ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 141
Скачиваний: 0
вакуумной камеры, через |
которую |
подается |
слиток |
в контейнер |
|
и снимается |
готовое изделие. Пресс-штемпель |
перемещается |
|||
в охлаждаемом уплотнении рабочей камеры. |
|
||||
Давление |
на слиток |
передается |
через |
пресс-шайбу, длина |
которой равна длине контейнера. Приемная камера выполнена в виде трубы и заканчивается сильфоном. Для ускорения охлаж дения изделий применяется наружный холодильник, куда вы талкивается готовое изделие.
На установке прессуются трубы, прутки, полосы и профили (рис. 4, 5), а также ведется ковка (рис. 6) и штамповка в открытых и закрытых штампах.
Г л а в а II
ВАКУУМНЫЕ СИСТЕМЫ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ'ВАКУУМНОЙ |
ТЕХНИКИ |
|
Некоторые сведения из молекулярно-кинетической |
теории |
|
газов |
|
|
Для правильного понимания процессов, происходящих в газах |
||
•при низких давлениях, необходимо |
рассматривать эти |
процессы |
с точки зрения молекулярно-кинетической теории газов [6, 12, 64].
Давление газа. Единицы измерения. В науке и технике под вакуумом понимается разреженное состояние газа, характери зующееся давлением ниже атмосферного. Предполагается, что
разреженные газы мало |
отличаются |
от идеальных газов, |
у которых: молекулы принимаются за |
упругие материальные |
|
частицы, между которыми |
отсутствуют |
силы взаимодействия; |
удар между молекулами является упругим; пространство, зани маемое молекулами, бесконечно мало в сравнении с простран ством, свободным от молекул.
Согласно кинетической теории давление Р, оказываемое мо лекулами на ^поверхность раздела между фазами или на стенку, есть сумма импульсов ударов этих молекул.
Давление газа определяется уравнением
или |
|
|
|
где N — число |
молекул в единице объема; |
||
m — масса |
молекул; |
|
|
ѵке — средняя |
квадратичная |
скорость. |
|
Таким образом, |
при постоянной |
температуре, т. е. при неиз |
менной кинетической энергии молекул, давление газа пропор ционально числу молекул в единице объема.
В вакуумной технике для характеристики свойств разрежен ных газов пользуются уравнением, связывающим все параметры
идеального газа — давление, |
объем и |
температуру: |
РѴ |
= NkT, |
(2) |
16
где V — объем |
газа; |
|
|
|
|
|
|
||
Т — абсолютная |
температура; |
|
|
|
|
||||
k — постоянная |
Больцмана. |
|
молекул в 1 см3 зависит |
||||||
Как видно из уравнения (2), число |
|||||||||
от давления и температуры и равно |
|
|
|
|
|||||
или N = 9,656-1018 |
PIT. |
|
|
|
|
|
|||
При Р = 760 мм рт. ст. и Т = 273°К |
число молекул в 1 смя |
||||||||
будет равно NL = 2,6887-1019 и называется числом |
Лошмидта. |
||||||||
Подсчитанное из выражения (3) число |
молекул в 1 см3 при |
||||||||
различных |
давлениях |
для температур |
273°К и 293°К |
приведено |
|||||
в табл. |
4. |
Соотношение единиц |
давления |
приведено |
в табл. |
5. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
4 |
|
Число молекул в 1 см9 |
|
|
|
|
|
|
|||
Д а в л е н и е Р |
Ч и с л о м о л е к у л N |
Д а в л е н и е Р |
Ч и с л о м о л е к у л N |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
в мм рт. |
ст.^ |
Т = |
273°К |
Г = 293° К |
в мм рт. |
ст. |
Т = 273°К |
Т = 293° К |
|
|
|
|
|
|
|||||
760 |
|
2,687 - Ю 1 9 |
2,504-101 9 |
10~4 |
3,536-101 2 |
3,293-Ю1 2 |
|||
1 |
|
3,536-101 6 |
3,293-10" |
ю - 5 |
3,536-101 0 |
3,293-101 0 |
|||
10"1 |
|
3,536-101 6 |
3,293-Ю1 5 |
10"7 |
3,536-109 |
3,293-10е |
|
||
ю - 2 |
|
3,536-101 4 |
3,293-10й |
IQ" 8 |
3,536-108 |
3,293-108 |
|
||
1 0 ' 3 |
|
3,536-10« |
3,293-101 3 |
|
|
|
|
|
|
Единицы |
давления |
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
5 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
Е д и н и ц ы |
бар |
мм рт. ст. |
атм |
|
am |
н/мг |
|
||
и з м е р е н и я |
|
|
|||||||
бар |
|
|
1 |
0,750-10" 3 |
0,987-10-6 |
1,02- Ю - 6 |
l u " 1 |
|
|
мм рт. ст. |
1.333Х |
1 |
1,3158-Ю-3 |
1,3595-10" 3 |
133,32 |
|
|||
атм |
|
X 103 |
760 |
1 |
|
1,033223 |
101-325 |
|
|
|
1.01325Х |
|
|
||||||
am |
|
X 10s |
735,56 |
0,96784 |
1 |
98-100 |
|
||
|
0,981•10е |
|
|||||||
НІМ2 |
|
|
10 |
7 , 5 - Ю - 3 |
0 , 9 8 7 - Ю - 5 |
1,028- Ю " 5 |
1 |
|
Газовые законы. Из уравнения состояния идеальных газов получены известные газовые законы, справедливые и для разре женных газов, с которыми имеет дело вакуумная техника.
Закон Бойля—Мариотта. При постоянной массе и темпера туре произведение давления газа на его объем есть величина постоянная:
РіѴі = Р*Ѵ2 = • • • = PtV, = const. |
J (4) |
2 А . В . К р у п и н и д р . |
\ |
17 |
Закон применяется |
для определения объема |
Ѵ2 или давления |
||||||||||
Р 2 при известных давлении |
Рг |
и объеме Ѵ±. |
|
|
то |
|
||||||
Если постоянной |
является |
только |
температура, |
|
||||||||
|
|
|
|
РѴ = const Nm, |
|
|
|
|
||||
т. е. произведение давления газа |
на его объем |
при |
неизменной |
|||||||||
температуре |
пропорционально |
массе |
таза. |
|
|
|
|
|||||
Если объем — V |
газа, |
поступающего в |
камеру |
за секунду, |
||||||||
измеряется |
в |
см31сек, |
а |
давление |
Р — в |
мм |
рпг. ст., |
то, |
||||
следовательно, |
количество |
газа, |
поступающего |
в камеру, |
будет |
|||||||
в мм рт. ст. |
см3/сек. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Так как частное от деления |
массы |
газа на его объем является |
||||||||||
плотностью |
газа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р = |
Т г |
|
|
|
|
|
то при Т = const давление пропорционально его плотности:
или |
|
|
Р = çkT, |
(5) |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
Р = - у |
рѵкв. |
(5а) |
Закон |
Гей—Люссака. |
При постоянных |
массе и объеме давле |
||
ние |
газа |
пропорционально его |
абсолютной температуре, т. е. |
||
если |
M = const и V — const, то |
|
|
||
|
|
( |
Р = const Т.. |
(6) |
Закон Дальтона. Полное давление смеси химически не взаимодействующих газов равно сумме парциальных давлений отдельных газов:
где |
Рсм |
— полное давление смеси; |
Рг, |
Р2, . . ., Рп |
— парциальные давления газов, входящих |
|
|
в смесь. |
Под парциальным давлением газа, входящего в смесь, пони мается такое давление, которое имел бы этот газ, занимая весь объем смеси.
Средняя длина свободного пути молекул. Молекулы газа про
ходят очень короткие пути |
вследствие взаимного |
столкновения |
|
и столкновения |
со стенками |
сосуда. |
|
Общее число соударений всех молекул за 1 сек в 1 см3 по Мак |
|||
свеллу будет |
|
|
|
|
S = 2N42Y^> |
(8) |
|
где d — диаметр |
молекулы. |
|
|
18
За средний свободный путь X принимается такой путь, который в среднем проходит одна молекула между двумя соударениями. При этом каждое соударение двух молекул охватывает два сво
бодных |
пути, |
a |
N молекул |
пробегают 25 = |
it ~y~2N2d^v2Ka сво |
||||||||||
бодных |
путей |
на |
расстоянии |
NvKe, |
проходимом |
N |
молекулами |
||||||||
в секунду со средней скоростью |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
к в |
Тогда |
|
|
|
|
|
|
Р, ммрт. ст. |
|
|
|
|
|||
V, . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Л = -7Г7Г- = |
|
nY2№d*vK |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
2 S |
|
|
|
|
10' |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(9) |
|
|
|
|
|
|
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
х = |
|
|
|
|
(9а) |
|
|
|
|
|
|
|
т. е. |
средний |
свободный путь |
10' |
Воздух' |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
зависит |
от |
числа |
молекул |
N |
|
|
|
|
|
|
|||||
в 1 см3 |
и от |
рода газа. Выра |
|
|
|
|
|
|
|||||||
женный через |
давление Р сред |
10 |
|
|
|
|
|
||||||||
ний |
свободный |
путь |
молекул |
|
|
|
|
|
|||||||
будет |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 7. Зависимость длины среднего |
||||||
|
|
|
X = |
|
|
|
. |
(10) |
свободного пути |
молекул |
различных |
||||
|
|
|
|
r k |
T |
|
газов |
от давления |
|||||||
Из |
уравнения |
(Ю) следует, |
что произведение ХР постоянно и |
||||||||||||
зависит |
от температуры |
и рода |
газа, |
поэтому |
средний |
свободный |
|||||||||
путь можно определять через среднее значение |
линейных разме |
||||||||||||||
ров |
вакуумного |
|
объема. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
На |
|
рис. |
7 |
показана зависимость среднего свободного пути |
||||||||||
от |
давления |
|
для |
ряда |
газов, |
из |
которой |
видно, |
что с уве |
личением давления средний свободный путь молекул умень шается.
Для реальных газов средний свободный путь молекул зависит от температуры и уменьшается с ее уменьшением. Вследствие взаимодействия сталкивающихся молекул газокинетические эффек тивные радиусы (-тт) с увеличением скорости -уменьшаются.
Сюзерлендом введена температурная поправка С, показывающая уменьшение эффективных радиусов с увеличением температуры. Выражение для среднего свободного пути с учетом поправки имеет вид
(П)
я У 2 NeP^l |
+-у) |
Из формулы (10) следует, что средний свободный путь обратно пропорционален давлению газа.
2* |
19 |