ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 145
Скачиваний: 0
Пропускная способность отверстий при молекулярном режиме.
Пропускная способность диафрагмы определяется уравнением
и = рѴ:ш> |
<20) |
где F — площадь диафрагмы в см2.
|
|
0,1 |
0,2 0,3 OA 0,6 0,81 |
2 3 k 5 6 78910 В, см |
|||
|
Рис. 9. Зависимость проводимости трубопроводов |
от диамет |
|||||
|
ра для различных отношений HD (молекулярное течение) |
||||||
Для |
воздуха |
при |
20° С |
|
|
|
|
|
|
|
U = |
11,6F |
л/сек. |
|
(20а) |
Выражая F |
через |
диаметры, получим |
|
|
|||
|
|
|
и = 9,П-?Ц-2, |
|
(206) |
||
где £>2 |
— диаметр диафрагмы; |
|
|
|
|||
|
—диаметр трубопровода или сосуда. |
|
|
||||
Сопротивление |
короткого |
трубопровода. |
Для |
короткого |
|||
трубопровода |
^ - j j - |
< 2 0 ^ |
должна |
учитываться |
проводимость |
||
25
отверстия, так как пропускная способность трубы UT сравнима
спропускной способностью диафрагмы Ug. Для этого случая
U1 = -+
Подставляя значения UT и ІІд из формул (18а) и (206), получим
|
|
|
U = |
|
|
.2,1 -f |
|
|
|
(21) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
1 + 1.33 |
|
^ |
|
|
|
|
|
|
||
И Л И |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U= |
|
|
Di |
|
|
|
(21a) |
||
|
|
|
|
|
|
1 2 , l ß - f |
|
|
|
|||||
при |
|
|
|
|
|
DT^ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
ß |
= 1 + |
1,33 |
Dd |
) |
|
|
|
|
||||
Значения поправочного коэффициента ß для |
учета |
влияния |
||||||||||||
концевых эффектов при коротких трубопроводах |
в зависимости |
|||||||||||||
от -^- даны в табл. 6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Приближенные значения проводимости можно получить по |
||||||||||||||
формулам |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
U = 0 , 9 Ш 2 |
|
для / < 0 , 2 D ; |
|
|
(216) |
||||||
|
|
|
U= |
12,1 |
|
для |
Z > 2 0 D . |
|
|
(21 в) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Значения |
поправочного коэффициента ß |
|
|
Т а б л и ц а |
6 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
для учета влияния концевых эффектов при коротких трубопроводах |
|
|
||||||||||||
О т н о ш е н и е |
П о п р а в о ч н ы й |
О т н о ш е н и е |
|
П о п р а в о ч н ы й |
О т н о ш е н и е |
П о п р а в о ч н ы й |
||||||||
д л и н ы |
|
|
д л и н ы |
|
д л и н ы |
|||||||||
|
к о э ф ф и ц и е н т |
|
|
к о э ф ф и ц и е н т |
к о э ф ф и ц и е н т |
|||||||||
к д и а м е т р у |
к д и а м е т р у |
к д и а м е т р у |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
0,05 |
|
0,036 |
|
|
0,8 |
|
• |
0,38 |
10 |
|
|
0,88 |
|
|
0,08 |
|
0,056 |
|
|
1,0 |
|
|
0,43 |
20 |
|
|
0,94 |
- |
|
0,1 |
|
0,070 |
|
|
2 |
|
|
0,60 |
40 |
|
|
0,97 |
|
|
0,2 |
|
0,13 |
|
|
4 |
|
|
0,75 |
60 |
|
|
0,98 |
|
|
0,4 |
|
0,23 |
|
|
6 |
|
|
0,82 |
80 |
|
|
0,98 |
|
|
0,6 |
|
0,31 |
|
|
8 |
|
|
0,86 |
100 |
|
|
1,0 |
|
|
Пропускная способность при молекулярном режиме |
зависит |
|||||||||||||
от рода газа, так как во все соотношения при этом режиме входит множитель
if 2nkT
У~иг'
26
где m — масса |
молекулы; |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Т — абсолютная |
температура; |
|
|
|
|
|
||||||
k |
— постоянная |
Больцмана. |
|
|
|
|
|
|
||||
Значения пропускной способности для других газов полу |
||||||||||||
чаются |
умножением |
значения |
проводимости |
для |
воздуха |
при |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
- I f |
Мйпза |
. |
|
|
|
комнатной температуре на отношение |
I / |
^ |
|
|
||||||||
Например, |
для гелия |
M = |
4, |
для |
воздуха M |
= 28,7, |
тогда |
|||||
|
^ Н е |
— |
~У -Щ^- |
U'eosd = |
уГ~~£~ |
Увозд — |
2,68£/e 0 3 Ô . |
|
||||
Для учета влияния температуры необхрдимо значение про пускной способности при комнатной температуре (293°К) умно жить на
Если, например, температура в вакуумной камере повысилась до 373°К, то пропускная способность для любого газа будет в У 373/273 = 1,16 раза больше.
Пропускная способность системы. Приведенные выше фор мулы справедливы для определения пропускной способности отдельных элементов вакуумных систем различной геометриче ской формы при разных режимах течения газов. Суммарная
пропускная способность системы, |
составленной из |
несколь |
ких элементов, зависит от способа |
их соединения |
между со |
бой. |
|
|
По аналогии с законами электрической цепи общая проводи
мость параллельно соединенных элементов определяется |
как |
|
сумма их пропускных способностей: |
|
|
Ь'общ = |
' f f Ut. |
(22) |
При последовательном соединении общая проводимость опре |
||
деляется по формуле |
|
|
|
L = Ti |
|
U,общ |
2 -щ • |
(23> |
|
1=1 |
|
2. РАСЧЕТ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ
Любая вакуумная система состоит из следующих основных
элементов: |
откачиваемой |
камеры, вакуумных |
насосов |
и соеди |
|
нительных |
трубопроводов. |
|
|
|
|
Целью расчета вакуумной системы является: определение |
|||||
необходимой быстроты (скорости) откачки газа |
для |
поддержа |
|||
ния требуемого остаточного давления в камере |
при данном коли |
||||
честве газопоступлений; |
установление диаметра |
трубопроводов; |
|||
27
определение времени откачки газа из установки до заданного давления.
На основании проведенных расчетов и конструктивных сооб ражений производится выбор схемы системы и компоновка ее отдельных частей, подбор вакуумных насосов, соединительных трубопроводов и арматуры.
Необходимость проведения расчетов вакуумных систем опре деляется тем, что недостаточно мощная вакуумная система не обеспечит требуемого разрежения в камере, следствием чего мо жет быть ухудшение качества обрабатываемого металла. Наобо рот, излишне мощная вакуумная система усложняет конструк цию вакуумной установки, повышает ее стоимость и увеличивает затраты на обслуживание. Неправильный выбор трубопроводов ведет к нерациональному использованию производительности насосов.
Расчет общего количества газопоступлений
Для расчета вакуумной системы стана необходимо определить газопоступление в уже откачанную камеру, которое обусловли вает постоянную работу насосов для поддержания определенной степени вакуума.
Газовые поступления в камеру при прокатке металлов в ва кууме возможны по следующим причинам.
Газовыделения из прокатываемого металла. Поступление газа в этом случае происходит вследствие уменьшения растворимости газа для ряда металлов при повышении температуры и уменьше нии внешнего давления, диссоциации окислов и т. д. В литера
туре |
приводятся |
опытные |
данные по |
газовыделению [26, 49, |
54, |
90]. |
|
|
|
Газовыделение должно учитываться как из прокатываемого |
||||
металла, так и |
из любого |
нагретого |
материала, находящегося |
|
в вакуумном стане — нагревателей, отражательных экранов и т. д.
Газопоступления, обусловленные натеканием газа. Натекание происходит вследствие наличия неплотностей в оболочке камеры и трубопроводах, недостаточной герметичности вакуумных уплот
нений |
и |
т. д. Скорость натекания является величиной практи |
||
чески |
постоянной [69]. |
|
||
Из-за |
отсутствия |
опытных данных для условий |
прокатки |
|
в вакууме величина натекания принимается ориентировочно. |
||||
Газопоступления |
в результате десорбции газов. Металлические |
|||
поверхности всегда покрыты слоем адсорбированных |
молекул. |
|||
Имеются |
различные'виды сорбции газов: адсорбция, |
абсорбция |
||
и окклюзия. |
|
|
||
Адсорбцией называется поглощение газов поверхностью твер дых тел и образование пленок толщиной в одну или несколько молекул за счет физических сил (поляризационных или ван- дер-ваальсовых).
,28
Абсорбция — растворение газов в металле, т. е. равномерное распределение молекул газа в кристаллической решетке металла.
Окклюзированным |
газом считается газ, находящийся в микро |
||||
скопических пустотах |
металла. |
|
|
|
|
Количество |
адсорбированного |
на металле |
газа увеличивается |
||
с уменьшением |
температуры и |
увеличением |
удельной |
поверх |
|
ности. Истинная поверхность |
металлов значительно |
больше |
|||
геометрической и зависит от чистоты их обработки. Необработан ные ржавые конструкции адсорбируют большое количество газов, на откачку которых требуется много времени. В связи с этим детали вакуумных систем желательно изготовлять из нержаве ющей стали или цветных металлов с высокой степенью чистоты
обработки. |
Данные |
по |
газоотделению |
с металлических |
поверх |
|||||
ностей |
в |
вакууме |
при комнатной |
температуре |
приведены |
|||||
в табл . 7 [49]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Газоотделение |
с поверхности |
различных |
металлов |
|
Т а б л и ц а 7 |
|||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
С к о р о с т ь г а з о о т д е л е н и я |
в см3'мм рт. ст./(см2-ч) |
||||
|
М е т а л л |
|
|
|
п о с л е о т к а ч к и за в р е м я в ч |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
5 |
|
10 |
Медь,. промытая |
ацето- |
|
1,65-lu"1 |
4,33-10"2 |
— |
|
— |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
Малоуглеродистая |
|
— |
2 , 0 8 - Ю - 2 |
— |
|
— |
||||
|
1,1—4 |
•0,65 |
|
2 , 2 - К Г 1 |
1,12 • Ю - 1 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
Нержавеющая сталь • • |
|
0,65 |
0,27 |
|
1,38-10-! |
6 , 7 5 - Ю - 2 |
||||
Латунь |
(промытая аце- |
|
1,49 |
•— |
|
0,525 |
|
— |
||
|
0,59 |
— |
|
2,33-10"1 |
|
— |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
Для расчета газопоступлений в результате десорбции необ |
||||||||||
ходимо |
знать |
полную |
поверхность конструкции, |
находящейся |
||||||
в вакуумной камере. В вакуумной установке типа |
«клеть—ка |
|||||||||
мера» под вакуумом |
находятся: внутренние |
поверхности |
вакуум |
|||||||
ной камеры, трубопроводов, нагревательной печи, а также по верхность частей рабочей клети стана.
Зная величину поверхности, можно определить газопоступ
ление |
вследствие десорбции. |
|
|
После определения всех трех составляющих газовых поступ |
|||
лений |
можно рассчитать общее количество газов Q, подлежащих |
||
откачке. |
|
|
|
г При расчете |
вакуумных электропечей для |
определения об |
|
щего |
количества |
газа пользуются следующей зависимостью [49]: |
|
|
|
Q — - f ~ n + — + qeF + qH, |
|
где |
q — объем |
газа, выделяющегося из садки, |
в см3 на 100 г; |
G — масса |
садки в кг; |
|
|
29
