Так как /7общ^>5я, принимаем:
50 = 5Н = С л сек.
Для II участка
44 2 + 1
/7тр = 182 • тут---п— = 750 л/сек;
3 24 2 4- 1
^пелт ~ 182- д з.|9 ' 9
== 330 л/сек.
Так как (/общ > 8„, то 50 = 5Я = 9,5 -? ‘сек.
Для 111 участка
44
1 -Ь 0,125
2
=282 л/сек.
Если всспольэова'пл'я кривыми,
по. .учим:
приведенными
вг»-Т
9,5-19,6
О^ПХ —
Время о,к ™« для I II участка» Л1.а..аяоиа даг.ло,гай нахо.ъп.
по Формуле (12-13), полагая 50 — оя (I/«/•
70
'3 ’
о
= 9.0 сек;
Время откачки от I до 0.12э
(12-22). так как И соизмеримо с
ентов, входящих в эту формулу:
мм рт. ст. определим по формуле
5„. Находим значения коэффицп-
3-10-3;
0,126;
I
СОП51 - К В 1п (Л\ 4- р4) —
0,534
0,534
12,3 сек.
:аТакСимлКп« б0Ле! пР|,ближМой формуле (12-13) Л =
'«агти-ги. П,ОЙ Раз$иг е диапазона давлений па не-
чегов.
г) Определяем время
давлений о г 0,125 до 3 75
откачки шлюзовой
г этот
I — от
Определяем для
пость и эффективную
Для I участка:
Произведем
для наглядности
Определяем
Ка меры
в диапазоне
™ рт. ст. (иолек
'ивчрпиа ' улярно-вл жостный
ним па три участка:
° /Л) ==0,05 ру. .
Ю р,- 0,01 ли: рт. ст;
/>7=0,01 до р8=3,375- 10 -з р1 ст
бысХу оу;«. об1цу,° "ро"уск,,у1°с^-
диапазон
/>5 = 0,123
расчет пропускной способности трубопровода (/тп
1рсмя различными способами. ₽
1ЛР по уравнению (10-66):
тр — 182
= 43,8 л/сек,.
Определяем С/тр по уравнению (10-67). Коэффициент 7 находим
по графику на рис. 10-16. Величина 7 для <//2(р5+р6) =4/2(0,125+
+0,05) =0,35 равна 5,5 В результате
(7тр
•5,5 = 45,5 л/стк.
Теперь определим {7тр по кривым, приведенным на рис. 10-17:
С7тр=45/тр=45 • 0 93=42 л/сек.
Учитывая малое расхождение значений (Утр, можно рекомендо-
вать вести расчеты по графику на рис. 10-17.
Пропускную способность вентиля при молекулярно-вязкостном
режиме найдем по формуле (10-69):
рент __
Vв.пент == (2-4-3) /ссят ^?в
= 182-2,5-сЬг'0,125 48,5 Л СеК'
= (0.06 0,15)уота = о, 1 11,6Л -
= 0.1-11,6 -Я- = 9 -3 л/сск<
Г19.9
2 .? сек.
Для И участка:
Утр
ц.0.93= Ю.2 л сек
. 10-18 для р =
.? С!'К\
м— в.вент
Уогш = 6,5-7 ССК\
Для Н1 участка:
Утр^ 10,2-0,93 = 9,5 л/сек
( _ 0,1+3,75-Ю-’\
м—в.вент
— 3,75-Ю-3
2
= 10,3 л сек\
У общ = 4,95 л/сек\
4,95
о — л
— 2,8 л/сек.
Время откачки для 1 участка
, „70 0,125
/в —~,37,2 2 0,05 ~"9 сс,с-
Время откачки для 11 участка
< оо70, 6,05
3,83 ОДЙ—29-5
Время откачки для III участка
, __9 о 70 , 0,01
7-2,3 2 8 12 10--г = 24,5 сек.
1 шлюзовой камеры в диапазоне
мм рт. ст. (молекулярный режим).
д) Определяем время откачки
давлений от 3,75- 10~* до 1 • Ю-з л
₽ота откачки насоса в этом диапазоне в среднем равна
••'У (10 10)1{ОГ'5Ск"аЯ с,,0соб1|0СТ1> трубопровода составит [см форму
8,3 9,3 ’
^общ — 4,36 л сек\
4,36
, 4,36 ~ 2 >1 л/сек.
попка указа111,0,м диапазоне давлений необходимо
гпгпСгШЛЮ30В0- камсРы> натекания и предельное
ТЭК КЭК Расчет ведем по формуле
ное давление агрегата АВМ-5 равно: Ф Р У
учесть газовыде-
давление р01 на-
(12-25). Предел ь-
п Ро2=4-1О-4 мм рт. ст
5-ю-® лУХМУпт ЛЛИЧИ"У патека11ИЯ принимаем равной
кателя ПТИ7 1 ' ЧТ° песколько “иже чувствительности тече-
ссателя ПТИ-7. Суммарная поверхность внутренних стенок шиозо
вой камеры, изготовленной из нержавеющей стали,
составляет:
ст= 10 600 см2
и величина газоотделения равна:
Ф'г.ст— 7,3-10“8 • 10 600 = 7,8-10 4 л*мм рт. ст./сек.
Открытая поверхность резиновых уплотнителей
^84 см2 и газовыдсление составит:
равна Гроз-
Ф'г.рсз = 2-10“8-81 = 1,68-10“° Л'ММ рт. ст./сек.
Суммарное газовыделение
= 7,8-10-4 + 1,68-10-с ^7,8-10-4 л-мм рт. ст./сек.
Определяем время откачки до давления Ы0_3 мм рт. ст.'.
Рог
р$ — Рог С х/"^о
70
3.75-10-3—4-10-4 —
85 сек.
^тр —• 12,1»
о —
V
о
о
1-Ю-3 —
Отметим, что время достижения заданногс' ^^‘‘'’з.^ительно
газовыделения и предельного давления насоса }
занижено и для нашею случая равно 44 сек.
с'| Общее время откачки
I . |П 3 1гг -’Л с' будет равно:
шлюзовой камеры
от
/60 до
1 о*!, 5 + 85 = 506,6 сек ^=8,0 мин»
Таким обра юм
выбранный агрегат АВМ-5 обеспечивает ол^-
* т ---- р=1 . Ю“3.ИЛ' ;ч. ст.
чение заданного давления
за время, равнее примерно 8,5 мин, что прием.емо
ническому заданию допустимо время достижения
, так как по тех-
этого давления
3 Выберем вспомогательный насос предварите, в юго разре пения
1ЛЯ паромзсляного диффузионного насоса Н-5СМ-1, который в иа-
тем случае работает с максимальном производительностью.
Максимальная быстрота откачки насоса составляет 5„ =
=500 л еек в интервале давлений 1 • 10-°—2 * 10 < мм рт. ст. Ма-
ксимальное выпускное давление насоса рнаяо — 0,075 мм рт. ст. С 13-
чала находим по формуле (14-1) производительность насоса р,макс'
С макс — ^н.Ольыажс /;1макс — 500*2* Ю
^ЫО-1 л-мм рт. ст. сек.
Необходимая быстрота откачки вспомогательного насоса опре-
делится по уравнению (14-2):
^н.вен —
Ф макс
Рг
МО”»
0,75-0,7
^=1,9 л сек*
В качестве насоса предварительного разрежения выбираем ва-
куумный меха) ический насос ВН-2 с быстротой откачки в диапазоне
давлений 1,0 0,075 мм. рт. ст.\ 5ц.всп~5 л!сек. Соединительный
труоопро д ме т диаметр оО мм, равный диаметру выпускного
патрубка насоса Н-5СМ-1, и длину 1000 мм. Определим режим тече-
ния газа в соединительном трубопроводе:
Р^~0.7 - 0,075 • 3 = 0,158< 0,5 мм рт. ст.-см.
1 ежим течения — молекулярно-вязкостный.
п\чим°С?°ЛЬЗ-тШИ<:г "о^граммой, приведенной на рис. 10-17, по-
• учи.. см_а~]о л,сек. Найдем по уравнению (14-31 чянченио
ЙВ Ж"” ШТ|>’"5? .иффуо.; »а-
<ос.. И-эС. ,.ьияива, мое ,шСра1„|и„ ногате.™;, васосом:
1*10-1(10 4-5)
“10,5 ” - — 0,()3 мм
рт.
ст.
соедини тельного трубопровода" ней „ычш ™< °С1апляем Размеры
предварительное низменными, а в качестве насоса
с,ь.е..фло1о раэреження оставляем насос ВН-2
ГЛАВА ШЕСТНАДЦАТАЯ. РАСЧЕТ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ
ФОРВАКУУМНОЙ СИСТЕМЫ
при
насчет централизованной форвакуумной системы
(ЦФС) обычно
сводится к определению необходимой
производительности насосов и диаметров трубопроводов
расположении вакуумных установок,
работы и требуемом разрежении.
известном
ЦИКЛИЧНОСТИ их
Рис. 16-1. Трубопровод централизованной форвакуумной
системы для откачки пароструйных диффузионных на-
сосов.
Расчет ЦФС, как правило, ведется методом последо-
вательных приближений, так как при вязкостном и мо-
лекулярно-вязкостном режимах течения газов, которые
обычно наблюдаются в трубопроводах, существует до-
вольно сложная зависимость между давлением в систе-
ме, быстротой откачки насоса и геометрическими разме-
рами трубопроводов. При этом число неизвестных, под-
лежащих определению, больше числа уравнений, кото-
рые можно составить, вследствие чего некоторыми ве-
личинами приходится задаваться.
Рассмотрим последовательность расчета трубопрово-
тгл /пил т.н ппе.чпазначенного для откачки пароструй-
1 / , .....
(узионпых насосов //|—//„. Прежде всего неоо-
... 7....:арное поступление газа в трубопро-
максимальной нагрузке на пароструйные
холимо оценить сумм;
вод при
гиффузионные насосы. Согласно хравнепшо (9-27) за-
пишем:
ф' г = V 5 ,-р,-, Л • мм Р,п • с,п -11'ек >
ГЛе 5,—быстрота откачки пароструйного диффузионно-
го насоса, л]сек\
р, —наибольшее впускное давление, мм рт. ст.;
; —количество пароструйных насосов.
р\, опрсделенное по этому уравнению, больше факти-
ческого. так как нс все насосы будут работать одновре-
менно с максимальной нагрузкой.
Для выбора быстроты откачки 5П насоса предвари-
тельного разрежения ВН задаются давлением рп на
входе в этот насос, которое должно быть
сималыюго выпускного давления пароструйных диффу-
зионных насосов:
Зная $н и рн, по данным каталогов можно выбрать
соответствующий насос.
В предположении, что весь поток газа поступает в си-
стему из наиболее удаленного насоса Нп (рис. 16-1),
оценим диаметр основного трубопровода.
Давление рп в узловой точке п будет несколько
больше давления рк, создаваемого насосом предвари-
тельного разрежения. С другой стороны, это давление
должно быть меньше максимального выпускного давле-
ния риаиб пароструйного диффузионного насоса:
Рн<Рп "СРнапб-
(16-1)
Выоор значений рп и рп производится ориентировоч-
но. В реальных условиях разность давлений обычно
невелика и хорошо иллюстрируется графиком, приведен-
ным на рис. 2-5.
Пропускная способность трубопровода предваритель-
ной откачки пароструйных диффузионных насосов может
быть определена из уравнения (9-28):
Затем по формуле (10-45’1
длину трубопровода:
определяем эффективную
)ф — /гром + 1,33 с1п, см.
Пропускная способность
равна:
м трубопровода будет
^1м — 10 2 [Лэф, л/сек • см. (16-2)
Используя номограмму, приведенную на рис. 10-18.
можно определить диаметр трубопровода, у которого
пропускная способность 1 м будет не меньше величины,
найденной по уравнению (16-2).
Затем определяются давления в точках 1. 2, .... п и
диаметры трубопроводов, идущих от магистрали к па-
роструйным насосам. Давления в точках Д 2, ..., п мо-
гут быть последовательно найдены по формуле (9-28).
если известно давление па входе в механический ваку-
умный насос. Предварительно необходимо установить
режим течения газа в рассматриваемых участках трубо-
провода.
Для участка трубопровода между механическим
вакуумным насосом ВН и точкой 1 для вязкостного ре-
жима течения воздуха при 20°С
(16-3)
где /л — давление в точке /, мм рт. ст.\
/?п —давление на входе в механический вакуумный
насос, мм рт. ст/,
О',—поток газа на входе в механический ваку>м-
НЫЙ насос, Л-мм рт. СТ./сек. 1вх.ЯНииР
диаметр трубопровода на участке механиче
скип вакуумный насос—точка 1, см,
— точка 1, глг;
/ — длина участка
см.
2 может быть определено
Давление в точке л ..... . . *
по по ранее найденному давлению рь
Для всех последующих участков мож1
аналогич-
записать:
(16-4)
давление в конце /-го участка, мм рт. с
давление в начале /-го участка, мм рт.
длина /-го участка, см:
диаметр трубопровода на /-м участке, см:
г
суммарный поток газа
провод на Лм участке
проходящий через трубо-
п — число участков.
Для молекулярно-вязкостного режима течения воз-
;а при 20° С уравнение (16-4) будет иметь вид:
п
>6 -^-5—+245</?/;;_1+28//</л_
«7
__
1
(16-5)
Для молекулярного режима течения воздуха при
20е С уравнение (16-4) будет иметь вид:
(16-6)
Для определения диаметров трубопроводов, идущих
от основной магистрали к выпускным патрубкам паро-
струйных диффузионных насосов, определяется пропуск-
ная способность каждого трубопровода, которая должна
быть не менее
(16-7)
где р'1—допустимое давление на выходе из пароструй-
ного диффузионного насоса;
р-1— давление в соответствующей узловой точке
основной магистрали.
В результате расчета необходимо убедиться, что
у выпускных патрубков диффузионных насосов давление
не превышает рПаио- Чаще всего длина участка трубо-
422
А
У
способности оИп редел тот Н,л°и^У ЗИачени,° пропускной
трубопровода. диаметр данного участка
труболровма
=25
воду ооъема |/й находящегося -
«ние в трубопроводе повысит’ яда
насосов на повы-
при подключении наи-
к трубопро-
вод давлением р;, дав-
,7 Р$ 1. ^тр
-----У7+Утр рт‘ ст->
где
УТр — объем трубопровода, л\
._ Р\ Рп
2 -среднее давление в нем, мм рт.
При этом необходимо соблюдать условие
(16-8)
ст.
Аши б*
Предварительная откачка объемов, подключенных
к ЦФС, осуществляется в зависимости от величины
окончательного разрежения в два и более этапов. Для
каждого этапа предварительной откачки предусматри-
вается свой трубопровод. Перепады давлений, соответ-
ствующие каждому этапу откачки, выбираются такими,
чтобы продолжительности откачки на отдельных этапах
были близки, так как при этом уменьшается суммарное
среднее время откачки объектов. В тех случаях, когда
не удается добиться равенства времени этапов откачки
(обычно это имеет место на последнем этапе при оконча-
тельном давлении порядка 10-3 мм рт. ст. из-за малой
величины пропускной способности),. прокладываются
две нитки трубопровода окончательной откачки, причем
часть установок подключается к одной нитке, а осталь-
ные—к другой.
Во время конструирования ЦФС следует уделять
особое внимание выбору оптимальной последователь-
ности подключения объектов к магистралям. Наиболее
простым и эффективным методом определения оптималь-
последовательности подключения является модели-
рование различных вариантов на цифровых электрон^
в качестве простейших
ных вычислительных машинах.
вариантов подключения откачиваемых объектов к грубо-
- ч 11 I _ •
з) нпдшш (уальиыи,
V
при котором установки откачи-
;ке. соответствующем последова-
(иногда
может
дельности их подготовки к включению
программироваться нарушение «очередности» путем
введения понятия «важности», за счет которого отдель-
ные объекты могут подключаться раньше);
б) групповой, при котором все очередные объекты,
подготовленные к включению, начинают откачиваться
одновременно только после того, как окончена откачка
предыдущей группы установок.
После выбора той или иной последовательности
откачки объектов составляется циклограмма и перехо-
дят непосредственно к расчету системы. Задачей рас-
чета трубопроводов предварительной откачки является,
так же как и в предыдущем случае, выбор диаметров
и средств откачки.
В простейшем случае, когда объем трубопроводов
предварительной откачки ЦФС невелик по сравнению
с объемом рабочих камер отдельных установок, расчет
времени откачки производится по формуле (12-13).
Отметим, что при откачке объемов от атмосферного дав-
ления до 0,25 лыг рт. ст. довольно часто пользуются при-
ближенной формулой
(। В-9)
где V—откачиваемый объем,-л;
5П—быстрота откачки насоса, л/сек.
В практике гораздо чаще встречается
~ чаще встречается случаи, когда
а ЦФС соизмерим с объемом уста-
новки, т, . ) ношение (12-3) не имеет места и про-
весе нельзя рассматривать как квазистациоиарный.
^этом л час перепад , авлений по длине трубопровода
обычно невелик (рис. 2-5), и 1
трубопровода больше объема
поэтому когда объем
откачиваемой камеры
можно с малой погрешностью для точности 'расчета
/пиДСТтоо1Ь вакУУмнУю систему в виде простейшей
ч • о- )» т. е. считать откачиваемый объем присоеди-
венным к трубопроводу на его конце. Дифференциальное
< равшние неразрывности потока, характеризующее
изменение давления
вид:
в такой вакуумной системе, имеет
(16-10)
где х— поток откачиваемого газа на расстоянии х от
объекта;
А — площадь поперечного се-
чения трубопровода;
рх — давление в трубопроводе
па расстоянии х от объ-
екта.
Решение этого уравнения в об-
щем виде затруднительно. Для мо-
лекулярного режима течения газа
это уравнение решено в [Л. 194].
При выборе диаметра трубопро-
вода предварительной откачки
ЦФС следует иметь в виду, что
с его увеличением растет суммар-
ный объем вакуумной системы.
Рис. 16-3. Зависи-
мость времени откач-
ки от диаметра тру-
бопровода.
Вследствие этого, несмотря на уве-
личение пропускной способное! и
трубопровода, начиная с некоторо-
го значения диаметра, время откач-
ки возрастает. Характерно, что опт,,‘Хпоти’откачкн
диаметра трубопровода зависит от Р
. . »1П'пр ПАРАМЕТРОВ СЛОЖНОЙ
ГЛХСХАпо^емы методом аналогового
МОДЕЛИРОВАНИЯ
В $ 9-4 при рассмотрении процесса откачки
мечзтось что в целях облегчения математических
ТОБ обычно проводят аналогию между вакуумной снеге-
। электрической цепью. При этом поток откачивае-
мых газов уподобляют току, давление-напряжению и
т д Используя эту аналогию, можно с помощью анало-
гового моделирования исследовать и рассчитывать такие
сложные вакуумные системы, как централ изо ь
форвакуумные магистрали, расчет которых с пол >
математических выкладок весьма трудоемок, а тот ость
расчета невелика в связи с невозможностью проводить
анализ различных сочетаний начальных условий и необ-
ходимостью введения ряда допущений, в какой-то мере
упрощающих расчет. В то же время уточненный анализ
процессов откачки сложных вакуумных систем с учетом
таких факторов, как предельное давление насоса, на-
текание извне и т. п., без аналогового моделирования
крайне затруднен, а для ряда систем практически невы-
полним.
Модели-аналоги строятся на основе формального
соответствия между дифференциальными уравнениями,
описывающими явления разной физической природы.
.Модель-аналог моделирует на основе аналогий физи-
ческую систему по ее элементам, т. е. так, что каждому
из физических элементов натуры в модели соответствует
определенный изображающий его независимо управляе-
мый эквивалент.
Для стационарного процесса откачки в соответствии
с выражением (9-28) поток газа равен:
г Д1 — / г
Г
л-мм рт. ст.!сек.
юкДравХПаН°ВИВШеГ0СЯ процесса в электрической цепи
(17-1)
— напряжение, в;
— сопротивление, ом.
Для пестацпопарного процесса откачки
где
(Н , л-мм рщ. ст./сек,
(17<
. /л/ откачиваемый объсхм
аР!си первая производная
мм рт. ст./сек.
Для нсустановившегося
пи с емкостью
давления по времени
процесса в электрической це-
(И ’ И'-о)
где С — емкость, ф;
с1Е/(И — первая производная напряжения по време-
ни, в/сек. н *
Полное подобие уравнений (9-28), (17-1), (17-2) и
(17 3) позволяет провести аналогию между разностью
давлений рм—рг в вакуумной системе и напряжением Е
в электрической цепи, потоком газа ф' и током /, про-
пускной способностью трубопровода С1—1/117 и проводи-
мостью У= 1//? электрической цепи, величиной откачи-
ваемого объема I и емкостью С в электрической цепи,
быстротой откачки 5 и опять-таки проводимостью У.
На основе такого формального соответствия может быть
построена электрическая модель-аналог вакуумной си-
стемы.
Все подлежащие исследованию элементы вакуумной
системы воспроизводятся с помощью электрических
схем, независимо управляемых в модели-аналоге.
Модель строится путем соединения схем-аналогов
элементов вакуумной системы в общую электрическую
схему.
Ниже рассматривается метод моделирования слож-
ных вакуумных систем [Л. 226]. .„лАил п„'.
Для моделирования вакуумную систему уд Р‘
бить па следующие элементы: отка™а“,““ °° при
вакуумный вентиль, трубопровод, вак^' параметры
этом моделируются следующие основные параметры
элементов. __ объем и интенсивность
а) откачиваемый объем ег
газовыделения в нем; способность и
б) трубопровод-его пропускная икс
объем; Р7
ПоГОс —его быстрота откачк! ( вели-
в) вакуумный насос
чина предельного давления.
моделировать натекание из ш-
вак\ умная <
*м
В °"п \о е-1 ирована электрической схемой
может быть м Д<2‘11 и
чанной на рис. 1-1- в этоИ
пока-
аналогом величины
Р !С. 17-1. Модель простейшей ва-
куумной системы.
'-нит
Риг. 17-2. Модель вакуумной систе-
мы с учетом газовыделения и нате-
кания.
объема И откачиваемо-
го объекта. Электриче-
ская проводимость У] =
= 1//?1 моделирует про-
пуски} ю способность
трубопровода (7. Бы-
строта откачки вакуум-
ного насоса 5П модели-
руется проводимостью
Ун=1//?п, а предельное
давление насоса рот —
источником напряже-
ния с э. д. с., рав-
ной Еп.
Напряжение Ео па
конденсаторе модели-
рует давление Р1 в от-
качиваемом объеме.
Удобно принять потен-
циал точки О равным
нулю. Тогда напряже-
ние в любой точке мо-
дели относительно точ-
ки О будет воспроиз-
водить давление в со-
ответствующей точке
' и е вакуумной системы.
На ка в какой-либо точке вакуумной системы из
внешней среды может быть промоделировано электри-
ческой цепочкой из последовательно соединенных до-
пол! ителы ого источника э. д. с. Еилт и сопротивления
Г кат (рис 17-2). 1
Пелт ч I а напряжения Еь:,г дополнительного источ-
тУ» сложит аналогом давления внешней среды, а вс-
и на проводимости Унат= 1/7?нат моделирует пропуск-
со ность отверстия, являющегося причиной па-
нулевой ™чкХаиХХ лгочается между
дели месту натекания и. соответствующей в мо-
газовыделения и натекания
в трубопроводе, сопротивление
“ Гр°В И/ "Редставлено
ПНИ । ц А2-
•ы, построенной с учетом
моделируется натекание
которого потоку откачи-
с виде двух сопротивле-
ние. 17-3. Модель трубопровода большой протяжен-
ности.
Интенсивность газовыделения в откачиваемом объеме
моделируется источником тока /0. Конденсатор Со, моде-
лирующий откачиваемый объем, заряжается от внешнего
источника до напряжения, соответствующего в выбран-
ном масштабе первоначальному давлению газа в этом
объеме. Затем заряженный конденсатор Со, предвари-
тельно отсоединенный от внешнего источника, подключа-
ется с помощью выключателя В к остальной части схе-
мы, моделирующей вакуумный насос и труоопровод.
Происходит разряд конденсатора Со через сопротивле-
ния 7?], /?2, и Ямат- „
Изменение напряжения на конденсаторе Со во вре-
мени моделирует изменение давления на выходе откачи-
ваемого объема в выбранном масштабе времени.
Иногда при анализе работы вакуумных с»сге^ ® ;
стационарных режимах^ необходимо }читы ‘ лучаях
деленный по длине трубопровода расчета' если
может быть получена достаточная т’ ‘ схема за
в качестве модели трубопровода »с к ру$0.
мощения электрической длинно» л»ш, РУ
провод условно разбит п0 А*™'1 .. про:гяЖенностн пока-
Модель -РУбогфО^^ль™» пр^
* 4-9
может быть полу
зама на рис
с, в такой схеме
Н'"пг°"к"'прп вязкостном и молеку^ярно-вязкоством
1ак как при пплтскная способность труоо-
ЕрХ-и лш.Хо'ззв.'.а.т от давления, то в общем виде
можно записать. _ И7
у—пропускная способность,
—среднее давление;
ръ р„ — давления на концах трубопровода.
В случае если можно принять
А = 182
и
с!3
В соответствии с этим пропускную способность тру-
бопровода в вязкостном и молекулярно-вязкостном ре-
жимах следует моделировать управляемой электрической
управляющего
должно служить
точками схемы,
постоянного дна-
проводимостью — линейной функцией
сигнала-аналога давления.
Управляющим сигналом в модели
напряжение между соответствующими
Аналог протяженного трубопровода
метра, работающего в вязкостном и молекулярно-вязко-
стном режимах течения газа, показан на рис. 17-4.
Электрическая проводимость между точками а и б
блока 1 является линейной функцией напряжения между
точками а и О модели. Напряжение снимается с дели-
теля, образованного сопротивлениями и Т?2. Конструк-
ция локов /, 2....п может быть воспроизведена на
базе ламповых или транзисторных схем.
' - 1 -’,М1-Т11гь, что моделирование можно осущс-
КЗК В натуральном, так и в ускоренном или
замедленном масштаоах времени.
принять^ величину э- Д- с- источника Яо (см.
' рзвнои нулю (что означает отсутс'1
430
гвие газо-
ГО НССТЯ-
выделения и натекания в от^,..
ционарпый процесс закончится тогМЫЙ °бъе
на конденсаторе Со станет пави^’ Ког;1а
источника Е,„ что моделирует уС аи‘ ВеЛИ‘ - ~
системе давления, обусловленного Ро^НИе -в вакУУ«ной
го давления вакуумного насоса Реп ......
пика Со не равна нулю ’
"рмельно-
'Ь с, источ-
и натекание
учитываются
а
и же э.
стяпигмто Т’ С’ газовыДсление
|аиионарнос состояние
Рис. 17-4. Модель трубопровода большой протя-
женности, работающего при вязкостном и молеку-
лярно-вязкостном режимах течения газа.
при более высоком напряжении на конденсаторе Со
(так как всегда ЕО>СП).
Осциллограмма изменения напряжения в любой точ-
ке схемы модели относительно точки, имеющей нулевой
потенциал (точка О), показывает изменение давления
в данной точке вакуумной системы при нестационарном
процессе откачки в выбранных масштабах времени и
давления.
Масштаб моделируемых параметров выоирается в за
висимости от возможностей имеющейся измерительной
и регистрационной аппаратуры. „2 РППт-
Масштаб времени устанавливается, и х >
ношения
сек.
(17-5)
где т — постоянная времени, сек.
V-величина откачиваемого объема, л;
5-быстрота откачки, л/т. _ ( л/да
Для вакуумной системы с ? равна 1 сек. Элек-
постоянная времени равна
и объемом I л
(сонротпв
гг- «"» •— • -
ПРЧЧЬПЯЯ В31ч\’\МН ЗЯ си< теми.
Р Удобнее п''же постоянную времени на модели реалц.
товар е помощью емкости 1 мкф и проводимости 1 «и
пение 1 .««.«). При необходимости модслирова-
мня в другом масштабе времени следует измс! ас-
штабы моделирования пропускной способности и объема.
Например, для моделирования в ускоренной ] аз
масштабе времени масштабы пропускной спосооности и
объема будут:
1 л/сек— 10 мкмо;
1 л — 1 мкф.
Масштаб для моделирования давления напряжением
может быть выбран произвольно. Пределы изменений
напряжений в схеме-модели
Рис. 17-5.
Осциллограмма
процесса откачки шлюзовой
при этом ограничены лишь
требованиями удобства изме-
рений и условиями работы
элементов модели.
С помощью электрического
аналогового моделирования
процессов откачки можно лег-
ко получить необходимые ха-
рактеристики для анализа ра-
боты действующих вакуумных
систем и проектирования но-
вых.
При анализе стационар-
ных процессов откачки па мо-
дели можно получить распре-
деление давления во всехточ-
ках вакуумной системы при
заданных быстроте откачки
насоса, интенсивности газо-
выделсиия, предельном дав-
дазе нестационарных процессов пеги?1 ” Т' П' Пр" аПЯ*
лограммы изменения давления г сн™аются осцил-
Д' ш системы и определяются
ВО времени в любых точ-
время достижения
в
пюбой топке системы заданного значения давления,
-\г'кс время установления стационарного режима в си’
а 1 **'
СГСНа ис. 17-5 показана осциллограмма процесса
шлюзовой камеры 8, изображенной
откач-
тая и модели централизованной Лоппа^ИС’ сни-
ми (верхняя кривая). По оси абсниТ Уумной систе-
откачки (на модели процесс был ускопРнТЛг°^но Еремя
давление (шкала давлений ;
оси ординат
систе-
в 25 раз), по
линейная).
Рис. 17-6. Блок-модель централизованной форвакуум-
ной системы.
Г
Па этом же рисунке для сравнения дана кривая от-
качки, снятая па действующей ЦФС (нижняя кР’,вая '
Внешний вид блока-модели ЦФС показан на р’ • '
В заключение необходимо подчерки) ова.
преимущества электрического аналогов
ния вакуумных систем:
1. Удобство изменения моделируемых параметров
вакуумных систем путем переключения элементов эле
трической схемы-модели. пгппппОграфнческой реги-
2. Удобство измерении и °1СЦП„ в11пе электрических
страции величии, моделируемых
напряжений пли токов. МР\-яническнх работ при
3. Отсутствие трудоемких мь. а метоДЗМИ элек-
пзготовлении моделирующего }
тро- и радиомонтажа. 4"
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Характеристики отечественных механических вакуумных насосов с масля ныл уплотнением
Характеристики Числовые значения характеристик
И075003* ВН-0,25-2 ВН-0,5-2 ВЫ-1-2 ВН-3-2 ВН-6-2М, ВН-6-2 ВН-461М РВН-20 ВН-2МГ ВН-1МГ ВН-4Г ВН-7Г ВН-7М ВН-6Г ВН-6МГ
Пластинчато-роторные насосы Пластинчато- статорный насос Пластинча- то-статор- ный насос с пласти- ной в виде поршня Плунжерные (золотниковые) насосы
Геометрическая быстрота откачки, л {сек 1,91 — — —
Средняя быстрота откач- ки в диапазоне давле- ний 760 — 1 мм рт. ст.» л!сек 1.0 0,25 0,5 1 3
Число ступеней 2 2 о •м. о ** о
Пр дельное (остаточное) давление, мм рт ст. . . 5-10'» 5-10-е 5- Ю-« 5-10-’ 5-10-’
Число оборотов ротора на- соса в минуту ..... 540 450 462 450 455
— 0,86 1 3,3 ' 7,0 1 22.5 I <Ю / Г*
6 0.78 1 2,6 / • ю | /6,5 1 15 / /20
<) о 1 о 1 <4* 1 о аг 1 1 1 ** 1 1 / 1
6.10“’ Л** —0,5.10-’; Ы0-’ 1 3.10-’ / 3-10-’ / 5-10“’ । 1- /0“ ''
Б—ЫО”3
455 510 1 150 1 525 | 500 / 500 / 3 а)
давления
указывает категорию насоса.
насосов
двухступе лчатых
1/5. ГО"»
3
0,5
130
х дозатора (0, 1. 2, Ч
* Количество рабочих камер
Буква перед значением остаточного
1 ловыс значения кар «ктсрнстик
I Ю7ГЯИЛ* ВН-0.25-2 ВН-0,5-2 ВН-1-2 ВН-3-2 НИ К-2М, ви <>. > ВН |6|М РВН-20 ВН 2МГ ( Я1-1МГ РН 1Г ВН-7Г ВП-7М Е ВИ 6|’ И ЬбМГ
Характеристики Пл и- ГЛНЧПТО.роТОрНЫ" II 1С<Ч’Ы Пл ютинч.ч то- ета горны й II; о 1 1л 1СТИЦЧ 1- то-ста тор- ный И'И'ОС < ил сти- ной в ВИДР поршни Пл у нж ериьтр (' К'Н БОЛОТНИК! осы ЭВЫе)
Количество .масла, л: полное наименьшее допус- тимое Охлаждение Р । сход охла жда югце й во- ды, л/ч Габаритные размеры, мм: длина ширина высота Вес, гс Мощность электрод вига - теля, кет 10 Водя- ное 18 9)0 6<0 -155 270 1,7 0,36 Воз- душное 330 243 229 16,5 0,18 1.2 Воз- душное • 1 й Зс0 278 255 26.5 0,27 2.3 Воз- душное 450 325 320 38 0.40 1.7 Воь Душное 515 433 355 67.5 0.60 5,3 Воз- душное 558 417 420 70 1,0 2,30 1,75 Воздушное 670 291 415 ** • /о 0,6 0.5 0,25 Во 1Д ушное 525 330 445 НО 0,6 2,0 1.4 Воз- душное 822 186 575 187 1.7 3.3 2.0 Во !- душней- 951 580 745 2°0 2,8 16 я Водя- Н<Л’ 200—300 1 370 770 1300 600 7 55 22 Водя- ное 700— 1 000 1 560 970 1 790 1 557 20
10.
Основные характеристики отечественных газобалластных
Числовые значения характеристик при различных по и
Характеристики ВН-46 1МГ ВН-2Г
1 0 1 2 3 0 1 0 3
Количество балласт- ' ного газа, л-мм рт. ст./сек . . 1 0 12 —— 100 0 17 60 но
Предельное (остаточ- ное) давление. мм рт. ст 1 1-10-2 ' ЫО-2 2И0-* 1г3.10-2 1.3.10-2 1,0-10-5 2,5.10-*
Допустимое давление паров воды. мм рт. ст 1 I 2.5 1 ““ 17,6 0.5 о 4
Производительность ги воде при наиболь шем допустимом давлении паров, г/« ч 1 / 1 — 9 1 150 — 15 30 75
3—01 к
ыт.
• О-„крыт: 1-наименьшее открытие; 2 — промежуточное открытие;
37
1.6-10-2
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
ВН-1Г
160
3.0-10'-'
4.5-Ю”2
Основные характеристики двухроторных
ЛВН-5-1
с>
Характеристики
ВН-461М
ВН-1-2*
ВН-1-2*
ВН-10-2*
Характеристик
& ®
С1
с> с
С4
»
«л
Числовые Ш'Р
Зя
х 2
2 X
5 «
35 е*
О. Г
я3
ПРИЛОЖЕН И!
вакуумных насосов
АПН-15-1 АНН-15-2
с првфланце- выч двигате- ле?.? с ременным приводом с прифланце- выч двигате- лем с ременным приводом
ПН-2
ВН-3-2*
ВН-3-2»
ДВН. 50-2
?, К
Е "З
Л —
—
о $
к > 2
с%, ** _ о ®
к 3 ъ ~ с-
и со н 'А Е
ВИ-П-2
В1Ы0-2»
10
40 50
Рекомендуемый насос предва-
рительного разрежения . . .
Быстрота откачки в диапазо-
не давлений (1,0 5) -10’5
мм рт. ст., л! сек........
Предельное (о таточное) дав-
ление, мм рт. ст.;
П(хпное..............
парциальное по воз-
духу ................
Наибольшее начальное давле-
ние, мм рт. ст.......
Мощность, потребляемая насо-
сом при наибольшем вход-
ном давлении, квт . .
Габаритные размеры, мм:
длина ..............
ширина..............
высота .............
5•10’*
2-Ю’5
10
0,18
МО’»
4-10’»
0,18
158
17
205
158
187
15 *
261
186
224
23
550
208
247
53
5-Ю’л
2-10’»
25
0,4
430
208
236
582
200
315
<50
ыо-«
ыо-»
95
0,0
430
200
315
-10’3
4-10-*
2-10’»
Ю
0,7
426
240
280
28
360
60
2-10’»
♦ Насогы новой серии.
Характеристики высоковакуумных
паромасляных
насосов
Характеристики
Средняя быстрота откачки в интервале давлений
Ы0-*—2»10”4 мм рт. ст.> л/сек...............
Предельное (остаточное) давление при работе на
масле ВМ-5 (без вымораживающей ловушки),
лш рт. ст..........‘........................
Максимальное выпускное давление, мм рт. ст.
Количество ступеней откачки ...............
Мощность электронагревателя, кет...........
Количество масла, заливаемого в насос, л . . .
Внутренний диаметр корпуса насоса, мм . . . ,
Габаритные размеры, мм;
высота
длина
ширина
кг
443
290
45
9 В
X ►г*
с> (X.
г* % о:
ВН-20-1* ВН-1Г ВН-6Г
120-130 500 1 "00
5* 10’» 5-1О’3 5-10’»
2-10’* 5-10’* 5-Ю’*
5 1 1
1.1 7 10
623 1 0-с0 1 118
240 1 12" 1 345
230 935 1 105
45 520 870
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
единой серии
Числовые значения характеристик
Н-1С-2 Н-5СМ-1 Н-2Т Н-5Т Н-8Т
100 500 1 500 3 000 6 000
3-ю-7 з.ю-7 3-10-« 3-ю-6 з-ю-«
0,4 0,15 0,1 0,1 0,1
3 3 3 3 3
0,5 0,7 1,5 2,0 1 2,8
0,1 0,5 1,0 1,5 | 4,0
86 160 260 380 500
365 550 640 800 1 037
210 330 452 596 825
160 300 370 537 650
10 26 41 79 148
. д ч
Средняя быстрота откачки воз-
духа в сечении фланца
с к чог о п а т руб к а а гр о г;
ВНГ-
*а в
тиавазоне давлении 1-Ю-*-
2-10-4 мм рт. стч л ее
с азотной ловушкой . .
без ловушки............
редельное (остаточное) дав-
ление при работе на масле
ВМ-5, ..ил: /7’7. ст.:
с азотной лобгшкои . . .
V
без ловушки..............
Максимальное выпускное дав-
ление, мх рт. ст............
Мощность электронагревателя,
квт.........................
Напряжение на электронагре-
Количество масла» заливаемого
в высоковакуумный насос, л
ПРИЛОЖГ. НИГу о
Вакуумные аг рп а ты
Ч” •’”’О| п «нения характ рп. тик
ВХ Ц 1 ВЛ-О'Л П X .Мир ВЛ4-ИЦ) [ ВЛ 1ир | Г. X » В А-20-1 \ в,Х
25 100 500 1 200 2 500 10 000 60—70
50 250 1 000 1 500 1 000 4 000 15 000 —'
5-Ю-® 5-10-« 5.10-« 5- 10-» 5.10-« 5.10-8 1 • 10-»
5.10-’ 5.10-7 5. Ю“7 5- К)-’ 5-10“ 7 5-10 7 1 5.10-’ ——
0.075 0,075 0,1 0,1 0.1 0.1 ! 0,3 0,075
0.45—0,48 1,0 1,5 2,0 2.8 2,8' 6** 0,7-’
220 220 220 220 220 220 220 220
0,05 0,5 1,0 1.5 4,0 4,0 12 —
Продолжение прилож. 6
Характеристики Числовые значения характеристик
ВА-01-1 ВА-05-1 ВА-2-Зпр ВА-5-4пр | ВА-8-4пр ВА-5-5 ВА-20-1 ВА-05-5
Емкость азотной ловушки, л Расход жидкого азота в уста- новившемся режиме, л/ч, . . Площадь в плане, леи2 . . . . Высота агрегата, мм: с азотной ловушкой . . . без ловушки Вес, кг: с азотной ловушкой . . . без ловушки Используемый высоковакуум- ный насос . Расход охлаждающей воды, л/ч Рекомендуемый насос предва- рительного разрежения . . . 0,5 0,12 520X340 760 730 47 43 Н-1С-2 1 50 1 ВН-461М 0,5 0,25 540X670 1 080 1 030 90 85 Н-5С 120 РВН-20 или ВН-2МГ 15 1 1 юох Х735 1 320 1 250 200 190 II-2Т 200 В11-2МГ 15 1 1 317Х Х820 1 650 1 570 330 315 Н-5Т 400 В11-1МГ 15 — 45 1,5 — 15 1 336Х 1 475Х 1 650Х XI 035 XI 150 XI 60° 1990 3515 3235 1900 3 407 — 500 1 — 2 635 476 1 130 — I Н-8Т Н--Т Н-2ОТ 500 1 500 1 1 ООО ‘ ВН-1МГ Ы1-3 и 1 БН-3 и Р ВН-1.МГ ВН-1МГ 1 • 8 2,5 992Х6И 1 127 250 Н-5С.М-1 200 >811-20 иля Н-2МГ
4,6 кат.
• Общая мощность, подводимая к агрегату
♦♦ Общая мощность, подводимая к агрегату, 10.5 кат.
•• Общая мощность. псдводиммЯ к агрегату, 6 квт.
Основные характеристики вспомогательных (бустерных) насосов
Числовые значения харакгерметик
Характеристики
БП-З
БН-1500-2
Ы 1-1500-1
БН-4500
Н-ООГ.
Максимальная быстрота откачки, л/сек
Внутренняя диаметр корпуса, мм . . . .
Предельное (остаточное) давление,
мм рт, ст....................... •
Максимальное выпускное давление,
мм рт, ст...........................
Марка рабочей жидкости...............
Количество рабочей жидкости, л ... .
Мощность электронагревателя, кет , . .
Вес, кг.......................
Высота, мм............................
Площадь в плане, мм* .................
Рекомендуемый механический вакуум-
ный насос...........................
450 при
1 • 10’2 мм рт, ст.
162
5-10-<
0,3—0.6
Масло Г
1,5
3.5
33.5
610
413X413
ВЫ-1МГ
1 500 в интервале
5-Ю-з—
ЫО'2 мм рт. ст.
260
2 500 при
1 • 10“2 мм рт, ст.
260
4 300 при
1 10"*2 мм рт. ст.
300
6 в интервале
КГ’—
10'5 мм рт. ст
Не менее 1,5
Масло Г
2
14
150
1 310
700X660
ВН-1МГ
2—3
Масло Г
16
7,5
265
1 877
920X656
ВН-4Г
1
Масло Г
14
25
400
2 112
800Х<И0
ВН-6Г
<10’$
4
ПФМС-1
0,04
0,42
331
108X82
ПРИЛОЖЕНИЕ &
Основные характеристики геттерно-ионных насосов
Числовые значения характеристик
Характеристика
ГИН-0005Р
ГИН-05М1
ГИН-2
ГИН-5
Быстрота откачки воздуха в диапазоне 10-в—
10~8 мм рт. ст., л/сек.......................
Предельное (остаточное) давление, мм рт. ст.
Максимальное давление запуска, мм рт. ст. . .
400—450
5-10-9
1 - ю-*
1 800
5-10-’
ыо-4
4 500—5 000
5-10-»
ыо-4
П родолжение прилож. 8
Характеристики
Числовые значения характеристик
ГИН-0005Р
ГИН-05М1
ГИН-2
ГИН-5
Скорость испарения титана, мг/ч...............
Эффективный ресурс титана, г................
Ресурс непрерывной работы насоса без замены
испарителей, ч ...................
Входной фланец ДУ, мм . . ’ \ ’
Габариты насоса, мм ... ............
Вес насоса, кг.............. . ...............
Габариты блока питания, леи ...
Вес блока питания, кг ..........
Потребляемая мощность, ква
44
85X203
1,1
170X230X260
12
0,130
12
6
500
160
280X460X460
36
380X440X560
70
0,850
50
50
1 000
260
420X530X882
100
330Х690Х1 030
160
3,6
100
100
1 000
500
680Х860Х1 000
216
330X690X1 030
160
3,6
ПРИЛОЖЕНИЕ 9
Основные данные электроразрядных магнитных насосов
Обозначение насоса | Быстрота откачки воздуха, л/сек Вес насоса, кг Габаритные размеры, мм Ди 1МСТР ВХОДНОГО патрубка, мм Блок питания
Обозначение Вес, кг Габаритны»- ра «меры. и*
НЭМ-0,2-1 11ЭМ-30-2 МЭМ-100-2 Ж. НЭМ-300-1 со 0,2 30 0,225 15 38Х43ХЮ0 0 160; Л-=320 Ю 100 БГ1НЭМ-02 БПНЭМ-30 2.5 18 | 150Х 150 -/?( <> 230Х 250 \
100 46 195X260X370 100 УБПНЭЛ1-1С-1 21 230X350X1?$
300 140 380X425X575 160 БИ НЭМ-300 40 350 х ч>0 х ()
ф»
4-
ПРИЛОЖЕНИЕ 10
Основные характеристики элсктроразрядных магнитных охлаждаемых насосов
Характеристики
Быстрота откачки воздуха при дав
лешш 5-10 7 мм /7/7. 67Д.» ,1'сек
Быстрота откачки аргона при давле-
нии 5-Ю“б мм рт. ст., л/се.к . .
Предельное (остаточное) давление,
мм рт. ст.........................
Максимальное давление запуска,
мм рт. ст..........................
Наибольшее давление устойчивой ра-
боты, мм рт. ст....................
Входной фланец ДУ, мм..............
Вес, кг............................
♦ Охлаждение насоса водой.
Охлаждение насоса жидким азотом.
Чп лопмс значения у.ариК1 пи. пн-
НОРД-25 НОРД-ЦУ) НОРД „ 0
10 24 100 280 130‘ 200?*
(1,2 0,50 2 5,0 30'
5.10-» 5-К)-» 5-10-» 5-10“° 1 • 10-"*'
К)-1—5-10- = 1. ю-1—5.10-2 1-10-’ 5-10- = 1 • 10-’—5- 10-2 1 • К)-1 *
8-10-1 8-10"4 8-Ю-4 8-10 -1 | 1-Ю-2
32 • 100 100 160 100
7 13 46 120 60
-
Г"»
Основные технические характеристики отечественных
ПРИЛОЖЕНИЕ
вакуумметров косвенного действия
11
Наименование Тип Диапазон, мм рт. ст.
измерения блокировки
Ваку у ммегр сои рот и в ле -
В а к у у м м е т р т е р ы оп а р ны й
ВСБ-1
ВТ-2А
То же
ВТ-3
вакуумметр магнитный
блокировочный ....
То же..............
Вакуумметр магнитный
Вакуумметр инверсно-
Магнегронкый.........
ВМБ-2
ВМБ-3
ВМБ-1
ВМЭБ-1
ВИМС-1-3
То же
ВИМ-1
ВИМ-2
Вакуумметр радиоизотоп-
ный ....................ВР-1
Вакуумметр иошпацнпп- I
но-термоццрный..........| ВИТ-ИХ
То же.....................
Вок . ум метр и- низ»цнс>н-
иыи.....................
ВИТ-2
ВИТ-3
сл
ВИ-12
ВИ-И
ЬЬ? г -~ос 'к И ' О 7 О о • -Т О — " О1 о л • « О л 0—1 “"72 ‘Г 1 1 с • 1 о Яоо - О1
30 — 10-с —
1(Н-10’’5 10-4 —Ю-‘3 —-
7»о—10-1 ' 1 —-
10-1 —10-’ 1 ~~-
ю-> -ПГ7 1 —•
1—1 • 10“’ < —».
10’4--10-‘° 2.5-10” ••-! О"50 1
30—10'2 30-Ю-2
1-Ю-3 —
5—Ю-з —
Комплектуется Имеет выход за- писи сигнала на потенциометр Габариты, мм в . кг
датчиками на диапазоны
МТ-6. МТ-Ьф 30-Ю'2 Ла 300X260X210 14
ЛТ-2 1—10-3 Нет
ЛТ-1М, МТ-3 Ю-’—10-з 280X225X220 8
ЛТ-2 5,0—10”* Да 320X155X150
ЛТ-4М, МТ-3 10-’ —10’3 1 * I 4,5
ММ-8 1.0-5-Ю’5 11ет 3,:ЮХ225Х210 13
ММ-13, М-1А 2-Ю-2—10-7 ! Да 3^0Х~нЮХ2Ю I ’)
ММ -15 Ю-’—10-5 230X307X2*5 10.6
ММ 28 1,0~10-й I Гет
МТ-6, МТ-бФ ; 30—10'2 Нет
ММ-22 10-2—1()-в Да
ММ-14М )()-•« — И)-’2 418X340x267 /
ММ- 14М 10“’—10-13
МР-8 7СЮ —Ю"4 • 33 »Х27'"'Х-- । 1 ♦ 15
ЛМ-2, ЛМ-3, ЛМ-3-2 Ю-3 —10“’ Нет 1 ЗЧ)Х22’\’Л > । !3
ЛТ-2, ЛТ-1М, МТ-6 10-’ -НГ3
Т о же То же 1 Л» ( ЗСОх’Ф1 )<)
МИ-10 1 — 10’5 1 ГЗОХ )20Х Ч к)
ЛМ-3. ЛМ-3-2 10--’ -ю-? I
ЛМ-2 | 10“»—10“’ •ИОХЗТОЧООО ! э
ИМ-Г». МП 12-3 10-1—10“‘° а
МИ-27 | 2.5.10-’— !0-н' | 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 12
Основные технические характеристики манометрических датчиков
Условное
обозначение
Принцип действия
МТ-6
МТ-6Ф
сопротивления
ЛТ-2
ЛТ-4М
МТ-8
МР-8
Термопарный
Радиоизотопный
Рабочий диапазон
измеряемых давлений,
мм рт. ст.
30— 10-
30—ю-2
I —10 - *
10-’ —10-’
ю-1—10-’
760—10-<
ММ-8
ММ-15
ММ-13М-4А
Магнитный
элсктроразрядный
1—5-Ю-8
10-’—ю-«
2- Ю-2—10-7
Исполнение 1 Характер при<:<един мня к вакуумной смете м» •
В металлическом баллоне 2
Открытого типа (на фланце) 5
В стеклянном баллоне 3
В металлическом баллоне 1
То же 5
'Го же 9
То же 1
» п 6 г
* 9
В 1к у ум метр
ВСБ-1; ВИМС-1-3
ВСБ-1; ВИМС-1-3
ВГ-2А; ВТ-3;
ВИТ-1А; В,ИТ-2
ВТ-2А; ВТ-3;
ВИТ-1А; ВИТ-2
ВТ-2А; ВТ-3;
ВИТ-1А; ВИТ-2
ВР-4
ВМБ-2
ВМБ-4
ВМБ-3
Продолжение приложения 12
Условное обозначение 1 Принцип действия Рабочий диапазон измеряемых* давлений, мм рт. ст. Исполнение Характер присоединена! к вакуумной системе* ’ Вакуумметр
ММ-22 ММ-28 ММ-14М Магнитный электроразрядный 10-2—10-* 1—ю-* Ю-«— ю-” В металлическом баллоне То же Открытого типа (на фланце) 4 4 4 ВИМС-1-3 ВМЭБ-1 ВИМ-1; ВИМ-2
ЛМ-2 ЛМ-3 ЛМ-3-2 ИМ-12 ММИ-10 МИ-12-8 МИ-27 Ионизационный 10-’—10"7 10-’—10-7 10-<—10-” 10-4—10-” 1—ю-6 ю-4—10-” 2,5-10-’—10-” В стеклянном баллоне То же Открытого типа (на фланце) В стеклянном баллоне В стеклянном баллоне Открытого типа (на фланце) То же 3 3 4 3 3 4 4 ВИТ-1А; ВИТ-2 ВИТ-!А; ВИТ-2 ВИТ-!А; ВИТ-2 ВИ-12 ВИТ-2. ВИТ-3 ВИ-12 ВИ-14
* 1 —грибковое соединение с резиновой уплотняющей прокладке! , ДО-10;.
2 — грибковое соединение с резиновой уплотняющей прокладкой, ДУ-1о;
3 — напайка на стекло марки С-40-2; ’ имел
4—фланцевое вы оковакуумное соединение с металлической прокладкой, /То--
5—фланцевое соединение с металлической прокладкой, ДУ-20
б—фланцевое соединение с резиновой уплотняющей прокладкой, ДУ*-°
см. приложение 17.
Установочные размеры панельного варианта вакуумметров
ВСБ-1
Тми вакуумметра
(см. приложение 1.1)
I ।
гг
. ।
ВИТ-1А
ВИТ-2
ВМБ-3
ВИ-12, ВИМ-1
ВР-4
ВТ-3
ВИМС-1-3
, 1- Ьх /1 Д| А а А Л А, н* 1 Количество отткрсткй
360 330 240 207 310 226 мам* 175 1
430 390 220 210 415 — 160 80 — 130 6
430 390 220 210 415 160 80 * 230 6
430 280 238 212 — 415 220 — — * 178 4
360 333 270 0*^5) 346 323 256 128 —- 232 6
4°0 396 300 276 406 360 286 143 180 232 8
360 336 238 220 —— 346 210 - » 240 4
400 320 218 11 — 380 180 120 4
230 260 157 135 —— 279 120 1 240 4
« н —глубина вакуумметра.
Основные
технически е
характеристики
ПРИЛОЖЕНИЕ 14
деформационных вакуумметров
Наименование Тип Предел измерения давлений, мм рт. ст. Класс Характер реги- страции давления Габариты, мм Вес, кг Примечание
Деформационный ДММ-40— 40—1000 — Индукционный 80X170/17 ма но метр ДММ -1000 Манометр абсо- МАД-789П 60—760 4 лютного давле- ния Датчик абсолют- ДАС-1 40—760 1,3 Дкстан и \шык •?’'XI. ЗХ2?2 ного давления пневма я сский 1 ЕкЛ* - 0,2—1, кгс{см Вакуумметр ВО-18Р 760 0.35; 0.5 Стрелочный -2?Х 1 1 образцовый Вакуумметр ВТИ 760 0.5; 1 » ЖХ / 50 ОЬВ-ЮО —1 кгс!см* 2.3 ОБВ-160 —1 кге/см* 1,6» , МЭД, мод. 2 303 760 — Электричг к и— 2а0Х-О0/^ и 2 306 индукционный датчик ~ Ма новаку ум метр ЭКМ, мод. 1 40! 760 — Стрелочный 2)о/10л; электроконтакт- ный Вакуумметр ВП4-П _0,6; — 1 кге/см* 1,6; 2,5 . ЖхП’ОХ"'' ВП4-1П —0,6; — 1 кгс/с.и2 1,6 . 2.3ОХ1"ОХН‘ ВП-1У — 0,6; — 1 кгс/см- 1,6; 2,5 Стрелочный и СОХЬ0Х11 дистанционный электрический 0—3 ма Маловакуучмегр МВГ14 И —1; +0,6 То же, что и ечх.гвететвукчцне нриборь МВП4-1П +1.5: +3: +9 ишл В111 МВП4-У1 +15: +24 6.5 0,7 2.8 > ъ а з.б Выпускают я та к же ДММ-100, ДММ-23», ДДШ-КЮ.: ММ-<5&Э Взрывобезопасен. питание — сжатый е<з- ;ух (1,4 с?с/с.ч-) Измерение» сигнули •. цня и ДВуХПОЧНИ НН1 -С |>еГ\.'П!Ос- вани«‘ Виброустсичивый. >ч тойчнвыя к аг|ч\\'Ивным с|н‘дам Г>л ж и го? очный: дгм датчика— на верхний и ни инн пос- ц'лы Ьлокщч влчнын; два дмчнка па верхний н нижний пре- ДГ.1Ы
ПР 11.10 л'-НИЕ 15
игпегвнтетыюсть вакуумметр их
Ог^^освсвного действия к ра
даТ аг., = а’тзз /у’.озл
_________ Газы
МР-2. МР-8
МР-14
ЛМ-2
ЛТ-2
ВОЗ- дух 1 1 1 0,96 1 1 н, 0.25 0,-15 0,46 0,67 Хе Аг Кг Хе С!» 1 со, сн4
0,64 0.25 1,31 1,19 1.30 1,31 1,56 1,92 1,91 1,98 2,30 3,02 2,71 0,80 1,58 1,53 0,94 1,16 1,26 0,61
Продолжение прилож. 15
Воздух Газы
СС4 НС1 Не О, СдН3 С,к с,нв СО н,о
МР-2, Л1Р-8 5,56 — 0,21 1,17 1,49 1,84 2,08 1,11 0,86
МР-14 —— 0,14 0,98 — мамам
ЛМ-2 0,70 0,38 0,17 - р—• МЧМ»
ЛТ-2 —— 1,12 0,60 0,86 0,79 0,97 —
ПРИЛОЖЕНИЕ 16
Оси вные технические характеристики отечественных
промышленных течеискателей
Твп телей к теля Медель
м- ___ сс-спектрометри- ПТИ-7
веские передвижные -гационарный масс- спектрометрический ПТИ-9 СТИ-8
* а ОИДИЬ’К ПИ-3
- мкс-атмосфер, нь-.и галоидный ВАГ1И-4
батарейный гздовд_ ы 1И-5
Игкроао'^ (Для стек_ ляниых истем) И0С0.91О
’ ' 1 л/с«. тОМ
Характер работы Проб- ный газ Минимально обна- руживаемый поток пробного газ
л-мм рпг. ст./сек г/гсд
Вакуумный ед ]н* 5-Ю-’1
V 5-Ю*12 м —
» Я 1-10-”
Атмосфер- ный Вакуумный, Фреон 2,4-10 « 0,5
л 5-10-«*
атмосфер- ный м 2,4-10-» 0,5
Атмосфер- V 7-Ю-о 1 5
ный, Ва*УУмный Ч »^|
ПРИЛОЖЕНИИ 17
Фланцевые высоковакуумные соединения с металлическим
уплотнением для манометрических датчиков
Узел Л
Толщина флан- ца с вы тупом. м.ч
Тип манометра мт-6 ) МТ-8Ф } ММ-13М-1А ) ММ-22 1 ММ-14М I МИ-12-8 } МИ-27 1 ЛМ-3-2 } Ди шетр у?ЛОВ:ЮГ<> пре- \хо;и. мм. Наружный диаметр, и« Вы ота фЛ ища с вы тупом, м ч
ДУ 20 50 Допустимое •|о отклонение СП • д 75 90 । Допустимое — отклонение о I Ь Доп ус гимое отклонение 1 61 Допустимое отклонение
20 20 -0.5 10 10 —0.2 451
29*
продолжснис прило ус.
ОТВГрСТПЯ под П’ПИ ТЬКН
Толщина Диаметр ок- ружности под шпильки» мм
рЬ» флиша ; ^анявке», х« фланца с канавкой. л ч Диа- метр отвер• КОЛИ- ЧЕСТВО гклоне- угла ям отв. ТИМ
Гис я» 1 р 1 * с. А * с *г* 1 МОС иие с гия, мм с 5 8 *
Ъ> 0 - > г ? * Ьь НоН01’М 1.0 и 1,;>Л1ю]Г Дх Доиустт отклони а П Предел иие ра; между н любь
МТ-6 МТ-6Ф .4 М-1 'АМ \ 1 17 * Л V -0.5 12 -0,2 03 ±0.7 11 1 ±45*
М'1 л-т ММ-14М МИ-12-' АШ-27 ЛМ-3-2 17 12 /0 ±0,6 9 8
П родолжение прилож. //
Тип ‘•лиомстра Диаметр вер- шины зубз л вершины канавки, мм Диаметр выступа, мм Диаметр выточки, мм Диаметр выступа, мм
Л3 1 4ОНУ» ПЫОР 1 отклонение Доп \ч 1 пмое о1клонснне Допустимое отклонение Допустимое отклонение
МТ-А > )
МТ-НФ • М Г.?,..(А 9" ±0.1 30 А' 30 Д 3 25
А‘М-22 мм-нм —0,25
•’м1< •-
ЛМ<.2 м3 60 X 60 Дз 55
452
Единицы быстроты откачки
Наименование см?/сек л/сек л/мин м'/ч
см3/сек 1 0,01 0,060 0,0036
л/сек 1 000 1 60 3,6
л/мин 16,67 0,0167 1 0,060
м3 ч. 277,8 0,2778 16,67 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 19
Единицы измерения потока
1 Наименование (см^/сек)* • (см?/ч)* г** С: е> С *-* ч ье 3? Л’мм рт. ст(сек *>• • г*
(см3/сек) 1 3 600 760 0,76 760
(СМ3/ч)* 2,78-Ю-4 1 0,211 2,11-ю-1 0,211
л-мкм рт. ст./сек 1,32-Ю"3 4,74 1 ю-3 1
(1и$ек)
л-мм рт. ст./сек 1,32 4,74-Ю3 Ю3 1 Ю3
см3мм рт. ст./сек ' 1,32-Ю-3 X 4,74 1 ю-3 1
мм рт. ст.
* При давлении 760
30—1078
453
. НЬ
. 7Ы)
Х.Г-. -10*
)0-ИР
На
11,01
Я, Щ
10,36
Л/с
Воз-
6,69
7.10
1,81
6,20
4.71
>
,9.,31
5.0 ‘
5.40
5,31
104 0.1(1" С Л-1
2,75 84.1 2,016
2.18 80 4.003
2.60 56 20. 18
3,74 112 28,92*
3,64 125 32,00
3,67 142 39,94
10м т
0,3317
О,6616
3,351
5,313
6,631
1П-1 и
Л
16.93
17,70
12.01
4.468
4.252
3,805
>
5,594
4, 668
4,442
3.976
Н1Ч1ЛО/1:Г.11ИГ. 20
7,96ч
2,962
2,819
10-^лр, нп о, Ю1 О',
И,47 0.03750 0,.7)12 1
10,63 0.5297 0,7052
4 .733 | 1,1’0 1,586
3,950 1,425 1,900
3,758 1,497 1,996
3,353 1,675 2,230
рг 10*
0,118
0.235
1.180
1 .70
1.890
—”0,8
О
20
О
20
184,6
—78,4
0
15.0
444,5
тг |(р
0.ч:’0
0,842
0.887
1 ,876
2.699
3,076
О
20
300
670,7
1 ,303
1,709
1,808
2,945
4,210
О
185.8
О
ст.:
(НЛН
0,6.50
1,920
2,03’»
2,6 >3
2,163
2.688
3,444
100,4
250,0
П родолжение прилож. 20
1 Газы х^.кн '7Г,0 ^25 "10 >0-10’ 4з'10’ о-10« С Л1 105« т 10"< и* ю-,7л^ 10 0Л'', 10» О, 102 Р1-Ю 3 Г—273, 1 Ч-105
0*С 25* С
со. 3,88 4,40 2,95 3,34 4.65 254 44.01 7,308 3,624 3,787 2,403 3.204 1,756 2,342 2,60 —78,4 302 1,033 1.380 2,682
Кг 4,85 * 5,34 3,69 4,06 4.15 188 83.7 13.90 2,629 2,747 1.743 2,324 2,422 3,229 1,88 0 16.3 100 2.334 2,459 3,06.3
Хе 3,47 3,93 2,64 2,98 4,91 252 131,3 21,80 2.099 2,193 1 ,392 1,856 3,031 1.044 7.70 о 15.3 100,1 2.107 <> <)«>2 2,827
Из 5,99 — — •— 124 28,02 4,652 4,542 4.745 3.011 4.015 1,402 1.868 1.64 —, • а | 0 16.1 250.1 1,273 1.657 1.728 2.»ио
(» б о з н а ч с н и я:
А1 — молекулярный в- , е!моль\
т — :.ц.ген м< л» кулы, г;
С — по 'юипиам. характеризуй щая
я' НИЯ, действующих Между
/ — срГДНЯЯ ДЛИИИ • нсблдпсго Пути
а — ли. пир молекулы, см;
О»
О*
интенсивность < пл нритя-
меле кулами (постоянная
молекулы, см;
р1 плотно;, ть газа при давлении I мм рт, ст, п температу-
ре 0* С, <'!см ;
; — аи-олюпни температура, *К;
и —средняя скорость, елг/ссл.
А* —число молекул, ударяющихся и> I г«"
I сек' при температуре 0° 3 и щвлени » ДЯ) я < Л •• *
А"*
1
1
число молекул, ударяющихся со I см нота
при те,мп1,рату|х‘ 1>° С и давлении 1 чч рт
масса гл »а, соотги гствующая А», • я* сел
масса аза, соответствующая А’\, ./см-есь
КОЭсКЬИЦПеН । динамичен КОЙ ВЯ. К< Н1 г‘»
• Данное значение вычислено для р 1
р = 760 мм рт. рщ,
ПРИЛОЖЕНИЕ 21
I.0000
I
0,7434
2.5
0.9
1,0
0,5
0,6
0,7
0,9092
0,8699
0.8341
0,8013
5,0
6,0
7,0
2,0
9 О
К ~ коэффициент к'л,узиага‘Р09’Аа К его Радиусу:
‘-*У -вероятно тъ прохождения
ошибка; Кул°4 трубопровода;
I ““ ЧИ л- ИРО;'Леял-г -----
„ «пчпКГЧОЙ ЦИЛИНДрИЧ< С1 ОГО
0.1
0.2
0.6940
0,6720
0,6320
0,6139
0,5970
0,5810
0,5659
0,5518
0,5384
0,5256
0,5136
0,4914
0,4359
0,4205
0,4062
0,3931
0,3809
0,3695
0,3589
0,3146
0,2807
0,2537
0,2316
0,804 0,009 2 000
0,678 0,004 11 975
0,571 0,011 2 000
0,522 0,005 12 001
0,460 0,011 2 000
0,425 0,005 10 001
0,361 0,315 0,005 0,005 10 001 10 001
Вероятность щ в//? А/Ц = 1 °р ПРИЛОЖЕНИЕ 22 Р0«л^Г("„™^ск'4Й)а"л’'м’”'ге-»™
1 0,541 0,005 10 001 О 0,429 0,005 10 001 3 0,359 0,005 10 001 4 0,308 0,005 10 001 5 0,275 0,004 10 001
сч 0,427 0,357 0,305 0,272 0,240
°р 1 г 0,005 0,005 0,005 0,004 0,004
н 10001 10 001 10 001 10001 10 001
Л//? = 3 0,3'0 0,308 0,272 0,245 0,222
°Р 0,005 0,005 0,004 0,004 0,004
10 001 10С01 10 001 10001 10 001
А/К = 4 1 —К / 0,314 0,273 0,241 0,271 0,197
Ор 0,005 0,005 0,005 0,004 0,004
ы 8 397 8 397 8 397 8 397 8 397
А/Я = 5 Р1-*) 0,271 0,239 0,215 0,197 0,183
0,005 0,005 0,005 0,004 0,004
°р 7 837 7 837 7 837 7 837 7 837
об оз на ч е н и я;
радиусу
Г) р и и я т ы е
В/Я — отношение длины выходнсго келена
А/К— отношение длины входного колена к радиусу
вероятность прохождения молекулой келена;'
а-— систематическая ошибка;
Ту— число прослеженных молекул.
Вероятность прохождения молекулой цилиндрического
трубопровода с двумя диафрагмами (см рис. Н-Г)
п п и и я т ы с обоз и а ч с и и я. .
I т__длина трубопровода».
— рад и ус трубой Р0В°Лр , 0 г
_ систематическая ошибка.
& — число прослеженных молекул.
плохо,Кения молекулой цилиндрической
диафрагмами и перегородкой (см. рис. 11-4)
Вероятность
тргбы с ДВУМЯ
//А’о 1.0 Л0 3,0 1,0 8,0
(/?/?<.)- =1.2-5 1 0,153 1 0.160 0,157 1 0,147 0.134 0 125
0,005 | 0.005 0.005 0.605 0,005 | 0,005
р V 5 000 5 000 5 000 5 000 1 5 000 5 000
(/? 1.50 Р^) 0.24" 0,273 0,256 0,235 0,220 0,195
Ор 0,006 0.006 0,006 0.006 0,006 1 0,006
1 Г I А 5 000 5 000 5 600 5 000 5 000 4 323
(Я,/?<,)== 1,75 Рх-*э । 0,2/. 0,326 0,320 0,314 0,278 0,245
вр 1 0,006 0,007 0,007 0,007 0,006 1 0,006
Л 5 000 5 000 5 000 5 000 5 000 5 000
[К /?«)
т,)
2,30
а
ря и я
р
к г
д
/?
0,294
0,004
5 000
°₽
Л
2,00
0,300
0,006
5000
0,370
0,007
5 000
0,366
0,007
5 000
°г
Л
0-3*8 0,393
0.007 0,007
0000 5 600
0,003
5000
0,011
2 043
0,007
5 000
.0,483
0,002
5 000
0,336 ' 0,289
0,008 0,007
3 355 4 152
0,363 0,322
0,607 0,008
5 000 ; 3 079
0,4945
0,0069 - ....
5 000 11 1 Ч
- ? 1«и 311 а 4 е 11 л Я:
трубой;,овяа-
~ ' Дну яр>?°''Р08°Ла;
’ 1 ДИ<. ЬраГ'л и
жроятиоеть орохоздХХО,^ ДКИ (**<>);
^Г™**** /руСопровОДг;
!й лро-леж^•
12
10
13
11
I
9
4
12
9
12
4
11
14
7
3
10
10
16
17
9
4
/
5
4
6
11
Н
10
5
•)
9
7
16
9
14
1(1
Ъ
462
пгт1 спгчайпых чисел от 1 до 1 Последовательность с. л ро закОну косинус молекул V * \ О* 1 1 1 о 0 11 8 Ь 7 8 Л 17 / • —• 1.0 10 о 11 4 7 7 5 8 6 2 4 10 7 4
• 6 6 15 8 0 9 16 13 3 16 15 9 9 П 9 •— э 10 14 11 3 14 11 12 6 9 15 э 11 9 * । 10 15 14 / 11 3 11 13 11 6 12 8 8 л • э 5 9 16 ж- 9 11 14 9 8 11 10 10 4 з < ‘1 13 9 « ч- 13 6 14 3 1 5 15 1 12 1 1 5 1 11 16 4 9 *-/ 1 3 1 2 2 7 е* 0 16 О 13 10 11 5 1 9
11 3 г> 12 1 8 8 10 18 5- 12 12 2 7 14 9 16 8 4 17 9 11 14
1 о о 10 3 10 17 1 11 4 9 г* 0 14
10 8 9 5 12 1 8 11 1 3 14 16 3
0 а К/ 5 9 12 14 9 11 9 5 5
14 7 1 16 11 9 11 3 7 12 3 12
11 9 8 л п 5 5 12 / 9 14 9 12
6 16 о 10 10 3 / 8 12 10 13 10
9 9 11 о 14 13 13 Г*» / 5 3 1
5 16 10 1 9 15 10 6 7 4 6
9 11 п О 12 16 6 . 8 1 1 И 10 5
10 9 11 6 9 / 8 6 1 2 10 12 9
6 8 10 14 0 14 8 7 2 10 11 5
6 4 8 11 А 12 13 / 6 8 5 5
14 6 3 5 6 13 10 16 1 2 9 9 12 11
12 14 < 2 12 10 9 8. 1 0 14 4 2
3 Г. 12 14 3 15 9 9 15 1 .0 5 10 11
о 13 ( 6 14 11 .9 6 13 14 17
16 о 12 8 *“Г / 9 6- 8 '13 1 0 9 Г-* 0 15
14 11 9 5 0 И 8 16 3 10 11
о И) 1. о •> 9 г 1 15 13 6 14 9 «С а 10 11 6 12 г\ 9 3 9 4 8 11 13 9 6 8 10 4 8 .4 8 4 13 7 8 8 2 8 3 9 4Г^ ! 4 16 9 13 10
< У У 3 10 11 10 4 14 8 13
9 14 X 6 12 10 7 э 17 8 7 I 19 10 8 д о 10 9” 5 1 1 / о 6 10 12 9 8 13 16 12 4
9 13 9 8 15 13 ь 2 5 14 9 9 8 7 7 2 И 17 12 13 9
7 11 9 14 12 8 10 15
Коэффициенты ПРИЛОЖЕННАЯ Диффузии некоторых газов из железа не ржа веющей стали
Температура Коз ЭДшциенты ди |) Ьузии
Фазовое _ О пт = о ” . см? сек — В
состояние кточ»
°К °С абсолют- ная вели- чина формул! ник
а Ге 1 023 750 2,1 • 10- 0=1,15-10-’_-—3 509/2^7
а Ре 1 179 903 — й = 2,2 . Ю“8 е~5 8Ю/2РТ*
I Ре 1 179 906 0 = 1,1 . ю-2 е~19 Л0/2«Т‘ 1 ,Л. 204)
Ре — '* 1 —— 1 —— 0=1-10-’ е~-° 000/2КТ
1 273 I 000 7,5 » 10-‘°
ТЕе 1 373 1 ЮЭ 1 • 10-° й = 3,92 • 10’8 е~000/2/?Г (Л. 203)
а Ре 0=1,3- 10-е-39 000^ I )Л. 203]
а Ее О = 6,2 • 10- е~38 ,03/2№
7 Ее О = 0>1 е-54 800/2ЯП
7 Ге 1 173 । 900 3,8 • 10’*
1 223 950 8,7 • 10-« О = 42,6 °°0/2ет* [Л. 293)
| 1 273 1 000 20,0 • Ю-8
а Ге 298 25 5 • Ю-1* | 0 = 6,6-10-е-3720°/2ет*
1 673 400 1 • 10-’ П = 1,02 • 10’3 е*”30 800^'?Г* [Л.20’1
7 Ее 1 о,- 1,9 • 10“ е~00
Ге 1 073 800 1,2-10-8 р - 1,07 • Ю’1 е"68 )Л. 203)
1 123 850 1 3,0 • 10-е
2 1 173 900 6,0 • 10‘8
1 * 1 223 950 10,8 • Ю‘3
1 273 1 000 13,5 • Ю-*
1 323 1 050 25,0 • Ю-®
1 373 1 100 40 • 10'8
•
к Нерж, сталь 1 023 750 3,4 • 1О'С О=1.1.<0-*е-»даг
Л Х18НЭТ
Подсчитано авторами»
16Э
» 1 к X /* 1 5ч
’ >2 о 1 ЕЕ ~ 1 н> У *ъ у4 . ... у . у * « П О 2"— —— = ц) Я т- *> *§* у. -г ; -е- В 1 * =
- 3 й л-- Я се *—• Ь-* ШМ В^« ва а* иЬйа СЛ СИ «и 4* 4х 4- у» ? с> * го се се 5 ст» •/> X © ю о-» ся 000410101 •— 'Х> О Се Се го кг> ЦТ 4» 4* О — ОСО —д. се со ОО ©о о о • I • 1 1 1 <*» ов о» Ов Оо 0» у3 со О1 • о 1 4. (Ъ 1 ОО О р То т» се се # 'Л 8 & “ 00 о О • -.4-Х -» • С4 . —* • — о — О 1 о • ® 1 о и» о е> 11 н Г1 ,'л II о О 4» СП О О с! и 1Л| "| 0-1. се <о -г § СЛ 4. .<? о о 2; о о 7- 10 ГО X) X) • 88 ЧЛ /; Сч Ся О о • I о в 1 Со II го 7о »о • »—А О 1 и ”0 1 - 1 со О о г 0 У ’ 1 ~ о 1 ° Н X х. 5 4 = 1 у;
450 3 §3 §88.8 О V • о о о о
5 О 5! О т5 _ «о* 1 о ’б'
о | А 1 6 II II у — | ГО . 1 си 1 —- Д. | о 8 - « | <ъ 1 1 1 ± ° •. О I О ю 1 1'-' § •и. • О । и* ? • <=> г .Ь. 8 О го 5 о II • М • Ьмй о Д я» <л о о о ю * •—«А * • о 1 0» , *е го /* м ° Г.° Се О — •о С'| •— ОСТСЛС1 О • • © .... • | «шчй Ммй •—О О •' О О С О О • 1 ° 1111 1 О' СП — — >- — О> О о О о
ГЗИИ некоторых газов из нике, либдена и сплава АМН КоЧФи1*ненгы ди №-узии 0пт= о^~Е/1КТ- с'':/с'к Лб?°-1^' Формула н гя вели- *- чина р = 4.47-10-»е-17 200^’
II О *•<* ГО съ 1, СП 1 10 ' Г, » и 2! о Д. Ъ 8 <Ъ й» 1 «>. 2 1 о 7^ •5 2 То ^3 1О ♦ ♦ о II со со • о 1 «л О 1 О го о о о го л? *Ч *
• г_? се Г—* ь • к? о СО "3 • ю 8 Я" > Я" » ь ко го а а Ив* 1 • го § 3 • КЗ § д 4 • • ГО ГО го р о р X се _се "1 го <?> 4СЛ !• -Й 8 I V = ь = За ?> *< м *
ПР1 /. Ю ЖЕН НЕ 29
Газ
2
Н2
2
Растворимость
Температура
ПРИЛОЖЕНИЕ 30
иёкотдрых
газов
Растворимость
ё металла^ (при р ±= 760
ММ р1п, с!п.)
Фазовое
состояние
а ре
•к
»
*« **4
<□ х? <е О • со $?
« - 6 II 5 л Г— > 2 II о г' <3 В. II О <о * 5 II
о г> С:
й к : '^т7и при мм ; 5, СА при ММ ; У-т, мкме при <
Аналитические выражения раст-
воримости (р, мм рт. ст.\1\ К)1
Источник
Примечание
573 673 773 873 973 1 073 1 173 300 400 500 600 700 800 900 7,06 16,80 32,0 52,6 78,0 107,0 140,0 12р./72 = 1,946-}-0,5 Р — 1 454 — ; [х/п — = 88,3^7 е-13300^Т; 5 = 1,981/^ е-^00/2КГ
1 179 1 373 1473 1 573 1 673 906 1 100 1 200 1 300 1 400 4,70 7,00 8,20 10,10 10,50 $ = 0,36 4- 0,5 12 р — 1 320* 'Г 9 $ — = 2,29Г?^~,-°Й0/'А’Г
1 (>7С> 1 808 1 403 1 535 К), 1 11,0 12 -ь’ = 1,^74 4- 0,5 12 Р — 3 373* — у. ; 5 -— = 37,5/7 б>_:м) ^/'-кт*
(Л. 203]
991-
Систем.» Температура Растворимость
Га Фи ЗСШОС 3 СО ТОН НН'1 •к •с г При р — 1 ММ ’ рт. ст. еяп»’ыЧея'- при р = '’бО лем рп. ст. л. смЦ 100 г, п .1 р = "60 ям рт. ст.
н, Ре 1 1 808 1 535 25,0
(расплат-5 ленное)
1 ре 1 073 1 800 1 24,0
I 273 1 000 28,0
и, Ес 1 1 023 1 750 0,9-10-" 0,021
1 078 805 1,1
1 113 840 1,6
1 193 920 9,3
1 343 1 070 19,0
| 1 663 I 1 390 1 16,6
н, № 1 473 200 1.5 ,5-10-** 0,151 0,209 1,70
573 300 2,35
673 400 0,280 3, 15
773 500 0,365 4, 10
873 600 0,467 г о г 0,25
76
105
141
183
231
Лиалвтичс кие выражения р.ц-г-
коримо гн (/>. ни />/и. ст.‘, Г, дК)
И сочник
Иримечннн*
Экспериментальные
Данные не лучсны при
давлении р =г 758 яле
рт. ст. и иоследова-
। ел ином <ни/кенпп тем-
пературы
Формула получена
по результатам изме-
р ний растворимости
при 400, 560 и Ю0° С и
давлениях 0,001 — 1,9
/ел? рт. С'Ц.
Продолжение прилож. 30
Система Температура Растворимость Аналитические выражения ра т- воримо: ти (р> мм рт. ст.\ Т» °К) Источник, Примечание
Газ Фазовое состояние °К °с смл1см\ при р = 1 мм \ рт. ст. С’г7ОД.С.иЗ/^-»3> при р —760 леи рт. ст. слР/100 г, при р ~ 760 мм рт. ст. мкмоль]г. при р = 760 мм пт. ст.
н, * 1 кг • 1 | 973 1 173 1 273 1 373 1 473 1 573 1 673 700 800 900 1 000 1 100 1 200 1 300 1 400 0,578 0,689 0,809 0,873 1,080 1,270 1,310 1,440 6,50 7,75 9,10 9,80 12,15 14,25 11,70 16,20 290 316 406 4 37 542 636 656 1
* ***** —к“ | гл м 1 1 берясь веющая сталь |( 18°/оСг -{*1 4,8у^1) 673 ' 873 400 600 9,2- 10-з* 0,25‘: 5^0,6611</7/>-4'00/2РГ [Л. 2031 Л. 205[ (21. 203]
Си 673 773 873 I 973 1 073 1 173 1 400 500 600 700 800 900 0,0051 0,0113 0,0268 0,0439 0,0644 0,0967 0,066 0,16 0/30 0,49 0,72 1,08 ]а 5 = 0,32 4-0,512/? — 2 ООН — г , * - = 2,09/7' е~'я^т
• \х
Просолж^нир при лож. >0
Система Температура Растворимость Аналитические вьцхч женин раст- воримости (р, мм рт. ст.\ Г, *К) Источник » Примечание
Гав Фазовое состояние •к •С см*/см9. при р =? ! мм рт, ст. г1^7М*с-и3/с'*(’' при р ~ /60 мм рт. ст. з, с ля/100 г, при р = 760 мм рт. ст. р-т, мкмоль/№ г» при р = 760 мм рт. ст.
Ж •* Мо 1 209 1 293 1 318 1 1 354 1391 1 415 1 441 1 473 1 873 2 273 2 673 936 020 1 045 1 081 I 118 1 142 1 168 1 200 1 600 2 000 2 400 0,09 0,35 | 0,87 1,65 58,8 29,1 24,7 20,1 16,5 15,1 13.0 0,81 3,44 8,4 16,0 5 = 1,3461 + 0, *Г> Р — 4 210 — у ,5 — =22,2Г^“%™/2/?г (Л. 203) I Данные по раствори- [мости в интервале тем- 1 и с ра гуо 936 — | 1 16А°'С иолхчеиы Зи- 1 всртсрм и Брюййнгом. 1 а в интервале от 1 200* С — 1 Ьэр7оном и I Маршаллом. Данные Знвертса и Брюннига 1 вы бывают сомнение. ! КоИСТан ГЫ |К:СТВОрИ- моти рассчитаны ио данным Нортона и Маршалла
К,| XV -А. 1 СТ» | ^0 .1 1 473 1 873 2 273 2 673 1 200 1 600 2 000 2 4(0 0,0002 0,003 0,017 0,059 0,001 0,015 0,088 0,304 $ — 1,099 4-0,5 р — 8 140 ~ Т ’ 5 ~ = 12.6/А' 7,Г’0/-'/?Г [Л. 203)
Свстемл
Продолжение прилож. 30
Таз
Фазовое
со тоянйс
•К
н,
682
1 100
1 306
1 409
409
I 239
Ае
400
500
600
700
800
900
с.и’/с.ч3, при р == 1 мм рт. ст. 1 ^7б0> ^}см\ При р = 7*0 ли рт. ст. — 1 >, слР/100 «г. кри р — 760 ч.ч рт. ст.
0,014 0,022 | 0,050 0,086 0,131 0,201 0,067 0,100 0,233 0,400 0.610 0.930
0,0058 0,0116 0,0185 0,0244 0,0351 0,0448 0,055 0,110 0,176 0,232 0.334 0,427
Лшм"Й,ЛР-’*™1ИЧ ожт.
! Ь1 > П{ (р, <с« рт сггг .
Ис точник
[Л. 203)
[Л. 203]
Примечая не
пр «КТИЧЗСКИ ц.. ра, т.
норяется в твердом
СОСТОЯНИЯ
Константы ; 1 створи-
мости рассчитаны по
значениям рассори,
тн ддя интервала
НГЛ‘Сгур '000 ~
12 4- =
I 300
т >' 5 -=
Р1
П родолжение прилож. 80
Систем Температура Растворимость Аналитические выражения раст- воримости (р, мм рт. ст. \ Т, °К) Источник Примечание
Газ Фазовое состояние •К •с Г’я1' при Р = 1 мм рт. ст. С'^760- см'/сч^, при р = 730 мм рт ст. 5, слгз/100 г, при р — 760 лыс рт. ст. |«П, мкмоль} 100 г, при Р — 760 мм рт. ст.
О, Аё 473 573 673 773 873 973 1 073 200 300 400 500 600 700 800 1,300 0,924 0,828 0,905 1,260 1,840 3,370 [Л. 203] Растворимость имеет минимум при С в связи с диссоциацией Ае»о
Ш 1 Ае ]Л. 203] Не растворяет я
н4 ра 573 673 873 1 073 1 273 I 473 300 400 600 800 1 000 1 200 1,640 1,260 0,927 0,840 0,785 0,712 1^ 5 = 0.241 + 0,5 1й р + 4“ Г * 5 = 1,74/^1)50//?Г (Л. 203] Обе формулы приме- нимы при температу- рах от 600е С
♦ Рассчитаны авторами по данным И 203] _____ йляиимни_в системе ГЬМо для прсвсл< к я при р
Получены при эксперименте с порошком Мо. Остальные величины —в сисимс
Приближенная величина ввиду значительного разброса данных.
Нс
Н
Материал
298
о, 03<)
‘>Г,
298
0,052
298
20
500
0,0084
300
8-10-»
0,006
20—80
293—353
2
20—80
0,03—0,01
293—353
20—80
0,03—0,09
293—353
20—80
0,1—0,03
СМ' СМ9, при
I ч.ч рт. ст.
Кварц
Фторопласты
Натуральный каучук
То же
°Ш7*о' СМ'/СЛ<\ при
Р — 7<>о рт. ст.
некотовыт . "''И-'ЮЖЕПИР. ЗГ
которых неметаллических материалах [Л. 205)
Растворимость газов в
31—1078
Проницаемость металлов для некоторых газов [Л. 203]
ПРИЛОЖЕНИЕ 32
Система * Температура Давление Р> мм рт. ст. Проницаемость Аналитические выражения проницаемости (р, мм рт. ст.\ Т, °К) । Прамечааае
Газ Металл •к •с см?} сек* см2 мкм рт. ст. X ^л/мин» см2 /?'♦• = С-Д/Т; Н 2/?Т <?'* = ?0 » р е
н2 Ре { 298 571 633 805 975 25 298 360 532 702 1,0 30—760 ; 30—450 25—760 25—760 1.4-Ю-10 2 100 I 1дг <?'==— 1,4354—
д' = 1,0^-ш , р х е—19 200 д' = 1.63-Ю-’ Ур1 Хе-'9 2°<>/ д' = 1,63-10-’ У"р( ><е-19 200/Г </'.= 1,63-10“’ Ур( ^—19 200/2 1^1 +0,01р^ 'ч । >/2/?7. > 1 ' 0.015/? 1
1 + 0,015/?/ ' / '2РТ. г | 0,05р (
•и | 05 1 1 4" 0,05/?/ х 4 1 тт. 0-!р 1 + о,1>;х пт
—21 2Х>/2.‘?7
система Ъе.мпература Давление Г» мм рт. ст
1^роннцаелюсть
Газ Металл •К . •с СМ*/ С( К > см* мкм рт. ст.х Хл/мин.см*
иЛ Ре 1 298 / 25 ] 1,0 1,5-10-* 1 "
1 095 1 822 1 760 0 1
1 1 < г 1 V 1 1 387 1 114 769 —— 1,0
со | Ге 298 1 25 1,0 9,4-10-”
965 692 760 0,1
I 266 993 760 1 1,0
1 673 400 0,77 0,47-10-’
673 400 0,77 4,4-10-’
1 < 563 590 0,073 1,28-10-’ -Г -
г 563 590 0,073 0,76-10-’ — -
? 563 590 0,073 1,54-10-’
1
1Я <?' = — 0,99 И - у ;
<?' = 4,5 • 10 - ‘ К р <?~17 г>00/2/?т
'2 9' = — 1,5337 —
4 066
Т ’
<?'= 1,3-10-» (Л р 6-37 200/2/?Т
Полирование
Травление
I Полирование
Окисление ।
восстановле
ние
П родолжение прилож. 32
Система Температура Давление Р> мм рт, ст. Проницаемость Аналитические выражения проницаемости (р, мм рт. ст.; 7*, *К) Примечание
Газ Металл •к •с <?'* смусек-см? мкм рт. ст.Х Хл/мин’См? И , 1^—л 1'* Ре
н, ЬЧ 298 1 023 1 023 1 023 1 023 551 681 889 1 283 25 750 750 750 750 278 408 616 1 010 1,0 0,042 0,042 0,091 0,091 760 760 760 760 1,5-10-” 1,39-10-’ 2,7-1*0-« 2,91•10-’ 4,23-10-’ о,1 1,0 10,0 100,0 2 898 15^'=— 0,4892 — -у—; 9'= 1,05-10-’) ~р е~2’д00/2/гг Полирование Окисление и восстановле- ние Полирование Окисление и | восстановле- ние
Не ра 918 953 645 780 25—760 25—400 _/ 0,01/7 чг 9'= 1,44-Ю - Ур +о,О1р/Х Хб?-21 200/2/?7. / 0,054/7 \ / <;'= 1,44-10 - Ур 0,054/;/ Х(?-Я1 2ОО/2Й7
Систем а Температура Давление А мм рт.’ст Проницаемо ?ть
Газ Мотал л *К ♦С 7'. см9]ссх -г <Р V. мкм рт. ст. к • Хл/мин слР
нг 1 Мо 298 25 1 1,4- 10-и
и. । Мо 1 298 25 1 8.1-10-’°
Нг Си 298 25 1 1,4-10-’*
723 450 *
Лналнп1Ч1 кие выражения проницае <г ти
(р, мм рт. ст..-, Т, *К)
При 1 чинно
^'% = 7о Р к
П родолжение прилож. 32
• Система Температура Давление А 1м рт. ст. Проницаемость Аналитические выражения проницаемо *ти (р, мм рт. стл Т, °К) Примечание
Газ Металл •К .1 •с я', смъ/сек’см2 9,4.10"1® мкм рт. ст.у. ^л1мин>см2 ]д = С — и/Т; Н 2ЛТ д’ * = У р е 4 941. 12^' = —0,074— р 9 <?'= 3,75-10-2 /р(г-15 200/2/?7’
О2 А? 298 ' 25 1
Нг Р1 298 25 1 7,5-10-’“ 3 936. = —0,5757 — р , д' = 1,18-10-2 У"ре~3 'т12КТ
Н, А1 773 500 760 1.03-10-3 6 735 <7' = 0,976 — р
Нг А1 1 298 25 1 1,1-10-’2 ^ = -1,2-10-’ \нолярованные
С и давлении 7<М) ялс рт. ст.
• Проницаемо- ть, вычисленная по формул*, в см' 1см*-сск при О* С.
♦♦ Проницаемость лили, лен на и но формуле, в л-мм рт, ст.!смл-сек при -О
Проницаемость не: торых газов
Проницаемость
Система Температура
Газ Не Материал Пирекс •к 273 293 573 573 591 •с 30 20 300 300 314 СМ9 ССК'СМ‘, при р= =•! мм рт. ст. и ./ = 1 см 3.7-10-*4 6,4-10-14 3,8-Ю-12 мкм рт. ст.Х ул-мм/чХ Хем?, при р~ =760 мм рт, ст. и 0* С 0,079 0,1 ХЙ й <? Чгз « 0) ни * 1,1° 'Л*- 111-1 > СТ г со ^Х-|| О
Не Натриевое стекло 283 10 9,8-10-14 0,00204 9,8-10- ”
Не Каучук на- туральный 293 20 8,6-10-11
Воз- дух к. То же То же 298 25 4,2- 10-» — — -
О, То же
н, *• Аг То же Неопрен Неопрен Неопрен Фарфор 309,1 359,2 300,1 308,4 357,7 291,2 1713 36,1 86,2 27,1 35,4 84,7 18,2 1 400 6,8-10-» 6,6-10-’» 1,4.10-» 2,3-10-» 2,2-10-’» 9,0.10-п
и.> в» н. Воз- дух 478 0,1
ЧСреДс1е^0. резину, неопрен
ПРИЛОЖЕНИЕ аз
млитичевыражение проницаемости
ч'< см рт, * ----
ст.-, ТЛЮ
я'* = ЯоР е .
см сек см?, при а — 1 см
Источник
1е ?' = с — ~
Я =2|6-Ю-«»р-г'200//?Г.
= 2,58-10-»
800 РТ
1 170
[Л. 203]
[Л. 203]
ГЛ. 205
д' = 1,8-1О-*р₽~г,5оо//?г
(Л. 205]
д' = 6,2- 10-»р е~* 300 Р'Т
[Л. 205]
= 1,М0-’»Г7ЭД/?т
д' = 6.1О-^е-6'хо^Т
(Л. 205]
д' == 6,1 • 10 - *р е~'3 83°/кг*
[Л. 205]
3,94-10-‘/><?
-10 250/РТ*
[Л- ?У5]
4,4-10-'*/>г
—7 590////
[Л. 205]
7 800
Т
[Л. 203]
Систем» Температура 4'. см8/сег-см\ при Р~ — | ЛГЯ р™. С!П' и 11 = 1 см Проницаемо ть
мкм ргп, ст.у. Хл-мм/чХ хсм^. При /7= =7*>0 мм рт. ст. : и 0* С <7\ см*'мм секх Хем-, при р— = 10 мм рт.ст.
Г зЗ М.-.терпзл ВК вс
Резина 7889 298 25 \ МО - 10 1 • ю-8
Рряипя 9024 298 МО -.11 1-ю-9
X Л Резина ИРП-1015 298 25 5- Ю -12 5-10-”
Резина ИРП-1368 298 25 3-10 ~9 з-ю-7
и. Резина ИРП-2043 298 ^•Э 5-1С 1-” 5-10-”
Н- Ие X 2 О2 Не X 2 02 Не Л 2 Не Фторопласт-4 Фторопласт-4 Фторопласт-4 Фторопласт-4 АМИП-15М 1 АМИП-15М АМИП-15М АМИП-15М । Полиэтилен- терефталат- ная пленка толщиной 0,012 мм То же То же, по- крытая напы- ленным алю- минием тол- 293 293 293 293 293 I 293 293 293 , 293 293 293 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 1,05-10-” 3,2-10-” 1,мо-п 2,5.10-» 1,5-10-” 3,7-10-” 1,1-10-” 2,5-10-” 7,8-10-” 310-” (З.В-Ю^Х ХЮ-”
X 2 тиной ^100 / То же и 293 20 (3,44-4,5) X I хю-”
* 3 учения констант проницаемости
являются приблизительными, так как функ
лгнная но формуле, л-мкм рт. ст. •мм/ч-см? при
Проницаемость, вычм<
480
Проницаемость кварца для некоторых газов (Л. 203]
Аналитические выражения проницаемости
(/>» см рт. ст.; Т,* К)
Температура
Проницаемость
Газ •к 1 д'. с м*/сек* см* 9 при р~ = 10 мм рт, ст, и == 1 мм д', мкм рт, ст.Х Хл*мм/ч-см7, при р=760 мм рт, ст. и (1 = 1 мм н от д' = <?ор с см*/сек* см7, при (1 = 1 мм
н2 690 1 417 0,1 ——
1088 ' 815 < —* 1,0 д' = 2,61-Ю-’рв~8640//?г
873 | I 600 1,25-10-’ —— »
973 1 700 2,1-Ю-9 — д'= 1,193-10-’^е~8 725//?г
1 094 821 0,1
1 416 1 143 1,0 д'= 1,22-10->?~220б0/₽г
Не 423 150 0,73-10-’
473 200 1,39-10-’
573 300 3,15-10-’ д' = 3,72- 10-7^~а429
673 400 6,15-10-’
1 773 500 10,4-10-’
1К д' ~ С-----~~ при
р = 76 см рт, ст.
и д. = 1 мм
д' = 1,735
1 905
4 820
12 д' = 3,404— —7—
; 186
д' — 1,888— —7—
П родолжение прилож. 34
Температура Проницаемость Аналитические выражения проницаемости (р, см рт. ст.\ Т,* К)
Газ •К •с д', смЛсек-см2, при р= =10 мм рт. ст. и с1 = 1 мм "д', мкм рт. ст.Х Хл/ч-см7, при р=760 мм рт. ст. и й=1 мм И ВТ д' = дор е . см3/ сек -см7, при с/ = 1 мм В вд'* = С ПРИ р = 76 см рт. ст. И (/ = 1 мм
Не 1 873 973 1 073 1 173 1 273 600 700 800 900 1 000 со ю го- си со 4^ ГО СИ СО О О О О О 11111 СР <О <0 <О <0
Не 873 959 973 1 173 1 600 686 760 900 2,8-10-10 4,2- 10“10 1,18-Ю-9 0,1 0,245 9< = 7,31-Ю-1^~а383//?Г- 2 694 д' == 1, — т~~
о8 Аг 973 I 1 173 1 173 700 900 900 <10-36 9-10- 13 0,58-10-’ 0,120
юиицаемосгь, вычисленная по формуле, мкм рт. ст.-л,ч-см‘.
1/ . _ Л 1 V»* *»•
.<;? ЭИ11;1НО )1ГИс1и.
ПРИЛОЖЕНИЕ 36
Скорость удельного газовыделения с поверхности металлов при комнатной температуре
Наименование материала Предварительная обработка материала Скорость удельного газовыделения <?'га8 Длительность откачки, после кото- рой произ- водилось из- : морение, ч Коэффициенты анали- тического выражения • вида 1е9'г=Л--В/ Литера- тура
са$*1см?-ч л«льи рт. ст.(ел Р-ССк ^4 В
Малоуглеро- дистая сталь Не указано * 1,5-Ю-3 8,5-Ю-4 3,8-Ю-4 2,6-Ю-4 1,9-10-4 1,5-Ю-4 3,09-Ю-7 ,1.8-Ю-7 8,05- Ю-8 5,5-Ю-8 4,02-10-8 3,09-Ю-8 1 9 4 6 8 10 [Л. 224]
После отжига в вакууме при | 420® С 9-10-12—3-Ю - 1 з Практически постоянно
Нержавеющая Не указано 8,5-Ю-4 3,8-Ю-4 2,1•10-4 1,5- Ю-4 1,10-Ю-4 9,0-Ю-8 1,8-Ю-7 8,05-Ю-8 4,45-Ю-8 3,09- Ю-8 2,32- Ю-8 1,9-Ю-8 1 1 о 1 4 6 8 10 1 1 Л. 224}
сталь Необработанная 6- К)-4 7.10-' 1,27.Ю-7 1,48-10-’ 1 I 5 —2,8-10 0,2640 (Л. 2Ю|
& После отжига в вакууме при [ 40()° С 9-Ю-12—3-10- -13 Практически постоянно
П ро дол же ние при л о ж . 3 6
Нан,мл ноь-’йие
материала
Пред ла ригельная
обработка материала
Скорость удельного гяэовьгдслеиня п' 1 га» Дли ге л кипеть откачки, ПОСЛУ которой ПРОИЗВОДИЛО' ь изменение, »/ Коэффициенты анали- тического выражения видя 1^' =Д—РЛ
СМ3* см’-ч л» мм рт. ст./см^-сск А В
Латунь
Литера -
тура
Медь
Не указано 5,67-10~$ 1,2.10-8 | 2 1 | 0,3740 (Л. 209] (Л. 210]
Травление, про- мывка в бензоле и ацетоне 4,0. 10-ь 3,0-10"° 8,45.10~® 1 6,35.10-’® 1 5 —3,826 1
Промывка в бензоле и ацетоне 2,2-10-4 3,7- 10-в 4,65- 7,8- ю-8 10-0 | 1 1 5 —3,362 1 0.21С0 1 11 л. 210)
Необработанная 7,0-10-4 2,3.10-* 1,48- 4,85- 10"7 ' 10-8 1 1 5 —2,930 | 0,1430 [Л. 210]
После отжига в вакууме при 400° С 7 - 10-,г- -8-Ю-14 Практически постоянно
Травление, про- I мывка в бензоле 1 и ацетоне сл сл • ° । ' ся о 1,48.Ю-8 1,16-Ю-9 1 1 I 5 ' —3,620 1 0,3300 [Л . 210]
Промывка в бен- 1 золе и ацетоне 8-Ю-4 3,2-Ю-4 1,69 6,75 • ю-7 • 10-8 1 1 __5 —2,835 1 О.’ЗЗО -| [Л . 210]
Необработанная 1,2-10-3 4,3-10-4 2,54- 9,1- ю-7 10-8 | 1 О —2,793 1 0,1130 [Л . 210]
Продолжение прилож. 36
Наименование материала Предварительная обработка материала Скорость удельного газовыделения 4'газ Длительность откачки, после которой производи- лось измере- ние, V Коэффициенты авали ти чес кого выражения вида 1д<?'г=Л—В/ * V Г _ Литера- тура
смУЧсмЬч л* мм рт. ст./см^сек А В
Травление, про- мывка в бензоле и ацетоне • 1,7.10-* 1,4-10-8 3,59.10-« 2,95-Ю-9 1 5 —3,390 0,2960 [Л. 210]
Дюралюминий Промывка в бен- золе и ацетоне МО"» 5-Ю-4 2,12-10-7 1,06-10-7 1 5 —2,675 | 0,1250 (Л. 210]
Необработанная 2.10-» 6,8-10-* 4,24-10-7 1,44 • 10-’ 1 5 * —2,700 0,1000 ( Л. 210]
&
Ноиченовшие ИЗТ'Ч'И'.Л 4 Пре д па р я те л ь на я обработка материал! Скорость удельного газовыделения 1 газ Длительность откачки, • после которой производи- лось измере- ние, ч 1 5
Ко к|)|нп7.иеитьг анали- тического выражения вида \?л'^А-В1 Литера- тура [Л. 210]
СМ3* СМ7' ч л>мм рт. ст,!см'2'сск 4,24.10-® 1 ,69-10-® * • 1,927 г, 0,0340
Сварной шов на латунной । трубе Не указано 2-10“ = 8-10“»
Сварной шов / 1-ю-1 2,12-10-6 1
на медной 1 трубе 1 То же ' 2,6.10-2 5,5-10-® 1 0 — 1,371 0,0435 |[Л. 210]
Алюминий 1 То же (1,424-3,3)-10"® (34-7). 10-’ 2 ИЛ. 209]
Никель 1 То же (2,364-2,84). 10-» (5-4-6)-Ю-9 9 «V* [Л. 209]
Мотбден 1 То же 1 (1,654-3,08)- 10-5 (3,54-6,5)-10-9 9 [Л. 209]
Тантал 1 То же 2,13-Ю-5 4,5-Ю-9 9 I [Л. 209]
Вольфрам То же 0,472-10-® 1-Ю-9 9 * [Л. 209] •
♦ При нормальных условиях (0° С, 763 мм рт. ст).
ПРИЛОЖЕНИЕ 39
Количество газов, содержащееся в нержавеющих и и-грот рочт ь х сглавах (объел газа
приведен к нормальным условиям: 0 Си 760 лм рт. ст.)
Содержание газов
Марка стали Кислород
о/ /О слР/100 г
ЭЯ-1Т 0,003 2,1
ЭЯ-1Т —
18% Сг, 8% ЬИ — —
13% Сг . . . •
ЭХН-80 ' — —
Хастелл» й К==235 до вакуумной плавки 0,017 11,9
То ясе после плавки при /;~ =0,15 мм рт. ст 0,0025 1,75
Жаропрочный сплав до переплавки . 0,0045 3, 15
То же после вакуумной иереи теки 0,0013 0,91
Азот Водород Общее, ^лх*/100 г Источник
г о/ /о с,и«/100 г о/ /о сл13/Ю0 г
0,0059 4,72 6 12,82 [Л. 211]
- -» 10,4 [Л. 212]
— — 10,3 [Л. 213]
- 8,2 1 [Л. 213]
13,0 - 1 1Л. 212]
0,004 3,2 0,0006 6,7 21.8 И Л. 214]
0,002 1.6 0,0005 5,6 8,95 (Л. 214]
0,01 1 —— 1 —" 1 _ (Л. 215]
0,01 1 8,8 — 1 » 1 - (Л. 215]
2?!^ !? ~ 2 ~
04 СЧ сЗ СМ 04 О| О1 СМ СМ СМ 0104 "М
Состав атмосферНОго
1,рИЛ()ЖрП1И.
воздуха
давление
мл* рт. ст.
2
78,08
20,95
5,91-10*
1,59-10»
Ме
Не
СН4
0,033
1,8-Ю-3
5,24.10--»
4,0-10-’
1,5-10-’
Н.>
ы2о
5.0-10-5
3,8-Ю-4
8,7.10-в
7-10-5
6,6.10-4
(50%-ная относитель-
ная влажность,
25* С)
ПРИЛОЖЕНИЕ 42
Удельные скорости газоотделения из фторопластов
Материал Удельная ско- рость газоотделе- ния Темпера- туры, *С, при кото- рых начи- нают вы- деляться Г, НГ Температурный барьер1, *С Примечание
л мкм рт. ст./секХ Хем* при температуре, °С по газоот делению по содер- жанию Г, НГ
Фторо- (2-5-3)-Ю*’ До 220 Е, НЕ-2Ю. 340—ЗЗД НЕ—320 Е—360 фгоропласТ’4 с никелем и ннтря-
пласт-4 ФН-3 1 • 10-5 До 250 НЕ—130 310—330 НЕ, Е—310
Г—130 I дом бора в каче- стве наполни гел-т
ФН-202 (2Ч“3)«Ю“7 До 220 НЕ. Е-2<5о1. 200—2^1 НЕ—20 Е—320 фторопласт 4 с ни- келем и Мо$1
АМИП 15М (2-5-3)-Ю'7 До 220 НГ—230 ' Г—зоо | >50—27о| Н Р-250 Е—310 Фторопласт-4 е 'и таллом и •
’ Темпер повышения с >атурный б< короети газе 1рьер нс ютделеш
содержания Е и МЕ. 4УЗ
Предисловие .
Часть первая.
Вакуумные системы и их
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава первая. Технологический процесс откачки и обез-
гаживания электровакуумных приборов.....................
1-1. Основные этапы процесса откачки и обезгаживания
электровакуумных приборов............................
1-2. Основные требования, предъявляемые к вакуумным
системам оборудования для откачки и обезгаживания
электровакх умных приборов.......................
Глава вторая. Принципы построения вакуумных систел
откачного оборудования ..............................
2-1. Вакуумные системы с давлением больше 5>10“7 /Ъ
5
5
рт. ст............................................
2-2. Вакуумные системы с давлением меньше 5 - 10~7 мм
рт. ст................................................
2-3. Вакуумные системы карусельных и конвейерных от-
качных машин..........................................
2-4. Централизованная форвакуумная система
Глава третья. Элементы вакуумных систем . . . .
3-1. Разборные вакуумные соединения...................
3-2. Элементы соединений вакуумных трубопроводов .
3-3. Откачные гнезда . ............................
3-4. Электрические вакуумные вводы
3-5. Смотровые окна ”...........................*.**.
3-6. Устройства для передачи движения в вакуумный
объем .
3-7. 1 рение в вакууме
3-8. Ра чет герметизирующих гибких элементов
лава е в р а я. Коммутационная аппаратура вакуум-
ных систем ...
4 1. Основные требования, предъявляемые к коммутацион-
ной аппаратуре ... 7
4-2. Коммутационная аппаратура ' с- - -
с давлением больше 5• 10-7'жм рт~'сР'
4-Л Коммутационная аппаратура с -
с давлением меньше 5-10-7 мм рт~'ст. .
е п исполнение вакуумных коммутирующих эле
вакуумных.
вакуумных
систем
тстем
9
11
И
19
27
37
40
40
56
60
64
66
68
83
88
95
95
96
46
126
4.5 Устройства аварийного перекрытия трубопроводов
4 6 Золотники......................... . .
4 7 Натекатели........................... .
а пятая. Вакуумные насосы ...
ГЛ<5-1. Классификация и основные параметры вакуумных на-
сосов ....................................
о Водокольцевые насосы..................
5-3 Механические в^ну\мн с насосы с масляным уплот-
нением ...................................
5-4 Двухроторные вакуумные насосы .
5-5. Эжекторные и сосы....................
5-6 Молекулярные засосы................ , ,
5-7 Пароструйные высоковакуумные насосы ’
5-8. Вспомогате. ьные (бустерные) насосы .
5-9. Адсорбционные насосы ..................
5-10. Насосы с термическим распылением титана
5-11. Электроразрядные магнитные насосы . . . .
5-12. Конденсационные (криогенные) насосы
Глава шестая. Ловушки.................................
6-1. Основные требования, предъявляемые к ловушкам
6-2. Ловушки без адсорбента.....................
6-3. Адсорбционные ловушки..................’
6-4. Термосорбционные ловушки.................. ’
6-5. Электрические ловушки .....................’
Глава седьмая. Аппаратура для измерения давления
разреженного газа.................................
7-1. Классификация приборов для измерения давления
7-2. Компрессионные вакуумметры...................
7-3. Деформационные вакуумметры...................
7-4. Теплоэлектрические вакуумметры...............
7-5. Магнитные электроразрядные вакуумметры .
7-6. Радиоизотопные ионизационные вакуумметры
7-7. Электронные ионизационные вакуумметры
Глава восьмая. Высоковакуумные газоанализаторы .
8-1. Классификация газоанализаторов..................
8-2. Спектр масс и его расшифровка................
8-3. Статические масс-спектрометры с разделением ионов
в магнитном поле ..................................
8'5.
8-6.
1-32
141
113
1 15
145
150
151
151
157
162
165
173
176
179
193
202
208
208
212 г-
222
232
232
235
238
240
251
266
21 -
279
279
Циклоидальный масс-спектрометр
Времяпролетный масс-спектрометр
Резонансный
I л а в а
(омегатрон)
Квадрупольный
Радиочастотный
Радиочастотный
Десорбционный
Часть вторая.
(трохотрон)
(хронотрон) .
масс-спектромет
масс-спектрометры
(фарвитрон) .
(топатрон) .
293
31'1'
З^З
3<',;
3''
радиочастотный
и монополярный
масс-спектрометр
масс-спектрометр
спектрометр
Расчет вакуумных
с ис гем
основные ояреде-
. ... Постановка задачи и
а }*Ир вакУУмной техники ....
о.2 к1остановка задачи................
0.9 Основные понятия кинетической теории
азов
ЗС8
308
ЗЮ
жимы течения газа
10-2.
10-3.
10-4.
Основныс определения вакуумной техники
десятая. Пропускная способность трубопроводов
Молекулярный режим течения 1аза . . . . 8
Вязкостный режим течения газа
Молекулярно-вязкостный режим течения газа
Турбулентный режим течения газа . .
один и а д цата я. Расчет пропускной способности
317
321
321
336
3-1|
3-Г)
сложного трубопровода при молекулярном режиме течения
газа по методу статистических испытаний (метод Монте-
Карло) .............................................
11-1. Расчет пропускной способности трубопровода по ме-
тоду статистических испытаний....................
11-2. Упрощенный метод статистических испытаний
11-3. Пример расчета пропускной способности вентиля
по
упрощенному методу статистических испытаний .
Глава двенадцатая. Расчет длительности откачки .
12-1. Квазистационарный режим течения газа . . . .
12-2. Длительность откачки вакуумной системы при турбу-
12-6.
леитном режиме течения газа.......................
Длительность откачки вакуумной системы ври вяз-
костном режиме течения газа.......................
Длительность откачки вакуумной системы при моле-
кулярно-вязкостном режиме течения газа
Длительность откачки вакуумной системы при по-
стоянном газовыделении............................
Длительность откачки при молекулярном режиме то-
чения газа с учетом изменения скорости газовыделе-
ния деталей и стенок вакуумной системы .
366
1 лава тринадцатая. Коэффициенты диффузии, рас-
творимость, проницаемость, газосодержание . . . .
Глава четырнадцатая. Согласование насосов, рабо-
тающих последовательно .................................
Глава пятнадцатая. Расчет вакуумной системы сверх-
высоковакуумной безмасляной установки отжига
15-1. Проектный расчет...............................
15-2. Поверочный расчет ’................
Глава шестнадцатая. Расчет централизованной фор-
вакуумной системы......................
Глава семнадцатая. Выбор параметров сложной ва-
куумной системы методом аналогового моделирования
Приложения.................
Литература ... ..............................
370
370
375
390
398
401
401
404
419
426
434
494