Быстрота откачки вакуумного насоса

Быстрота откачки вакуумного насоса

1340
0

Для выполнения измерений быстроты откачки вакуумного насоса (быстродействия насосов) или системы можно воспользоваться двумя методами: постоянного объема или давления.

Первый способ заключается в построении кривых снижения давления при откачке из сосуда определенного объема и проведении последующего перерасчета быстроты откачки. Он применяется очень редко, отличается низкой точностью из-за сложностей учета воздействий сорбции и десорбции газов при низких давлениях.

Метод замера быстроты откачки при стабилизированном давлении и контроле потока газа в откачиваемый сосуд применяется в большинстве случаев. В нем замер сводится к измерениям потока газа в вакуумной системе и величины давления в определенном сечении. В основу метода положено постоянство потока у откачиваемого газа через любое сечение вакуумной системы, выражаемое формулой:

Q=const=S1·P1=S2·P2=SnPn,

где индексами 1, 2, …, n обозначают отношения значений давления и быстроты к 1, 2, …, n-му сечению в вакуумной системе.

Формула расчета быстроты откачки S представлена видом:

S=Q/P[м3/с]=103Q/P[л/с],

где Q — значение потока газа, поступающего в вакуумную систему и измеренное в любом месте его протекания, Вт [м3-Па/с]; Р — величина давления газа в сечении, где измеряется быстрота откачки, Па.

измерение быстроты действия измерительным колпакомРисунок 9.1 показывает расположение измерительного колпака, используемого для определения быстроты откачки из системы.

 

Для выполнения замеров рекомендуется использовать только стандартный измерительный колпак потому, что он исключает влияния испытательной аппаратуры на показания вакуумметра и формы потока газа, обеспечивая получение идентичных результатов.

На такой колпак устанавливают натекатель, подключенный вакуумным шлангом к прибору измерения потока газа и манометрические преобразователи. Газовый поток в диапазоне 1,66∙Вт или 1,25÷8350 л∙мкм рт ст/с определяется ротаметром. Существует способ измерения меньших потоков посредством диафрагм. Он описан в конце параграфа.

измерительная бюреткаНа рисунке 9.2 показана измерительная бюретка из стеклянных трубочек, описанная в приложении 14. К ее верхнему концу припаян прямой кран, обладающий диаметром проходного сечения 4÷6 мм.

Для испытаний верхний конец бюретки подключается вакуумным шлангом к натекателю, а нижний — опускается в стакан с маслом. Выбирается шланг с внутренним диаметром, составляющим 0,5÷0,7 величины внутреннего диаметра проходного сечения бюретки и длиной до 1 метра.

Последовательность измерений быстроты откачки:

  1. Создается остаточное давление в измерительном колпаке с величиной, на порядок меньшей, чем предел измерения быстроты действия.
  2. Проверяют, что через кран 6, показанный на рисунке 9-2, бюретка и натекатель подсоединены к атмосфере. Это положение для крана фиксируется для всего процесса, кроме момента выполнения замера потока.
  3. Посредством натекателя создают необходимое давление в измерительном колпаке.
  4. На шкале бюретки подбирают участок отсчета, наиболее удобный для наблюдений. При этом оба уровня отсчета должны быть в нижней части бюретки, а разность между ними должна достигать порядка 10 делений.
  5. На бюретке перекрывают кран.
  6. Наблюдают подъем масла в бюретке, восполняющего убыль воздуха, приходящего в измерительный колпак сквозь натекатель. Фиксируют момент достижения уровня масла в бюретке нижнего края участка отсчета и включают секундомер.
  7. Наблюдают достижение уровнем масла верхнего края выбранного участка отсчета, отстоящего на п делений.
  8. Фиксируют время t остановкой секундомера, оценивая период подъема масла на п делений.
  9. Сразу открывают кран на бюретке для исключения затягивания масла внутрь измерительного колпака. Здесь надо соблюдать внимательность.
  10. Проводят расчеты.

Размер количества газа, прошедшего в измерительный колпак, соответствует изменению количества газа внутри бюретки за время t, определенное при подъеме масла.

Qt=Δ(PV0)=V0(ΔP)+P0ΔV0,

где Q — значение среднего потока газа; t — период времени подъема масла; Vo — первоначальный объем бюретки со шлангом до натекателя; ΔР — отклонение давления газа внутри бюретки, вызванное подъемом масла; Рат — значение барометрического давления воздуха.

ΔP(i/N)·γmn·10-6 м3,

где i — выбранная высота проградуированной части у бюретки, мм; N — количество делений на проградуированной части бюретки; γm — значение плотности масла, г/см3; n — величина высоты подъема столба масла за период времени t.

ΔV0=(Vб/N)·n·10-6 м3,

где Vб — объем проградуированной части на бюретке в мл или см3.

После преобразований получим:

Q=Δ(PV0)/t=(V0·(i/N)·γm·10-2+Pат·(Vб/N)·10-6·(n/t))=Kб·(n/t).

Для измерений быстроты откачки с применением бюретки используют формулу:

S=(n·Kб)/(t·Pв)[м3/с]=(n·Kб)/(t·Pв)·103[л/с],

где Kб — величина коэффициента бюретки.

Рв — величина давления газа внутри измерительного колпака, при котором замеряется быстрота откачки, Па.

Обычно коэффициент бюретки рассчитывают для среднегодовой величины атмосферного давления определенной местности и записывают на шланге бюретки. Для проведения ответственных точных замеров требуется каждый раз до выполнения измерения определять коэффициент бюретки с учетом поправки на фактическое атмосферное давление. Наличие набора бюреток с разными коэффициентами ускоряет выполнение замеров в широком диапазоне впускных давлений.

Каждой группе измерений в границах одного диапазона давлений обычно подбирают такую бюретку, у которой масло проходит участок отсчета с высотой 20÷100 мм или 10÷40 делений за время 20÷100 секунд. При больше́й скорости перемещения масла на результатах измерений начинает сказываться торможение масла стенками сосудов, обусловленное силами его вязкости.

С целью получения достоверных результатов замеров перед каждым последующим измерением дают маслу возможность стечь со стенок бюретки.

При использовании насосов высокой производительности бюретки заменяют ротаметрами. Для них величину потока газа рассчитывают по выражению:

Q=PатV·10-3 Вт,

где V — значение скорости прохождения воздуха сквозь ротаметр, вычисленной по паспортной характеристике ротаметра, л/с.

Выражение для определения быстроты откачки приобретает вид:

S=(PатV/Pв)·10-33/с]=PатV/Pв[л/с].

колпак при измерении быстроты действия с помощью диафрагмыДля замеров быстроты действия сверхвысоковакуумных насосов со средой, обладающей маленьким количеством откачиваемого газа, ротаметры и баретки, работающие при атмосферном давлении, непригодны. В этом случае маленькие потоки молекулярного течения газов определяют по перепадам давления через участок с определенной пропускной способностью. Для этого используют диафрагму с калиброванным круглым отверстием, созданным внутри специального измерительного колпака, демонстрируемого рисунком 9-3.

Такой колпак тоже устанавливают над насосом, а его верхняя и нижняя полости отделены диафрагмой.

Последовательность замера быстроты откачки методом диафрагмы:

  1. внутри измерительного колпака создается предельное остаточное давление;
  2. посредством натекателя устанавливается заданное давление Р2 внутри нижней части колпака. Оно используется для измерения быстроты откачки.
  3. одновременно в верхней части колпака — выше диафрагмы — создается давление Р1. Его фиксируют и выполняют расчеты.

Поток газа можно записать формулой:

Q=U(P1-P2)=SP2.

Преобразуем и получим:

S=U∙((p1/p2)-1),

где U — значение пропускной способности диафрагмы, соответствующее 11,6 А [л/с]; а P1 и Р2 — величины давлений для верхней и нижней частей у измерительного колпака; А — площадь отверстия у диафрагмы, см2.

Этот метод отличается высокой точностью благодаря возможности высокоточного вычисления пропускной способности диафрагмы. В то же время таких пределов для измерения давлений не требуется. Вполне достаточно поддерживать относительную чувствительность вакуумметров на одинаковом уровне.

НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

ОТВЕТИТЬ