Реферат: Вакуумные насосы
Области применения весьма широки. Практически ни одно технологически сложное производство не обходится без применения вакуума.
В электронной технике: осветительные лампы, газоразрядные, генераторные и сверхвысокочастотные приборы, телевизионные и рентгеновские трубки.
В производстве микросхем и приборов: нанесение тонких плёнок, ионное внедрение, плазмохимическое травление, электронолитографию.
В металлургии: плавка и переплав металлов в вакууме освобождает их от растворённых газов, что придаёт им высокую прочность, пластичность и вязкость.
Машиностроение: электроннолучевая сварка, диффузионная сварка, плазменная обработка.
Химическая промышленность: вакуумные сушильные аппараты, вакуумная пропитка, вакуумные фильтры.
Основной инструмент современной ядерной физики – ускоритель частиц – немыслим без вакуума. Поддержание почти космического вакуума требуется в установках для проведения экспериментов.
Вакуумные насосы
1. Общая характеристика
Все вакуумные насосы можно разделить на высоковакуумные и низковакуумные, а по физическому принципу действия – на механические, сорбционные, ионные. Среди механических насосов выделяют объёмные и молекулярные, основанные на передаче количества движения молекулам газа от движущихся поверхностей.
Насосы объёмного типа осуществляют откачку за счёт периодического изменения объёма рабочей камеры. Этот тип вакуумных насосов появился раньше остальных и получил широкое применение в различных конструкциях: поршневая, жидкостно-кольцевая и ротационная.
Среди насосов с передачей количества движения молекулам газа различают: водоструйные, эжекторные, диффузионные и молекулярные. Их характеристики можно рассчитать на основании закономерностей внутреннего трения в газах.
Сорбционные явления в вакууме широко используются для откачки газов из вакуумных систем. На принципе хемосорбции основана работа испарительных насосов. Физическая адсорбция и конденсация используются для откачки газов криосорбционными насосами: адсорбционными и конденсационными.
Направленное движение предварительно заряженных молекул газа под действием электрического поля является основой работы ионных насосов. Принцип ионной откачки совместно с сорбционным используется в конструкциях ионно-сорбционных насосов.
Основными параметрами любого вакуумного насоса являются: быстрота действия, предельное давление, наименьшее рабочее давление, наибольшее давление запуска и наибольшее выпускное давление.
Рис. 1 Упрощенная схема вакуумной системы.
Рассмотрим схему простейшей вакуумной системы (рис. 1), состоящую из откачиваемого объекта 1, насоса 2, и соединяющего их трубопровода. Течение газа из откачиваемого объекта в насос происходит из-за разности давлений (p1 - p2 ), причём p1 > p2 .
Быстроту откачки насоса Si в произвольном сечении соединительного трубопровода можно определить как объём газа, проходящий через это сечение в единицу времени:
Si = dVi /dt.
Быстротой откачки объекта или эффективной быстротой откачки насоса называется объём газа, поступающий в единицу времени из откачиваемого объекта в трубопровод через сечение I при давлении p1 :
SEff = dV1 /dt (1)
Быстрота действия насоса – это объём газа, удаляемый насосом в единицу времени через входной патрубок (сечение ближе к насосу) при давлении p2 :
SH = dV2 /dt (2)
Отношение эффективной быстроты откачки насоса к быстроте действия называется коэффициентом использования насоса:
Ku = SEff /SH (3)
Производительностью насоса называется поток газа, проходящий через его входное сечение. Для стационарного потока выполняется условия сплошности:
Q = p2 SH = p1 SEff = pi Si (4)
Установим связь между тремя основными характеристиками вакуумной системы: быстротой действия насоса SH , эффективной быстротой откачки объекта SEff и проводимостью вакуумной системы между насосом и откачиваемым объектом U. Запишем следующие равенства:
SH = Q/p2 =U(p1 -p2 )/p2 ,
SEff = Q/p1 = U(p1 - p2 )/p1 (5)
После несложных преобразований имеем искомую связь:
1/SEff -1/SH = 1/U (6)
Это уравнение называется основным уравнением вакуумной техники. Для анализа этого уравнения запишем его немного в другом виде:
SEff = SH U/(SH + U) (7)
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--