• RU
  • icon На проверке: 12
Меню

Высоковакуумные и низковакуумные насосы - курсовая

  • Добавлен: 01.07.2014
  • Размер: 1 MB
  • Закачек: 0
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Курсовой проект по высоковакуумным и низковакуумным насосам. Чертежи, пояснительная записка

Состав проекта

icon
icon вакуум лист1.cdw
icon вакуум лист2.cdw
icon вакуум лист3.cdw
icon вакуум лист4.cdw
icon Хорунжев вакуум 2,19-22.doc

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon вакуум лист1.cdw

вакуум лист1.cdw
;4;6;10;15;19;22;25 -вакуумные клапаны
;14;16;18;20;24;26 -трубопроводы
- форвакуумная ловушка
-пластинчато-роторный насос
КП-2068998-48-24-00.00.003
Схема для получения высокого вакуума

icon вакуум лист2.cdw

вакуум лист2.cdw
КП-2068998-48-24-00.00.003
давления на участках
Распределение давления на участке среднего и низкого вакуума
Распределение давления на участке высокого вакуума

icon вакуум лист3.cdw

вакуум лист3.cdw
Техническая характеристика
Быстрота действия 5*10
Предельное остаточное
Количество масла марки ВМ-5
заливаемого в насос 1
Мощность электродвигателя 0
пластинчато-роторный
КП-2068998-48-24-00.00.001

icon вакуум лист4.cdw

вакуум лист4.cdw

icon Хорунжев вакуум 2,19-22.doc

Федеральное агентство по образованию РФ
ГОУ ВПО Омский Государственный Технический Университет
“Холодильная и компрессорная техника и технология”
Курсовой проект по дисциплине
«Высоковакуумные и низковакуумные насосы»
КП-2068998-48-ВК 412-24-11
Выбор вакуумной схемы5
Выбор вакуумных насосов6
1 Выбор высоковакуумного насоса6
2 Выбор низковакуумного насоса6
Определение конструктивных размеров трубопровода и выбор
1 Высоковакуумная система 7
2 Низковакуумная система 9
Подбор клапанов ловушек вакууметров 11
Проверочный расчет 12
Список литературы 22
Задание к курсовому проекту
Спроектировать вакуумную систему подобрать вакуумные насосы арматуру ловушки вакуумметры течеискатели.
Рассчитать изменение давления в системе и построить графики.
Провести поверочный расчет спроектированной вакуумной системы.
Данные для проектировочного расчета:
Q = 510-3 м 3 Па с -суммарное газовыделение и натекание;
P = 210-3 Па –давление в камере;
tc = 1800 с –время работы в стационарном режиме;
L = 41 м – общая длина вакуумпроводов;
Тип насоса – пароэжекторный.
Разработка новых технологических процессов обеспечивающих техническое перевооружение основных отраслей производства тесно связана с вакуумной техникой.
Новые типы полупроводниковых структур особо чистые материалы сплавы специальные покрытия изготавливаются в вакууме.
Вакуум является идеально чистой технологической средой в которой можно осуществить электрохимические и электрофизические процессы при изготовлении изделий микроэлектроники.
Низкий вакуум - средняя длина свободного пути частиц во много раз меньше характерного линейного размера существенного для рассматриваемого объекта
Средний вакуум - средняя длина свободного пути частиц соизмерима с характерным линейным размером существенным для рассматриваемого объекта 100 01 Па
Высокий вакуум - средняя длина свободного пути частиц во много раз превышает характерный линейный размер существенный для рассматриваемого объекта 01 10-5 Па
Сверхвысокий вакуум - не происходит заметного изменения свойств поверхности первоначально свободной от адсорбированного газа за время существенное для рабочего процесса ниже 10-5
Выбор вакуумной схемы
Выберем вакуумную схему по рисунку 6.6( см [1]стр.223)
Рис. 1. Схема вакуумной системы для получения высокого вакуума
Выбор вакуумных насосов весь расчет проводим по (см.[1]стр.222)
1 Выбор высоковакуумного насоса
Выберем паромасляный высоковакуумный насос серии DFR с предельным давлением рпр1=310-5 Па.
Эффективную быстроту откачки в откачиваемом объекте определяем по формуле:
Sэф1=Q p1 = 510-3210-3=25 м3с.
Находим коэффициент использования вакуумного насоса используя рисунок 925 (см. [1]стр. 213) n=3 – количество элементов между откачиваемым объектом и вакуумным насосом Ки1=025. Воспользуемся формулой для нахождения номинальной быстроты действия :
Sm1= Q ( Ки1р1 – рпр1)
Sm1=510-3 (025210-3-310-5)=1064 м3с.
Выбираем насос по (см.[1]стр.368 таблица П8). Ближайший по быстроте действия паромасляный насос DFR-20000 имеет следующие характеристики:
Номинальная быстрота действия18 м3с
Диаметр входного патрубка400 мм
Диаметр выходного патрубка63 мм
Наибольшее рабочее давление 1 Па
Наибольшее выпускное давление60 Па
Предельное давление310-5 Па
2 Выбор насоса для работы в области среднего и низкого вакуума.
Выбираем серию пластинчато-роторных насосов имеющих предельное давление рпр2=710-2 Па.
Рабочее давление пластинчато-роторного насоса выбираем по максимальному выпускному давлению паромасляного насоса с коэффициентом запаса φ=2:
Sэф2=Q p2 = 510-330=1610-4 м3с.
Находим коэффициент использования вакуумного насоса используя рисунок 917 (см. [1]стр. 207) n=7 – количество элементов между откачиваемым объектом и вакуумным насосом Ки2=093.
Находим номинальную быстроту действия насоса:
Sm2= Q ( Ки2р2 – рпр2)
Sm2=510-3 (09330-710-2)=1810-4 м3с.
Выбираем ближайший по быстроте действия и давлению пластинчато-роторный насос 2НВР–5ДМ(см.[2]стр.255 таблица9.10) который имеет следующие характеристики :
Номинальная быстрота действия0005 м3с
Диаметр входного патрубка16 мм
Предельное давление710-2Па
Максимальное выпускное давление1105 Па
Определение конструктивных размеров трубопроводов и выбор
элементов вакуумной системы
1 высоковакуумная система
Найдем общую проводимость участка вакуумной системы от паромасляного насоса до вакуумной камеры:
U01=Sm1(Ки1(1-Ки1))=18(025(1-025)) = 6 м3с
Sm1 – быстрота действия насоса выбранного по каталогу.
Определим проводимости элементов и диаметры трубопроводов для этого составим компоновочную схему данного участка вакуумной системы.
Будем считать в первом приближении что все элементы имеют одинаковую проводимость:
Определим режим течения газа в трубопроводе по критерию Кнудсена:
Kn=Ldэф = L1p1dвх = 7510-3210-304=938>15
Следовательно режим течения молекулярный.
Диаметр первого элемента может быть определен из условия последовательного соединения входного отверстия и трубопровода :
Отсюда получаем d1=0492 м. По ГОСТ 18626-73 выбираем условный проход трубопровода d1=05 м. Тогда проводимость первого участка U11 =1975 м3с проводимость отверстия равна бесконечности а проводимость трубопровода 151 м3с.
В качестве затвора выбираем ЗВЭ-400 с диаметром условного прохода dy=400 мм и проводимостью в молекулярном режиме течения газа 4625 м3с. С учетом входного сопротивления проводимость затвора найдем из равенства:
Таким образом U12 = 2158 м3с причём проводимость входного отверстия равна 4044 м3с а проводимость затвора 4625 м3с.
Диаметр трубопровода на третьем участке выберем из условия U13 =18 м3с. Тогда с учетом размеров предыдущего элемента:
При d2=04 м из записанного соотношения имеем d3=0447 м. Согласно рекомендуемому ряду выбираем d3 =05 м.
Таким образом U13=242 м3с а общая проводимость участка с учетом того что входная проводимость насоса равна бесконечности
Общая проводимость выбранного участка вакуумной системы 723 м3с что несколько больше требуемой 6 м3с. Коэффициент использования насоса:
Ки1= U01 (Sm1+U01) = 723 (18+723) = 029.
Коэффициент использования 029 близок к оптимальному значению 025.
Давление во входном сечении насоса:
pн1 = рпр1+ QSm1 = 310-5 + 510-3 18=3110-4 Па.
Перепад давления на элементе 3:
р1 =QU13=510-3242=210-4 Па.
Аналогично находим перепады давлений на входе и выходе каждого элемента и по полученным результатам строим график распределения давления.
Распределение давления по длине участка вакуумной системы от паромасляного насоса до откачиваемого объекта.
Проводимость элемента U м3с
Перепад давления на элементах р Па
Давление на входе в элементы Па
Давление на выходе из элементов Па
Рис. 2. Распределение давления на участке высокого вакуума
2 система для получения среднего и низкого вакуума.
Найдем общую проводимость участка вакуумной системы от пластинчато-роторного насоса до вакуумной камеры:
U02=Sm2Ки2(1-Ки2)=0005093 (1-093) = 0066 м3с
Sн2 – быстрота действия насоса выбранного по каталогу.
Будем считать что все элементы имеют одинаковую проводимость. Тогда:
U2j=7U02= 7 0066= 0465 м3с
Kn=Ldэф = L1p2*dвх = 75*10-330*16*10-3 = 0019 > 15
режим течения молекулярно-вязкостный.
Диаметр первого трубопровода можно рассчитать при среднем давлении в трубопроводе рср = р2 =30 Па по проводимости:
Решая данное уравнение имеем d1=0103 м. По ГОСТ 18626-73 подбираем ближайший стандартный диаметр d1=016 м что соответствует U21 =27 м3с. Тогда получим d3 = d5 =d7 = 016 м и проводимость на этих участках будет одинакова. На втором и шестом участках по таблице П.13 выбираем в качестве клапанов ЗВЭ-160 с диаметром условного прохода dy=160 мм и проводимостью в молекулярном режиме течения газа 334 м3с.[1]. Таким образом U22=334 м3с.и U26=334 м3с.
Выбираем форвакуумную ловушку типа ЛАФ-160(низкотемпературная форвакуумная ловушка) с условным проходом dу=016 м; рабочий диапазон давлений 105-10-2 Па. проводимость 02 м3с. Общую проводимость найдем из следующего выражения:
Общая проводимость выбранного участка вакуумной системы 014 м3с что больше требуемой 0066 м3с .
Коэффициент использования пластинчато-роторного насоса в системе:
Коэффициент использования КИ2 096 примерно равен оптимальному значению 093.
Рассчитаем распределение давления по длине участка вакуумной системы от пластинчато-роторного до паромасляного насоса.
Давление во входном сечении насоса согласно:
pпрi и Smi - предельное давление и номинальная быстрота откачки пластинчато-роторного насоса.
Повышение давления на последующих элементах i-го участка вакуумной системы можно определить по потоку Q и проводимости k-ого элемента . Перепад давления на элементе 7:
Аналогично находим перепады давлений на остальных элементах рассчитывая давления на входе и на выходе каждого. Полученные результаты заносим в табл.№2 и строим график распределения давлений (См. рис. 3).
Проводимость элемента U м³с
Перепад давления на элементе ΔP Па
Давление на входе в элемент Pвх Па
Давление на выходе из элемента Pвых Па
Рис. 3. Распределение давления на участке среднего и низкого вакуума
Подбор ловушек клапанов вакуумметров
Выбор ловушки для пластинчато-роторного вакуумного насоса.
Ловушки в основном применяются для снижения давления в откачиваемом объекте и предотвращения попадания в него паров рабочей жидкости при использовании пароструйных насосов .
Часто ловушки применяются для предотвращения попадания паров в насос с масляным уплотнением.
При необходимости измерения парциального давления газа также применяют ловушки предотвращающие попадание в манометрический датчик паров имеющихся в откачиваемом объекте или насосе.
Для пластинчато-роторного насоса была выбрана ловушка ЛАФ - 160 с dу=160 мм и проводимостью U24=02 м3с.
Вакуумметры выбираем
Преобразователь к нему ПММ-32-1
Диапазон измерений 1*10-6 – 1*10-1Па
Относительная погрешность измерения –50 +100
Габаритные размеры 212х128х490 мм
Преобразователь к нему ПМТ-6-3
Диапазон измерений 13 39*103 Па
Индикация в диапазонах 13*10-2 13 и 39*10-3 1*105
Относительная погрешность измерения –35 +60
Габаритные размеры 360х180х400 мм
Выбор клапанов и затворов
Затвор ЗВЭ-400 диаметр условного прохода 400 мм и проводимость в молекулярном режиме течения газа 4625 м3с.
Габаритные размеры 380х200х92 мм
Затвор ЗВЭ-160 диаметр условного прохода 160 мм и проводимость в молекулярном режиме течения газа 334 м3с.
Габаритные размеры 200х110х62 мм
Проверочный расчет вакуумной системы в стационарном режиме работы
Задачей проверочного расчета является определение распределения давления в известной вакуумной системе. Проверочный расчет осуществляется для уточнения проектировочных расчетов.
1. Определение собственных газовыделений вакуумной камеры.
Собственное газовыделение вакуумной системы Qс складывается из газопроницаемости Qп диффузионного газовыделения материалов Qд и натекание через оболочку Qн.
1.1 Определим газопроницаемость Qп1 вакуумной камеры:
где:-коэффициент проницаемости материала трубопровода;
F1=0149 м2- площадь вакуумной камеры ;
Р1=10-3 Па - среднее давление внутри вакуумной камеры;
Р2=105 Па - давление снаружи трубопровода т.е. атмосферное давление;
h1=0005 м - половина толщины стенки;
- теплота активации;
n = 2 - число атомов в молекуле газа проникающего через стенку;
- газовая постоянная ;
Т1=673 К - температура в камере;
Определим диффузионное газовыделение материала вакуумной камеры Qд1:
где - среднее удельное диффузионное газовыделение.
Определим натекание в вакуумную камеру Qн1:
где КВ = 02 - вероятность существования течи меньше чувствительности течеискателя;
N1 =8 - число соединений;
QТИ = 10-7 м³·Пас; - минимальный поток регистрируемый течеискателем;
m = 1 - число одновременно проверяемых соединений.
Собственное газовыделение вакуумной камеры будет равно:
1.2 Определение собственных газовыделений высоковакуумного участка.
Определим газопроницаемость Qп1 высоковакуумного участка 1 вакуумной системы:
где:-коэффициент проницаемости нержавеющей стали;
F1 F2 – площади трубопроводов ;
Р1=925*10-4 Па - среднее давление внутри трубопровода;
h1=0005 м- половина толщины стенки;
- газовая постоянная;
Т= 673 К - температура в камере;
Определим диффузионное газовыделение материала трубопровода Qд2:
Определим натекание в трубопровод Qн2:
где КВ=02- вероятность существования течи меньше чувствительности течеискателя;
N2 =6- число соединений;
QТИ =10-8 м³·Пас; - минимальный поток регистрируемый течеискателем;
Собственное газовыделение высоковакуумного участка 1 будет равно:
Общее газовыделение Qобщ2 которое необходимо откачивать высоковакуумным насосом 1 равно сумме собственных газовыделений высоковакуумного участка 1 и суммарному газовыделению в вакуумной камере Q (задано исходными данными).
1.2 Определение собственных газовыделений средневакуумного и низковакуумного участка.
Определяем газопроницаемость низковакуумного участка вакуумной системы:
где: – коэффициент проницаемости материала трубопровода (газ-N2 материал Fe) табл. С.21 [1];
F1 F2 F3 F4 – площадь трубопровода ;
Р1=058 Па – среднее давление внутри трубопровода;
Р2=105 Па – давление снаружи трубопровода т.е. атмосферное давление;
h3=0005 – половина толщины стенки;
n=2 – число томов в молекуле газа проникающего через стенку табл. С.21 [1];
– универсальная газовая постоянная;
Т3=673 К – абсолютная температура стенки;
– теплота активации табл. С.21 [1].
Определяем диффузионное газовыделение материала трубопровода:
где: – среднее удельное диффузионное газовыделение (материал-сталь конструкционная; обработка-хромирование) табл. С.19 [1].
Определяем натекание в трубопровод:
где: KВ=02 – вероятность существования течи меньшей чувствительности течеискателя;
N=11 – число соединений в трубопроводе;
– минимальный поток регистрируемый течеискателем табл. 6.5 [1];
m=1 – число одновременно проверяемых соединений.
Собственное газовыделение низковакуумного участка:
Общее газовыделение Qобщ3 которое необходимо откачивать низковакуумным насосом равно сумме собственных газовыделений низковакуумного участка и суммарному газовыделению в вакуумной камере Q (задано исходными данными).
2. Распределение давлений в трубопроводах с учётом собственных газовыделений.
21 Распределение давлений в трубопроводах с учётом собственных газовыделений на высоковакуумном участке
Перепад давлений на третьем элементе:
Определяем распределение давлений на высоковакуумном участке:
Рис. 4. Распределение давлений общего газовыделения на участке высокого вакуума
22 Распределение давлений в трубопроводах с учётом собственных газовыделений на участке среднего и низкого вакуума
Давление на выходе седьмого элемента:
Перепад давлений на седьмом элементе:
Давление на входе в седьмой элемент:
Рис. 4. Распределение давлений общего газовыделения на участке
среднего и низкого вакуума
3 Проверка совместимости работы насосов и запуска установки.
Графическая проверка выбора вакуумных насосов позволяет определить их рабочие давления. По графическим характеристикам насосов строим их эффективные быстроты откачки. Для первого насоса в откачиваемом объекте для второго - на выходе первого насоса в соответствие с основным уравнением вакуумной техники. Пересечение этих кривых с прямой быстроты натекания S=Qp определяет рабочее давление всех насосов (рис.5).
Таблица №8 построений для первого насоса.
Таблица №9 построений для второго насоса.
Построив эффективные быстроты откачки насосов строим прямую быстроты натекания по следующим данным:
По графику видно что запуск установки возможен так как при всех давлениях выше рабочего в откачиваемом объекте быстрота натекания меньше чем насосов.
Так как рабочее давление пластинчато-роторного насоса (второй на схеме) меньше максимального выпускного давления паромаслянного (первый на схеме) то насосы работают совместимо.
В данном курсовом проекте спроектирована вакуумная система с рабочим давлением в вакуумной камере р=210-3Па и суммарным газовыделением Q=510-3 м3Пас. Был проведен выбор откачного оборудования: вакуумная система содержит в себе 2 насоса высоковакуумный насос – паромасляный насос для получения среднего и низкого вакуума – пластинчато-роторный. Были подобраны ловушки манометры и др. дополнительное оборудование. Определены размеры соединительных трубопроводов также рассчитано распределение давление по длине участка от турбомолекулярного насоса до откачиваемого объекта и тд.
Л.Н. Розанов Вакуумная техника: Учеб. для вузов по спец. «Вакуумная техника».-2-е изд. перераб. и доп.- М.: Высш. шк. 1990.-320с. ил.
Вакуумная техника: СправочникЕ.С. Фролова В.Е. Минайчев А.Т. Александровна и др.; под общ. ред. Е.С. Фролова В.Е. Минайчев. – М.: Машиностроение 1985.-360с. ил.
Вакуумная техника: СправочникЕ.С. Фролова В.Е. Минайчев А.Т. Александровна и др.; под общ. ред. Е.С. Фролова В.Е. Минайчев. – М.: Машиностроение 1992.-460с. ил
Пипко А.И. «Конструирование и расчёт вакуумных систем» Москва «Энергия»:1979.
up Наверх