Расчет вакум-насоса

1.

2.

Аппараты воздухоснабжения
Практическая работа.
Расчет вакум-насоса.

3.

Практическая работа № 4
Расчет параметров вакуум-насоса.
Задача 1. Расчет длительности откачки рабочей камеры технологического
оборудования.
Определить границы режимов течения газа (воздуха), рассчитать проводимость
вакуумного
трубопровода,
эффективную
быстроту
откачки
заданного
конструктивного объекта (рис. 1.1 и соответствующие времена откачки при
условии использования механического вакуумного насоса с быстротой действия,
указанного на рис 1.2.). Варианты исходных данных для расчета приведены в
нижеследующей таблице.

4.

Варианты заданий
Вариант
Рнач
105,
Па
Ркон,
Па
Sн
10-3,
м3/с
Q'газ
10-4,
м3∙Па/с
Рпред.,
Па
Uвкл
10-2,
м3/с
Uмкл
10-3,
м3/с
ιфакт
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
5,35
5,34
5,33
5,32
5,31
5,30
5,29
5,28
5,27
5,26
5,50
5,49
5,48
5,47
5,46
1,80
1,79
1,78
1,77
1,76
1,75
1,74
1,73
1,72
1,70
1,69
1,68
1,67
1,66
1,65
2,6
2,59
2,58
2,57
2,56
2,55
2,54
2,53
2,52
2,50
2,49
2,48
2,47
2,46
2,45
3,06
3,06
3,06
3,06
3,06
3,06
3,06
3,06
3,06
3,06
3,06
3,06
3,06
3,06
3,06
9,80
9,79
9,78
9,77
9,76
9,75
9,74
9,73
9,72
9,71
9,70
9,69
9,68
9,67
9,66
9,40
9,39
9,38
9,37
9,36
9,35
9,34
9,33
9,32
9,31
9,30
9,29
9,28
9,27
9,26
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190

5.

Рис.1.2. Зависимость быстроты действия Sн от впускного давления Р для
механического вакуумного насоса
Рис.1.2. Зависимость быстроты действия Sн от впускного давления Р для механического
вакуумного насоса

6.

Пример расчета длительности откачки рабочей камеры технологической установки
Исходные данные и условия.
1
Размеры
откачиваемой
камеры
и
вакуумной
магистрали
предварительного разрежения указаны на рис.1.1, а на рис.1.2 приведена
зависимость быстроты действия от впускного давления для установленного
механического вакуумного насоса.
Начальное давление Рнач = 1,01∙105 Па, конечное давление после
вакуумирования Ркон = 5,32 Па. Предварительная откачка рабочей камеры
осуществляется механическим вакуумным насосом.
Быстрота действия высоковакуумного насоса составляет Sн ≈ 1,6∙10-3
м3/с.
Суммарное газовыделение со стенок вакуумной системы составляет
Q'газ = 2,43∙10– 4 м3∙Па/с и постоянно по времени. Предельное остаточное давление
механического вакуумного насоса Рпред = 3,06 Па (паспортные данные).

7.

Проводимость электромагнитного клапана ДУ32 длиной ℓ = 120мм:
• при вязкостном режиме течения – Uвкл = 9,7∙10–2 м3/с;
• при молекулярном режиме течения – Uмкл = 9,2∙10–3 м3/с.

8.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА
1.Определяются границы режимов течения газа в трубопроводе
предварительного разрежения.
а) Граница между вязкостным и молекулярно-вязкостным режимами
Р в мв
1,33
41,6 Па .
3,2 10 2
б) Граница между молекулярно-вязкостным и молекулярными режимами
Р мв м
0,02
0,624 Па .
3,2 10 2
2. Рассчитывается длительность откачки в диапазоне давлений от
атмосферного до 41,6 Па, в котором быстрота действия механического
вакуумного насоса постоянна и равна Sн ≈ 5,8 л/с (см. рис.1.2):
t
1
n
нач
1
n
в мв
P
V
ℓn
S0
Р
n 1
n
0 нач
n 1
n
0 нач
Q / S P
,
(2.1)
Q / S P
где S0 – эффективная быстрота откачки, м3/с;
VΣ – суммарный объем рабочей камеры 1, соединительного патрубка 3 и
затвора высоковакуумного насоса, м3.
Поскольку VΣ = Vр.кам. + Vпатр. + Vзатв. =
(3702∙555 + 2602∙200 +
4
3202∙320)∙10-9 = 96∙10-3м3.
В (2.1) S0 = Sн, а Q'Σ = 0 (так как газовыделение в этой области давлений
можно не учитывать).

9.

Если принять показатель политропы n =1,2 тогда из (2.1) следует, что время
откачки до давления Рв-мв = 41,6 Па будет
t 1, 01 105 41, 6
1
5 1, 2
96
1,01 10
n
1
5,8
1, 2
41,6
107,5с.
3. Рассчитывается длительность откачки в диапазоне давлений от 41,6
до 5,32 Па. При этом рассматриваемый диапазон разбивается на следующие
участки:
1-ый – от 41,6 до 20 Па;
2-ой – от 20 до 10 Па,
3-ий – от 10 до 5,32 Па.
3.1. В диапазоне давлений от 41,6 до 20 Па, то есть при среднем по времени
давлении
Р
41,6 20
30,8 Па ,
2
проводимость трубопровода для ℓрасч = 104 +1,33∙3,2∙2 = 1,125м и
молекулярно-вязкостном режиме течения будет
U м в 1,36 10
3,2 10
2 4
3
1,125
1 1,9 10 4 3,2 10 2 30,8
3,2 10 2
2
1,21 10
30,8
4
2
1,125
1
2
,
35
10
3
,
2
10
30
,
8
3
4,19 10 2 м 3 / с,
а проводимость электромагнитного клапана в этом режиме течения составит
U
кл
м в
9,2 10
3
9,7 10 2 9,2 10 3
30,8 0,624 73,8 10 3 м 3 / с.
41,6 0,624
При этом проводимость всей магистрали при среднем по времени
давлении 30,8 Па будет
1
U ОБЩ
или Uобщ = 2,67∙10-2 м3/с.
1
1
1
с / м3 ,
2
3
2
4,19 10
73,8 10
2,67 10

10.

Быстрота действия насоса при этом среднем давлении определяется из
рис.2.2 и составляет Sн ≈ 5∙10-3 м3/с. Тогда эффективная быстрота откачки
равна
5 10 3 2,67 10 2
S0
4,2 10 3 м 3 / с .
3
2
5 10 2,67 10
Рассчитывается длительность откачки в диапазоне давлений от 41,6 Па
до 20 Па по формуле
t
P Q / S0
V
,
n нач
S0
P Q / S0
(2.2)
где принимается Q'∑ =0.
Из (2.2) следует
t 41,6 20
96 10 3
41,6
n
16,7c.
3
20
4,2 10
3.2. В диапазоне давлений от 20 до 10 Па, то есть при среднем по времени
давлении
Р
20 10
15 Па ,
2
проводимость трубопровода при ℓрасч = 1,125м в молекулярно-вязкостном
режиме течения будет
U м в 1,36 10 3
3,2 10
2 4
1,125
2
1 1,9 10 4 3,2 10 2 15
2 3,2 10
1,21 10
15
4
2
1,125
1
2
,
35
10
3
,
2
10
15
2,13 10 2 м 3 \ с,
а электромагнитного клапана
U
кл
м в
9,2 10
3
9,7 10 2 9,2 10 3
15 0,624 4 10 2 м 3 / с.
41,6 0,624
3

11.

При этом проводимость всей магистрали при среднем по времени давлении 15
Па будет
1
U ОБЩ
1
1
1
с / м3 ,
2
2
2
2,13 10
4 10
1,39 10
или Uобщ = 1,39∙10-2 м3/с.
Быстрота действия насоса при этом среднем давлении определяется из
рис.2.2 и составляет Sн ≈ 4,5∙10-3 м3/с. Тогда эффективная быстрота откачки
равна
4,5 10 3 1,39 10 2
3 3
S0
3
,
4
10
м /с.
3
2
4,5 10 1,39 10
Время откачки на этом участке рассчитывается по формуле (2.2) при Q'∑
=0 и составляет
t 20 10
96 10 3
20
n
19,6c.
3
10
3,4 10

12.

3.3. В диапазоне давлений от 10 до 5,32 Па, то есть при среднем по времени
давлении
Р
10 5,32
7,66 Па ,
2
проводимость трубопровода в молекулярном режиме течения будет
U м 1,36 10 3
3,2 10
2
1 1,9 10 4 3,2 10 2 7,66
2 3,2 10
1,21 10
7,66
4
2
1,125
1 2,35 10 3,2 10 7,66
2 4
1,125
3
12,56 10 3 м 3 \ с,
а проводимость электромагнитного клапана в этом режиме течения
U
кл
м
9,7 10 2 9,2 10 3
9,2 10
7,66 0,624 2,43 10 2 м 3 / с.
41,6 0,624
3
Проводимость всей магистрали при среднем по времени давлении 7,66
Па будет
1
U ОБЩ
или Uобщ = 8,28∙10-3 м3/с.
1
1
1
3
,
с
/
м
3
2
3
12,56 10
2,43 10
8,28 10

13.

Быстрота действия высоковакуумного насоса составляет Sн ≈ 1,6∙10-3 м3/с.
Тогда в этом случае эффективная быстрота откачки равна
1,6 10 3 8,28 10 3
3 3
S0
1
,
34
10
м /с.
3
3
4,5 10 8,28 10
При расчете времени откачки на этом участке следует учитывать
предельное остаточное давление, достигаемое в вакуумной системе
Q газ
Q
2,43 10 4
Pост
Р пред
3,06 3,24 Па .
S0
S0
1,34 10 3
Время откачки на этом участке рассчитывается по формуле (2.2) и
составляет
t 10 5,32
96 10 3
10 3,24
n
82,6c.
1,34 10 3 5,32 3,24
3.4. Суммарная длительность откачки рабочей камеры технологической
установки от атмосферного давления до Р = 5,32 Па равна
t 107,5 16,3 19,6 82,6 226с.