Титул

Простейшая вакуумная система, показанная на рис. состоит из следующих элементов: 1 – насос 2 – вакуумопровод; 3 – реципиент (откачиваемый объём).;
Символами обозначены
Принятые в вакуумной технике термины:
Р1 - Р2 – движущая разность давлений, Па;
S0=dV0/dt – быстрота откачки рециниента
(объекта), м3с-1;
SH =dVН/dt – быстрота действия насоса, м3с-1;
S=dV/dt – быстрота откачки (в рассматри-
ваемом сечении трубопровода), м3с-1;
Q=d(PV)/dt – поток газа, количество газа
проходящего через рассматриваемое
сечение трубопровода в единицу времени,
м3Пас-1
W=(P1-P2)/Q – сопротивление трубопровода,
см-3
U=1/W=Q/(P1-P2) – проводимость трубопро –
вода, м3с-1 .
Этот термин более удобен для расчётов и поэтому только он используется на практике
Когда мы имеем дело со стационарным (постоянным во времени) или квадистационарным потоком, то для любого сечения трубопровода можно записать:
. . Q=P1S0=P2SH=PS

Вывод основного уравнения вакуумной техники.
Для стационарного режима откачки реципиента можно записать равенство:
Q=S0P1 =SHP2=U(P1-P2)
Это равенство может быть преобразовано в два выражения:
;.
Рассмотрим обратные величины полученных выражений:
;
Разница между первым и вторым выражением
даёт выражение называемое основным уравнением вакуумной техники, которое обычно записывается:
или
Это уравнение связывает параметры трёх основных компонентов вакуумной системы: быстроту действия насоса, проводимость трубопровода и быстроту откачки реципиента , поэтому оно называется основным уравнением вакуумной техники

Расчёт времени откачки вакуумной системы ( без учёта газовыделения).
Рассмотрим процесс откачки простейшей вакуумной системы, по5казанной на рис.
при этом V –объём реципиента (камеры); P – давление в откачиваемом объёме. За период времени dt количество откачиваемого через вакуумопровод газа составит:
dG1=S0Pdt
То же самое количество газа dG2 = dG1, вышедшее из камеры приведёт к уменьшению в ней давления на величину dP
dG2= -dPV
откуда следует:G1=G2=S0Pdt= - dPV
После разнесения переменных: (0)
В реальной вакуумной системе давление при откачки стремится не к нулю, а предельному давлению Р1(см..рис.справа), поэтому мы можем предыдущее выражение переписать.

Расчёт времени откачки вакуумной системы .
При анализе процесса откачки высоко и сверх высоко вакуумной системы с учётом газовыделения стенок из-за процесса десорбции вместо простейшего уравнения :
(0)
Надо использовать уравнения вида:
( 01)
Учитывающие изменение процесса десорбции во времени ( см. слайды № 8,9 )
.

уравнение для расчёта времени откачки объёма V от начального давления P1 до конечного давления Р2. (без учёта газовыделения)
Для этого возьмём интеграл от полученного выражения в интервале от P1 до Р2 :
после интегрирования получаем выражение:
которые в интервале от от P1 до Р2 может быть рассчитано как:
,
после преобразования
;
откуда после замены натуральных логарифмов на десятичные:
,
В последнем выражении , поэтому числитель логарифма может быть упрощён. Окончательно, уравнение для расчёта времени откачки идеального вакуумного объёма V от начального давления Р1 до давления Р2 (бкз учёта десорбции и натекания газов) выглядит так: :

Расчёт времени откачки объёма V от начального давления P1 до конечного давления Р2 с учётом газовыделения, но без учёта десорбции газов со стенок)
График изменения давления во времени удобно представлять в логарифмической шкале,
как это показано на рисунке, где он описывается прямой линией . Если мы учтём суммарный поток газов
, выделяющихся из вакуумной системы (поток газовыделения + поток натекания + обратный поток), то уравнение для расчёта времени откачки примет вид:

Расчёт времени откачки объёма V от начального давления P1 до конечного давления Р2 для квазистационавной вакуумной системы
При рассмотрении процесса откачки вакуумной системы, по5казанной на слайде 5, количество газа, выходящее из камеры: dG1, приводящее к уменьшению в ней давления на величину dP и равное количеству газа, вошедшему в вакуумопровод dG2 т.е. dG2 = dG1 , Эти количества газа считаются постоянными (квазистационарными) для данного момента времени G1=G2=S0Pdt= - dPV , поскольку не учитывают потоков газа,выделяющихся из вакуумной камеры:
Уравнения:
даже при учёте суммарного потока газовыделения из камеры определяют изменение давления при откачке в реальной вакуумной системе стремящимся к нулю или к «предельному» давлению вакуумной системы,
которое определяется существованием стационарного потока =const (постоянного для данного момента времени, но убывающего со временем при уменьшении давления)

Расчёт времени откачки объёма V от начального давления P1 до конечного давления Р2 с учётом десорбции газов со стенок сосуда
Расчет количества адсорбированного газа или заполнения поверхности при постоянном
давлении в функции времени может быть осуществлен по уравнению которое приводится к виду
(1)
Где θ - коэффициент покрытия поверхности сорбатом
Решение уравнения (1) имеет вид: (2)
Или
где:
Примечание: уравнения (1) и (2) могут быть решены как в системе “MathCAD”, так и графическим способом, как это показано в Методическом Пособии для выполнения ДЗ по ОВТ

Решение уравнения (1) также имеет вид:
(3)
Или:
Из уравнения (3) можно найти время, за которое достигается интересующая нас степень заполнения поверхности θ:
(4)

Расчет времени откачки до заданного давления с учётом десорбции графическим способом (см. мет. Пособие для выполнения ДЗ по курсу ОВТ)
На рис. представлены . Зависимости скоростей удельного газовыделения q' различных металлов от времени откачки при комнатной температуре:.
1 - алюминий; 2 - дюралюминий необработанный; 3 - мягкая сталь; 4-дюралюминий промытый бензолом и ацетоном; 5 - латунь необработанная; 6 - латунь, промытая бензолом и ацетоном; 7 - дюралюминий; 8 - медь необработанная; 9 - нержавеющая сталь необработанная; 10 - латунь; 11 - нержавеющая сталь; 12 - медь, промытая бензолом и ацетоном; 13 - дюралюминий протравленный, промытый бензолом и ацетоном; 14 - латунь протравлении промытая бензолом и ацетоном; 15 - медь протравленная, промытая бензолом и ацетоном.

Расчет времени откачки до заданного давления с учётом десорбции графическим способом (см. мет. Пособие для выполнения ДЗ по курсу ОВТ)
На рис. представлено изменение потока газовыделения со стенок вакуумной камеры.
На графиках представлены: 1 - суммарное газовыделение с поверхностей стенок и уплотнителя; 2 – газовыделение с поверхностей стенок камеры; 3 - газовыделение с поверхности уплотнителя, изготовленного из фторопласта