Проектирование вакуумной системы для электронно-лучевой установки Sciaky BE-691

Выбор и описание схемы вакуумной системы. Выбор насосов и определение конструктивных параметров трубопроводов. Расчет времени предварительного разряжения и откачки пушки до рабочего вакуума. Графическая проверка совместимости работы вакуумных насосов.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 18.01.2015
Размер файла 161,7 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В данной курсовой работе проводилось проектирование вакуумной системы для электронно-лучевой установки Sciaky BE-691.

Вакуум (от лат. - пустота) называют состояние газа или пара при давлении ниже атмосферного. Единицей измерения давления в системе СИ является 1 Па = 1 Н/м2, а наиболее распространенной внесистемной единицей давления - 1 мм. рт. ст. Между ними и величиной атмосферного давления существует следующая связь:

1 мм. рт. ст. = 1.33102 Па, и 1 атм. = 760 мм. рт. ст. = 1.01105 Па

Вакуумная система является неотъемлемой частью установки для сварки в вакууме. Целью расчёта вакуумных систем является выбор средств откачки (насосов предварительного и окончательного разрежения), измерительной аппаратуры, определение времени предварительного разрежения и времени достижения рабочего вакуума.

вакуумный насос трубопровод

Часть I. Вакуумная система для сварочной камеры

Расчёт вакуумной системы

Выбор и описание схемы вакуумной системы

Схема вакуумной системы включает в себя последовательно: 1-форвакуумный пластинчато-роторный насос; 2- двухроторный (Рудса) насос; 4-проходной клапан; 12-сварочная камера; 7- клапан-натекатель для напуска.

Размеры вакуумной камеры: 600 мм - длина, 600 мм - высота, 600 мм - ширина.

Рабочий вакуум в камере: 13 Па (1*10-1 мм.рт.ст).

Суммарное газовыделение и натекание Q = 1·10-1 м3·Па/с.

Определение быстроты откачки

Быстротой откачки объекта или эффективной быстротой откачки насоса называется объем газа, поступающий в единицу времени из откачиваемого объекта в трубопровод через сечение при давлении р.

Если считать, что газовыделение постоянно во времени, то можно определить необходимую эффективную быстроту откачки:

Рабочее давление в камере:

Р1=13 Па;

м3/с. (7.5 л/с)

Коэффициент использования основного насоса Ки1=0.78

Найдем номинальную быстроту действия основного насоса SН1:

;

где Ppr1-предельное давление для двухроторных насосов

м3/с.(9.649 л/с)

Исходя из полученных данных проводится подбор насосов.

Выбор насосов и определение конструктивных параметров трубопроводов

Выбор основного насоса

При выборе вакуумных насосов для установившегося режима должно выполняться два условия:

1) быстрота действия насоса Sн должна быть больше расчетного значения;

2) предельное давление рпр насоса должно быть меньше, чем требуемое рабочее давление в объеме р, т.е. pпр < Kиp .

Предельное давление - это минимальное давление, которое устанавливается в процессе длительной откачки. Предельное давление в рабочем объеме р будет всегда выше, чем на входе насоса рпр и это связано с ограниченной проводимостью трубопровода, т.е.

Нам подходит высоковакуумный двухроторный (Рудса) насос с номинальной быстротой откачки больше расчетной НВД-200, основные характеристики которого приведены в таблице

Таблица 1

Параметр

Значение

Быстрота откачки воздуха, м3/с (л/с)

0.05 (50)

Предельное остаточное давление, Па

1.310-1

Наибольшее давление запуска, Па

133

Условный проход входа, мм

63

Выхода, мм

40

Требуемая быстрота действия форвакуумного насоса, м3/с (л/с)

0.005 (5)

Габаритные размеры, мм

890х372х300

Выбор форвакуумного насоса

Требуемая быстрота действия м3/с. По рекомендации производителя выбираем вакуумный пластинчато-роторный 2НВР-60Д, характеристики которого приведены в таблице

Таблица 2

Параметры

Значение

Быстрота действия м3/с (л/с)

0.0176(17.6)

Предельное остаточное давление, Па

1*10-2

Диаметр входного патрубка, мм

70

Габаритные размеры

831х373х212

Коэффициент использования для второго насоса Ки2=0.8

Из конструкторских соображений, диаметр используемого трубопровода принимаем 0.63м (63мм).

Определение проводимости трубопроводов

В первую очередь необходимо знать режим течения, для чего используются критерии Кнудсена:

Для воздуха при Т=293К -

Р*D < 0.02 Па*м - молекулярный режим

0.02 < Р*D < 1.33 - молекулярно-вязкостный

P*D > 1.33 Па*м - вязкостный (ламинарный)

Где Р - среднее давление в трубопроводе и D - его диаметр.

Начальное давление Рнач равно атмосферному =101325 Па, рабочее давление Рраб - 13.3 Па. Среднее давление:

Р = (Рнач + Рраб )/2

Р = (101325 + 13.3)/2 = 5.067*104

Р * D = 5*104 * 0.063 = 3.192*103 => режим течения вязкостный

Насосы соединены напрямую по принципу конструкции АВД-50/16 и рассматривать проводимость или возможность добавления между ними затвора не имеет смысла.

Рассматриваем только проводимость трубопровода от насосов до камеры.

Проводимость участка вакуумной системы может быть выражена через проводимость отдельных элементов - клапанов, ловушек, трубопроводов - с учётом их последовательного или параллельного соединения. Если на участке вакуумной системы имеется несколько последовательно соединённых элементов, число которых равно m, то должно выполняться условие

Таблица 3 Характеристики клапана КВМ-63

Dy, мм

63

Поток натекания, Па·м3/с

10-7

Проводимость, м3/с

0.18

Время срабатывания, с

0.5

Присоединительные размеры:

D, мм

d, мм

n

А, мм

110

М9

4

90

Габаритные размеры, мм

306x146x112

Масса, кг

8

Далее, определяем проводимость труб. Для участка от диффузионного насоса: L1 = 0,88 м; D = 0,063. Ввиду одинакового диаметра рассматриваем трубы совместно. Т.к. длина трубопровода более чем в десять раз превышает его диаметр, трубопровод можно считать «длинным». Проводимость длинного трубопровода:

Где Lтр' - длина трубопровода без клапана Lтр'=Lтр - Н*2

Где Н = A используемого клапана = 90мм;

H*2=180мм=0.18м

Lтр' = 0.88 - 0.18 = 0.7 м

Получаем:

м3

Тогда, зная проводимость клапана Uз1 = 0,18 м3/с, можно рассчитать проводимость всего трубопровода.

;

= 0.18 м3/с.

Из этого значения, по основному уравнению вакуумной техники можно узнать эффективную скорость откачки каждого насоса

И вычислить действительный коэффициент использования

Расчет времени откачки вакуумной камеры

Время достижения требуемого давления в откачиваемом объёме определяем по формуле:

где V -откачиваемый объем, м3,

Для достижения предварительного вакуума:

Sэф2 - эффективная быстрота откачки форвакуумного насоса, м3/с,

р1 и р2 - атмосферное давление и давление, необходимое для запуска основного насоса, Па.

Объем вакуумной камеры: м3.

Объем трубопроводов:

м3.

Свободный объем вакуумной камеры и трубопроводов:

,

м3.

Время предварительного разряжения:

сек.

Время достижения рабочего вакуума определяется аналогично:

,

где р2 и р3 - давление, необходимое для пуска диффузионного насоса и рабочее давление в вакуумной камере, Па.

сек

Суммарное время откачки насосов:

мин

Расчет времени откачки пушки между циклами сварки

В процессе сварки, когда давление выделившихся газов достигает определённого значения пушку необходимо снова откачать. В рассматриваемом случае это давление 133 Па (1 миллиметр ртутного столба)

При таком давлении в трубопроводе образуется другой режим течения:

Р = (Рраб + Рост )/2

где Рраб - рабочее давление (13,3 Па) и Рост - давление достигнуто в процессе очередного цикла сварки и которое требуется откачать обратно до рабочего (133 Па)

Р = (13.3 + 133)/2 = 73.15 Па

Р * D= 73.15 * 0.063 = 4.6 => режим течения вязкостный

=2.239м3/сек

;

= 0.167 м3/с.

Для откачки пользуемся насосом НВД-200

Таблица 4

Параметр

Значение

Быстрота откачки воздуха, м3/с (л/с)

0.05 (50)

Его эффективная быстрота откачки при проводимости 0.167 м3/с:

Коэффициент использования

Объём трубопровода и камеры уже известен: м3.

Время откачки:

сек.

Часть II. Вакуумная система для электронно-лучевой пушки

Расчёт вакуумной системы

Выбор и описание схемы вакуумной системы

Рабочий вакуум в пушке: 13*10-3 Па (1*10-5 мм.рт.ст).

Суммарное газовыделение и натекание Q = 1·10-3 м3·Па/с.

Определение быстроты откачки

м3/с. (129 л/с)

Выбор насосов и определение конструктивных параметров трубопроводов

Выбор основного насосов

Нам подходит высоковакуумный дифузионный насос с номинальной быстротой откачки больше расчетной НВДМ-100, основные характеристики которого приведены в таблице

Таблица 5

Параметр

Значение

Быстрота откачки воздуха, м3/с (л/с)

0.34 (340)

Предельное остаточное давление, Па

6.610-5

Наибольшее давление запуска, Па

35

Условный проход входа, мм

100

Выхода, мм

25

Требуемая быстрота действия форвакуумного насоса, м3/с (л/с)

0.005 (5)

Габаритные размеры, мм

890х372х300

Требуемая быстрота действия форвакуумного насоса м3/с. Используем уже имеющиеся насосы НВД-200 и 2НВР-60Д

Определение проводимости трубопроводов

Начальное давление Рнач2 для диффузионного насоса - 35Па, рабочее давление Рраб - 1.3 * 10-2 Па. Внутренний диаметр трубопровода D2=100мм. Среднее давление:

Р = (Рнач + Рраб )/2

Р = (13*10-2 + 35)/2 = 17.5 Па

Р * D2 = 17 * 0.1 = 1.75 => режим течения вязкостный

Используемые затворы:

Таблица 5

Dy, мм

100

Поток натекания, Па·м3/с

10-7

Проводимость, м3/с

1.3

Время срабатывания, с

0.5

Присоединительные размеры:

D, мм

d, мм

n

110

М9

4

Габаритные размеры, мм

306x146x230

Масса, кг

8

Длина трубопровода превышает его диаметр в восемь раз, трубопровод считается коротким.

Uкор

где Uв - проводимость длинного трубопровода в вязкостном режиме, K1 - табличное значение, зависящее от параметров трубопровода и откачиваемого газа.

В данном случае К1=1.9

Проводимость длинного трубопровода в вязкостном режиме:

где L'тр2= Lтр2- 2Н поскольку на участке два клапана КВМ-63

Где 2Н = A*4 используемого клапана = 360мм=0.36м;

L'тр= 1.534-0.36=1.174м;

Начальное давление - 35 Па, рабочее - 1.3*10-2

Тогда:

Uкорм3/сек

Проводимость всего участка:

м3

Эффективная скорость откачки диффузионного насоса

м3

Действительный коэффициент использования

Ки=Sn/Sэфф=0.261/0.34=0.767

Для трубопровода от форвакуумных насосов до пушки.

Проводимость трубопровода от затвора 2ЗВЭ-100 до пушки уже известна, отдельно рассчитываем проводимость участка от форвакуумных насосов до затвора.

Р = (Рнач + Рраб )/2

Р = (101325+ 35)/2 = 50685 Па

Р * D = 5*104* 0.63 = 3*103 => режим течения вязкостный

Длина трубопровода превышает его диаметр более чем в десять раз, трубопровод считается длинным.

Проводимость длинного трубопровода в вязкостном режиме:

где L'тр3= Lтр3- Н

Н затвора 23ВЭ-100 - 230мм : L'тр3= 0.8-0.23=0.57

Начальное давление - 101325 Па, рабочее - 35 Па

м3/сек

Проводимость клапанов Uк2=Uк/2=0.18/2=0.09 м3/сек

Проводимость всего участка:

м3

Эффективные скорости откачки форвакуумных насосов

м3

м3

Действительный коэффициент использования

Ки=Sn/Sэфф=0.261/0.34=0.767

Расчет времени откачки пушки

Время достижения вакуума определяем по формуле:

T=V/Sэфф

Объёмы, откачиваемые для достижения рабочего вакуума:

Объём трубопровода 1 (от диффузионного насоса до пушки):

м3

0.1м - дополнительный объём создаваемый тройником

Объём пушки: 0.012м3

Объём трубопровода 2 (от форвакуумных насосов до трубопровода 1):

м3

Время достижения предварительного вакуума для запуска насоса НВД-200

сек

Время достижения предварительного вакуума для запуска насоса НВДМ-100

сек

Время достижения рабочего вакуума

сек

Суммарное время откачки до рабочего вакуума:

t1+ t2+t3= 4.554+0.428+0.259=5.242сек

T=0.087мин

Начальное давление Рнач2 для диффузионного насоса - 35Па, рабочее давление Рраб - 1.3 * 10-2 Па. Внутренний диаметр трубопровода D2=100мм. Среднее давление:

Р = (Рнач + Рраб )/2

Р = (13*10-2 + 35)/2 = 17.5 Па

Р * D2 = 17 * 0.1 = 1.75 => режим течения вязкостный

Часть III. Проверочные расчёты

Графическая проверка совместимости работы вакуумных насосов

Согласование последовательно работающих насосов осуществляется:

- по потоку откачиваемых газов;

- по выпускному давлению основного насоса;

- по диаметру соединяющего трубопровода

Проверяем совместность работы насосов графически.

С целью найденных действительных значений в системе откачки вакуумной камеры, построим графики зависимости Sн1(p), Sн2(p), Sэф1(p), Sэф2(p), SQ(p).

Точка пересечения кривых Sэф1 и SQ, показанная на графике, соответствует установившемуся режиму работы первого насоса. Давление в точке пересечения равно рабочему давлению первого насоса. Аналогично по пересечению кривых Sэф2 и SQ находим рабочее давление второго насоса. Так как оно меньше, чем максимальное выпускное давление первого насоса, следовательно, насосы работают совместно.

Условием запуска системы можно считать отсутствие двойного пересечения кривых SQ и Sэф1 в промежутке рабочих давлений. Следовательно, система запускается.

Такую же проверку производим для режима откачки пушки.

Выводы по работе

В данной курсовой работе была проведена разработка вакуумной системы, позволяющая проводить процесс электронно-лучевой сварки при давлении 1,3·10-2 Па с использованием установки Sciaky типа BE691, и предложена её конструкция. Проведен предварительный расчет выбранной схемы вакуумной системы, расчёт действительных значений и проверочные расчёты.

Список использованной литературы

1. Вакуумная техника: справочник. / Е.С. Фролов, В.Е. Минайчев, А.Т. Александрова и др, 1992г.

2. Юрьев А.В. «Расчёт вакуумных систем» 2012г.

3. Оборудование для обработки материалов концентрированными потоками энергии: учебное пособие. / В.Н. Ластовиря, М.А. Каримбеков, А.Л. Гончаров; под ред. В.М. Качалова. - М.: Издательство МЭИ, 2006г.

4. Курс лекций «Проектирование технологического оборудования и оснастки для обработки материалов КПЭ» / Щербаков А. В. 2013г.

5. Розанов Л.Н. Вакуумная техника: Учеб. для вузов по спец. «Вакуумная техника». - 2 изд., перераб. и доп. - М.: Выс. шк. 1990г.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Проектирование и расчет вакуумной системы для отжига деталей в условиях вакуума среднего давления. Расчет стационарного газового потока. Определение конструктивных размеров трубопроводов и выбор элементов вакуумной системы. Расчет времени откачки.

    контрольная работа [690,1 K], добавлен 24.08.2012

  • Выбор вакуумной схемы установки. Средства контроля и измерения вакуума и определение их мест размещения на схеме. Расчет стационарного режима работы. Определение конструктивных размеров соединительных трубопроводов и выбор элементов вакуумной системы.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 02.02.2016

  • Выбор высоковакуумного и механического насосов. Выбор манометров и их расстановка на вакуумной арматуре и вакуумной камере. Расчет натеканий в вакуумной системе в различных режимах течения газов. Принцип работы течеискателя и технологии течеискания.

    курсовая работа [2,3 M], добавлен 14.12.2012

  • Расчет исходных параметров для выбора оборудования водоотливной установки. Расчет и выбор трубопроводов. Выбор насосов и схемы их соединения. Коммутационная гидравлическая схема насосной станции водоотлива. Расчет напорной характеристики внешней сети.

    курсовая работа [459,8 K], добавлен 18.11.2010

  • Стремление избавиться от вакуумных масел и других рабочих жидкостей как основная особенность развития средств вакуумной откачки на протяжении последних лет. Форвакуумные и высоковакуумные средства откачки, их сравнительная характеристика и применение.

    отчет по практике [1,2 M], добавлен 11.03.2015

  • Выбор рабочей жидкости манипулятора. Расчет мощности и подачи насосов. Определение параметров распределителя. Выбор регулирующей и направляющей гидроаппаратуры. Расчет диаметров трубопроводов, потерь давления во всасывающем трубопроводе. Выбор фильтров.

    курсовая работа [969,7 K], добавлен 09.06.2012

  • Выбор режима работы насосной станции. Определение объема и размеров бака водонапорной башни. Определение емкости безнапорных резервуаров чистой воды. Подбор насосов, построение характеристик параллельной работы насосов, трубопроводов. Электрическая часть.

    курсовая работа [584,6 K], добавлен 28.09.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.