КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ З КУРСУ ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЧНІ УСТАНОВКИ ТА ПРИСТРОЇ. ВАКУУМНА ТЕХНІКА

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА

Є.В. ШЕПІЛКО

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

З КУРСУ “ ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЧНІ УСТАНОВКИ

ТА ПРИСТРОЇ. ВАКУУМНА ТЕХНІКА”

(для студентів 3 курсу денної форми навчання

спец.7.090605 “Світлотехніка і джерела світла”)

ХАРКІВ - ХНАМГ- 2005

 

Конспект лекцій з курсу “Електротехнологічні установки та пристрої. Вакуумна техніка” (для студентів денної форми навчання спеціальності “Світлотехніка і джерела світла”, спеціалізації 7.090606). Авт. Є.В.Шепілко. - Харків: ХНАМГ, 2005. - 122 с.

Автор: Є.В. Шепілко

 

 

Рецензент: В.Я. Колот

 

Рекомендованокафедрою світлотехніки та джерел світла,

протокол № 1 від 2 .10. 2004 р.

 

ПЕРЕДМОВА

новому радіоактивному процесу …” П. А. Дірак  

Метод електричного опору

Відомо, що електричний опір металів зростає при збільшенні температури нагрівання і формула, яка показує цю залежність, є такою: , (1.2) де – опір при температурі tС; – опір при 0С; і – температурні коефіцієнти опору, вони визначені експериментально і…

Термопарний метод

Цей метод базується на використанні термопари. Термопарою називають два дротики з різних металів, що сукупно зварені з одного кінця і вільні з… Експериментально відомо, що при нагріванні спаю на вільних кінцях термопари… На використанні вимірювань температури нагрітого тіла за допомогою термопари у вакуумній техніці визначають тиск газу…

Закон Шарля

Якщо об’єм і маса газу залишаються незмінними, то в будь-якому стані тиск газу пропорційний його абсолютній температурі: , (1.6) тобто в будь-якому стані .

Закон Авогадро

Зважаючи на уявлення, що газ – це сукупність великої кількості молекул,Авогадро показав, що в однакових об’ємах різних газів знаходиться однакове… (1.10) і зробити висновок, що число молекул будь-якого газу завжди пропорційне відношенню його молярної маси до маси одної…

Закон Дальтона

Якщо в об’ємі знаходиться суміш з N газів, що хімічно не взаємодіють, то тиск суміші визначається за законом Дальтона – тиск суміші газів дорівнює… . (1.11) Парціальний тиск – це тиск, що створює складовий газ суміші, якби тільки цей газ один займав увесь об’єм, в якому…

ЯВИЩА ПЕРЕНОСУ В ГАЗАХ

Якщо в газі створити області з різною температурою, тобто нагріти якусь окрему частину об’єму і більше не підтримувати нагрівання, то з часом у… Якщо різниця температур постійно підтримується, то і перенос тепла буде… Розглянемо стаціонарний процес переносу тепла в газі, що знаходиться між двома паралельними пластинами з різними…

Число Кнудсена

Оскільки молекули газу окрім зіткнень між собою будуть мати ще зіткнення зі стінками трубопроводу, то очевидно, що течія газу залежатиме від… Числом Кнудсена називають відношення числа зіткнень молекул за одиницю часу зі… . (5.1)

Молекулярний режим

Молекулярний режим ще називають режимом Кнудсена. Число Кнудсена відповідає нерівності . Для повітря при 25С молекулярний режим буде визначатися… [м Торрсм]. (5.10) При молекулярному режимі середня довжина вільного пробігу молекул більша за діаметр трубопроводу, тому сила, що…

Лампи розжарювання

Якщо колби ламп розжарювання наповнити відносно важким газом аргоном під тиском близьким до атмосферного, то випарювання нитки розжарювання… 6.4.6. Відкачка електровакуумних приладів  

Крапельний ртутний насос

Рис. 10.7 Крапельний ртутний насос, який ще називають насосом Шпренгеля, є різновидом поршневого, в якому функцію… Слід зауважити, що загальна висота крапель ртуті повинна перебільшувати 760…  

Обертовий ртутний насос Геде

Обертовий ртутний насос Геде широко застосовувався на початку XX ст. для відкачки колб освітлювальних ламп. Конструктивно насос складається з бака 1, наполовину заповненого ртуттю, і в якому розміщено спіралевидний ротор. Спіралевидний ротор ¾ це лист заліза вигнутий у вигляді спіралі, наполовину занурений в ртуть, який обертається навколо своєї осі у відповідному напрямі (рис. 10.7). При обертанні ротора газ, що патрапляє до насоса через впускний отвір, буде захоплюватися на кінці спіралі, а потім переміщуватися до осі обертання, де розміщений випускний отвір. До випускного отвору приєднують інший насос, який відкачує газ до атмосфери. Граничний тиск обмежується тільки тиском пари ртуті.

Рис. 10-7.

Пластинчато-роторний насос

    Пластинчато-роторний насос, будова якого в розрізі, перпендикулярному осі статора, наведена на рис. 10.8, складається… Між ротором і статором пластини створюють три порожнини: порожнину впуску… При обертанні ротора у відповідному напрямі об’єм впуску збільшується, що призводить до зниження тиску в камері…

Пластинчато-статорний насос

Обертання ротора призводить до його ковзання по внутрішній поверхні статора, тому їх поверхні повинні бути добре притертими, а щоб не виникало биття… З метою підвищення герметичності, змащення місць тертя і охолодження під час…   Рис. 10.12.Рис.10.13.

Запуск насоса

Робота вакуумного насоса здійснюється за допомогою електродвигуна. Перед вмиканням електродвигуна необхідно спочатку подати водяне охолодження (якщо… При роботі будь-якого обертового насоса слід запобігати попаданню до них з… Слід пам’ятати, що обертові насоси можуть нормально працювати, тільки якщо вони заповнені необхідною кількістю масла,…

Вимикання обертового насоса

Після зупинки насоса кран необхідно повернути на атмосферу, тобто з’єднати впускний патрубок з атмосферою. Тоді тиск збоку впускного патрубка… 11. 5. Обертові газобаластні насоси Рис. 11-4. Звичайні обертові масляні насоси створюють вакуум на основі закона…

Двороторний насос Рутса

Велику швидкість дії при невеликих ступенях стискання газу, що відкачується, досягають за допомогою насоса, який має два ротори з профілями у… Наявність у насосі неущільнених проміжків вносить в роботу насоса багато… По-перше, проміжки дозволяють обертати ротори з великою швидкістю (до 50 об/с) без загрози заклинення, що дає змогу…

Молекулярний обертовий насос

Роботу молекулярних насосів можна пояснити тільки на основі молекулярно-кінетичної теорії газів. Окремі молекули видалюваного газа направляються до… Розглянемо принцип молекулярної відкачки на прикладі роботи молекулярного… Насос складається з ротора, який обертається з великою швидкістю, має поліровану поверхню і розміщений співвісно з…

Молекулярний насос Гольвека

Перші молекулярні насоси Геде були пізніше суттєво удосконалені. У 1922 р. Гольвек сконструював насос (рис. 11.8), що складався з ротора 1, поверхня… При обертанні ротора високий вакуум створюється на впускному отворі 6, що…  

Рис. 11.10

Такий достатньо широкий зазор дозволяє задати значно більшу швидкість обертання ротора турбомолекулярного насоса ніж звичайного молекулярного без заїдання.

Всі диски мають косо направлені радіальні прорізи, розміщені таким чином, що прорізи статорних дисків являється немовби дзеркальним відображенням роторних (рис. 11.10 б), завдяки чому між косими поверхнями прорізів одного диска і поверхнею сусіднього диска створюються клиноподібні канали. Таких каналів зроблено до 40, в кожній системі розміщено до 19 пар статорних і роторних дисків.

Молекулярна відкачка відбувається в результаті залежності провідності похилого канала, що рухається зі швидкістю перпендикулярно до газового потоку, від напряму течії газу. В результаті теплового руху молекули газа з середньоарифметичною швидкістю будуть бомбардувати з обох боків пластини з похилими каналами (рис. 10.25, б). Можна вважати, що при обертанні ротора рух канала роторної пластини зі швидкістю відносно умовно нерухомої молекули - це такий же рух молекули (наприклад ) зі швидкістю = відносно умовно зупиненого канала. Після векторного додавання складових швидкостей молекули отримаємо, що напрям її руху зміниться і вона з результуючою швидкістю буде рухатися паралельно осі канала. У сукупності з іншими подібними молекулами створиться газовий потік, тобто примусове перетікання газу через рухомий канал на інший бік пластини 2. Таке перетікання газу створить підвищений тиск на одному боці нерухомої статорної пластини 1, тоді як перетікання газу через канали наступної роторної пластини створить понижений тиск на другому боці нерухомої пластини 1. Різниця тисків, що виникла, викличе потік газу через канали нерухомих стартерних пластин 1 в напрямі до випускного отвору насоса. Одночасно потік молекул через канали рухомої пластини 2 у зворотноому напрямі, наприклад, молекул, подібних до , буде направлений перпендикулярно до осі рухомого канала, тобто перетікання газу на інший бік пластини 2 буде утрудено. Отже при роботі насоса виникне молекулярна відкачка газу від впускного отвору до випускного через похилі канали – отвори в пластинах турбіни.

 

11.12. Переваги та недоліки механічніх молекулярних насосів

Переваги:

1. Відкачка газу починається з момента запуска.

2. Насоси не потребують виморожувальних пасток, оскільки в насосі немає речовин, які могли б забруднити відкачувані об’єми.

3. Можна відкачувати будь-які гази і пару рідин.

 

Недоліки:

Наявність відповідних зазорів між рухомими і нерухомими частинами викликає необхідність захисту від твердих частинок (скла, металів та ін.), що можуть потрапити з вакуумної камери до робочого обєма насоса.

 

Запитання для самоперевірки

 

1. Яке призначення має вакуумне масло в обертових насосах?

2. Яким вимогам повинно задовольняти вакуумне масло?

3. Яку послідовність дій необхідно виконувати для правильного і безпечного запуску й зупинки вакуумного насоса?

4. Які насоси використовують і чому для відкачки пари?

5. Як побудований і працює двороторний насос Рутса?

6. Як побудований і працює молекулярний обертовий насос?

7. Наведіть головні відмінності між молекулярними насосами Гольвека і Зігбана.

8. Як побудований і працює турбомолекулярний вакуумний насос?

9. Назвіть переваги і недоліки молекулярних обертових насосів.

 

 

Лекція дванадцята

 

ПАРОСТРУМИННІ НАСОСИ

 

Пароструминний насос Геде

Пароструминні насоси відносяться до молекулярних насосів. Їх відкачувальна дія виникає завдяки дії молекул струменя пари робочої рідини на молекули… В якості насосів попереднього вакууму використовують головним чином обертові… Перший парортутний насос сконструював Геде в 1915 р. Це був пароструминний насос, робочою рідиною в якому була ртуть і…

Зауваження до роботи з пароструминними насосами

Парортутні насоситреба використовувати лише: а) для відкачки приладів, в яких застосовується ртутна пара, наприклад таких,… б) для відкачки пари, що хімічно діє на органічні рідини;

Методи градуювання манометра Мак-Леода

Визначення об’єму Vзалежить від того, як балон буде наповнюватися ртуттю: а) Лінійне градуювання. Ртуть піднімають до рівня позначки L, що знаходиться… Тоді

Омегатрон

Омегатрон ще називають циклотронним газоаналізатором. Схематично будова омегатрона наведена на рис. 16.3. Сфокусований магнітним полем В пучок… Принцип роботи омегатрона базується на особливості руху іонів, що мають різні… Таким чином, змінюючи частоту електричного поля за умови постійності магнітного поля, можна створювати резонанс…

Тропатрон

Тропатрон належать до радіочастотних мас-спектрометрів, за допомогою яких можна вимірювати не тільки парціальні тиски складових суміші газів, але й… Ці газові аналізатори за принципом роботи ще називають хронопролітними. Вони…     Іони, які після виникнення в іонізаційному просторі потрапили на сітку Сстворюють…