Выбор вакуумных насосов

Выбор вакуумных насосов определяется следующими тремя основными условиями: 1) объемом откачиваемого резервуара и необходимым временем для откачки, 2) количеством газа, подлежащего откачке, 3) давлением, при котором должен откачиваться газ.

Для начальной эвакуации камеры обычно используют ротационные механические насосы или пароструйные эжекторы. Если допустить, что выбранный насос имеет скорость откачки, не зависящую от входного давления, и если отсутствуют течи и адсорбированные газы, заполняющие насос во время эвакуации камеры, то время, требуемое для эвакуации при постоянном значении 8 будет равно Указанные допущения возможны до давлений 10 мм рт. ст. В случае более низких давлений большинство заводов-изготовителей отмечает в документации снижение при низких давлениях и десорбции газов со стенок камеры к. п. д. насоса.

Как же определяется количество откачиваемого газа? В случае вакуумного отжига давление обычно зависит от чистоты поверхности или других условий. Зная исходное и конечное содержание газа в отжигаемом металле и время, отводимое для заданного снижения содержания газа, можно выбрать насос, исходя из того, что один моль газа при стандартной температуре и давлении занимает объем 22,4 л. Например, если Нужно удалить 1 моль за 1 час при давлении в 10 мк рт. ст., теоретическая скорость откачки будет: 22,4 л X (760 ОООлк/Юлк) х 1/3600 сек. Таким образом, определенная скорость откачки равна приблизительно 470 л/сек при 10 мк рт. ст. и может быть обеспечена масляным бустерным насосом с диаметром всасывающего патрубка, равным 150 мм. Эти результаты получаются, если допустить, что газ выделяется с постоянной скоростью при давлении 10 мк рт. ст. На самом деле это не так, если учесть диффузионные процессы в самом металле. Однако это первое приближение является все же приемлемым. Выбрав такой бустерный насос, необходимо подобрать к нему подходящий ротационный механический насос. Форвакуумный насос должен создавать для бустерного насоса возможно более низкое противодавление. При выборе механического насоса необходимо учитывать максимальную нагрузку или максимальную производительность бустерного насоса. Типичный бустерный насос диаметром 150 мм может иметь максимальную производительность в 12 000 л • мк/сек. Если максимально допустимое противодавление равно 1 мм рт. ст., то рекомендуемое рабочее противодавление должно быть значительно ниже этого — обычно около 300 мк рт. ст., что необходимо для предотвращения термического распада масла и устранения миграции его в откачиваемый объем. Для достижения противодавления в 300 мк рт. ст. при производительности в 12 000 л • мк/сек подходит форвакуумный насос со скоростью откачки в 40 л/сек. Это соответствует механическому насосу со скоростью откачки в 28 м³/мин.

Обычно один и тот же насос используют для предварительного разрежения или откачки.с атмосферного давления и в качестве форвакуумного к диффузионным насосам. При расчете необходимо учитывать возможность создания насосом предварительного разрежения, а также возможность работы его в качестве бустерного. Более высокие требования к одной из этих функций и определяют выбор насоса. Обычно, кроме вспомогательного насоса, используют еще дополнительный небольшой механический насос в комбинации с масляными бустерными и диффузионными насосами. Дополнительный насос поддерживает низкое противодавление в трубопроводах, соединенных с горячими диффузионными насосами, в то время как вспомогательный насос по байпасной линии откачивает вакуумную камеру установки. Это устраняет нежелательную связь горячего диффузионного насоса с областью давлений, превышающих допустимое противодавление. При отсутствии дополнительного насоса после окончания каждого цикла требовалось бы охлаждать бустерный (или диффузионный) насос, а в начале следующего операционного цикла, т. е. после откачки вспомогательным насосом определенного объема, снова разогревать его.

Применение насоса-воздуходувки также позволяет повысить скорость откачки до 470 л/сек при давлении в 10 мк рт. ст. Скорость откачки механического насоса с масляным уплотнением, присоединяемого к насосу-воздуходувке, составляет обычно 0,1 скорости откачки насоса-воздуходувки. Насос-воздуходувка имеет два основных преимущества по сравнению с бустерным насосом : 1) более широкий диапазон рабочих давлений до 15 мм рт. ст. по сравнению с 0,3 мм рт. ст. у бустерного насоса и 2) насос-воздуходувка не нуждается в нагреве и охлаждении, т. е. термическое разложение масла в данном случае не имеет места. Однако этот насос дороже и сложнее в эксплуатации.

Выбор откачивающих систем для дуговых печей описан в работе Хема и Сайбли [2].

Минимальная скорость откачки для удаления водорода из титана равна

С аналитической точки зрения расчет откачных систем для индукционных вакуумных печей чрезвычайно сложен. Современная практика обычно основывается на эмпирических данных. В табл. 1 даны характеристики некоторых успешно работающих в настоящее время откачивающих систем.

Таблица 1

Вакуумные системы индукционных печей для выплавки сплавов на железной основе