Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Откачка адсорбированных паров воды из вакшшых систем . Ю
1.1. Основные закономерности десорбвдонного газовыделения паров воды 11
1.2. Методы расчета времени откачки вакуумной системы без учета газовыделения 20
1.3. Методы расчета времени откачки вакуумной системы с учетом газовыделения 33
1.4. Влияние адсорбированных паров воды на время откачки в нестационарном режиме и способы его уменьшения 42
1.5. Постановка задачи исследований 50
Глава 2. Теоретические исследования времени откачки вакуумных систем с учетом влияния адсорбированных паров воды 53
2.1. Расчет времени откачки при нестационарном режиме 58
2.2. Основы теоретического подхода к расчету времени откачки при квазистационарном режиме 61
2.3. Определение времени откачки при адсорбции паров воды по полимолекулярной и мономолекулярной теориям адсорбции 63
2.4. Время откачки для линейной изотермы адсорбции паров воды 69
2.5. Определение времени откачки с учетом влияния адсорбированных паров воды по теории Дубинина-Ра-душкевича 75
2.6. Графо-аналитический метод расчета времени откачки по экспериментальной изотерме адсорбции 78
Глава 3. Экспериментальные исследования адсорбции паровводы на металлической поверхности 81
3.1. Обзор экспериментальных данных об адсорбции паров воды на твердых поверхностях 81
3.2. Методика экспериментального исследования адсорбции паров воды на металлической поверхности 85
3.3. Изучение и обработка экспериментальной изотермы адсорбции паров воды на поверхности стали І0ХІ8НІ0Т по существующим теориям адсорбции 89
3.4. Шероховатость поверхности вакуумных камер и соотношение между истинной и геометрической поверхностями 96
3.5. Погрешность методики экспериментального исследования адсорбции паров воды на поверхности нержавеющей стали 105
Глава 4. Экспериментальные исследования влияния адсорбированных паров воды на время откачки вакуумных систем в режиме 108
4.1. Измерение газовых потоков при низком вакууме Ю8
4.2. Анализ методов измерения быстроты откачки вакуумных насосов Ц4
4.3. Исследование времени откачки низковакуумных систем 123
4.4. Исследование времени откачки высоковакуумных систем в нестационарном режиме ІЗІ
4.5. Оценка точности предложенных методик расчета времени откачки с учетом влияния адсорбированных паров воды 137
Глава 5. Разработка способов уменьшения влияния адсорбированных паров воды на время откачки и производи тельность вакуумных машин и установок 142
5;1. Технология нанесения лакокрасочных покрытий и их технические характеристики 142
5.2. Применение лакокрасочных покрытий для уменьшения времени откачки низковакуумных систем 145
5.3. Использование лакокрасочных покрытий для уменьшения влияния адсорбированных паров воды на
время откачки высоковакуумных систем 149
5.4. Анализ влияния времени откачки в нестационарном режиме на производительность вакуумных машин и установок 154
5.5. Эффективность применения лакокрасочных покрытий в вакуумном оборудовании 170
Выводы
- Методы расчета времени откачки вакуумной системы без учета газовыделения
- Основы теоретического подхода к расчету времени откачки при квазистационарном режиме
- Изучение и обработка экспериментальной изотермы адсорбции паров воды на поверхности стали І0ХІ8НІ0Т по существующим теориям адсорбции
- Исследование времени откачки высоковакуумных систем в нестационарном режиме
Введение к работе
В решениях ПУІ съезда.КПСС отмечается, что одной из важнейших задач, стоящих перед советскими учеными, является повышение производительности общественного труда. Наиболее эффективно эта проблема решается путем увеличения производительности существующих машин и установок [ I ] .
Вакуумные технологические процессы нашли самое широкое применение в электронной, химической, фармацевтической, пищевой и легкой промышленности, в металлургии и медицине. Продолжается дальнейшее изучение и освоение космического пространства, научные исследования в области естественных и технических наук с широким применением вакуумных технологических установок. Основной инструмент современной ядерной физики - ускоритель заряженных частиц -немыслим без вакуума.
Время откачки вакуумных систем в нестационарном режиме является существенной составляющей цикловых и внецикловых потерь и определяет фактическую производительность вакуумного оборудования. Существующие в настоящее время методы расчета времени откачки в нестационарном режиме имеют малую точность, т.к. не учитывают десорбцию паров воды с внутренних стенок вакуумных систем и не позволяют с необходимой для практики точностью рассчитывать производительность вакуумных машин и установок на этапе их проектирования. В связи с этим является актуальным и необходимым разработка методики расчета времени откачки, учитывающей количество адсорбированных паров воды.
Анализ причин, определяющих длительность работы вакуумного оборудования в нестационарном режиме позволяет разработать способы уменьшения времени откачки, и, тем самым, повысить производительность вакуумных машин и установок. Целью исследований является определение влияния адсорбированных паров воды на время откачки вакуумных систем в нестационарном режиме и разработка способов увеличения производительности вакуумных машин и установок. Для этого в работе решались следующие основные задачи:
1. Теоретические исследования времени откачки вакуумных систем в нестационарном режиме для различных законов адсорбции паров воды.
2. Экспериментальные исследования адсорбции паров воды на поверхности нержавеющей стали в области среднего и низкого вакуума.
3. Экспериментальные исследования влияния адсорбированных паров воды на время откачки при квазистапионарном режиме для низковакуумных и высоковакуумных систем.
4. Исследование лакокрасочных покрытий с целью уменьшения влияния адсорбированных паров воды на время откачки и производительность вакуумных машин и установок.
В разработку вопросов, рассмотренных в диссертации, большой вклад внесли многие советские и зарубежные ученые. Вопросы расчета и проектирования вакуумных систем представлены в работах Тягунова Г.А., Дешмана С, Грошковского Я., Лубенца В.Д., Фролова Е.С., Левина Г., Пипко А.Н., Плисковского В.Я., Ерюхина А.В., Саксаганско-го Г.Л., Макарова АД., Чгпетч A. , Kraus Т.К., Steckeimacher- W. Исследованием десорбционного газовыделения паров воды и его влия-ниєм на время откачки занимались Данилин Б.С., Басалаева Н.Я., Жилнин BtG,t Power 8.jD. , dotjton J.8., SchatCa С, и другие ученые.
Время откачки в нестационарном режиме-существенно зависит от влажности напускаемого в систему атмосферного воздуха; длительности -разгерметизации системы; температуры поверхности камеры перед откачкой-л шероховатости поверхности. Пренебрежение- влиянием адсорбированных паров воды приводит в некоторых случаях к большому расхождению между экспериментальными и расчетными временами откачки. Особо важное значение учет адсорбции паров воды приобретает для часто разгерметизируемых непрогреваемых установок с напуском неосушенного атмосферного воздуха.
Анализ экспериментальных значений, полученных в данной работе, показал, что время откачки с давления ниже КГ3 Па определяется в основном десорбцией паров, воды с внутренних стенок системы. Имеющиеся в литературе методы расчета, учитывающие адсорбцию паров воды, не позволяют точно описать.процесс откачки и. получить хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных.
Количественное влияние десорбционного газовыделения паров воды на время откачки необходимо описывать при помощи экспериментальной изотермы адсорбции на поверхности вакуумной камеры. Проведенные исследования показали, что влияние адсорбированных паров воды на время откачки в нестационарном, режиме начинает проявляться при давлении в камере.ниже 10 Па. В литературе отсутствуют данные по адсорбции паров, воды на поверхности нержавеющей стали. основном материале для вакуумных камер в области среднего и низкого вакуума.
Для оценки - точности, предложенных нами, методик расчета времени откачки с учетом десорбционного.выделения паров воды представляется необходимым проведение экспериментальных исследований времени откачки вакуумных систем. Для уменьшения влияния адсорбированных паров воды на время откачки применяются напуск инертного газа в вакуумную систему при. ее разгерметизации или нагрев поверхности камеры при откачке. Однако первый.способ недостаточно эффективен, а второй не. всегда применим, а их использование существенно усложняет конструкцию откачной системы. На наш взгляд представляется перспективным замена нержавеющей стали конструкционной сталью с лакокрасочными покрытиями, что • позволит уменьшить адсорбцию паров воды и время работы вакуумного оборудования. На основании поставленных задач проведен комплекс исследований нестационарного режима откачки, адсорбированных паров воды в вакуумных машинах и установках. Основные результаты,, полученные в . работе, имеют научную новизну и представляют практическую ценность.
B диапазоне давлений 103+ 10° Па получена экспериментальная изотерма адсорбции паров воды на поверхности сталиІ0ХІ8НІ0Т, которая хорошо описывается уравнением-Фреиндлиха. Определены соотношения между истинной и. геометрической поверхностями нержавеющей стали и теплота адсорбции паров воды. ... ..
Получены аналитические зависимости для расчета времени откачки вакуумных систем в.нестационарном режиме с учетом адсорбции паров воды, подчиняющихся уравнению изотермы адсорбции Генри..
Масс-спектрометрические исследования лакокрасочных покрытий на стали 30 позволили определить общее газовыделение и десорбционное выделение паров воды. Разработана инженерная методика расчета времени откачки, в квазистапионарном режиме, учитывающая адсорбцию паров воды по уравнению изотермы адсорбции Фреиндлиха. Экспериментальная проверка этого уравнения показала, что оно выполняется с точностью 20 %.
Установлена принципиальная возможность замены нержавеющей стали конструкционной с лакокрасочными покрытиями.для непрогреваемых вакуумных систем. Показано, что .применение лакокрасочных покрытий для зменьшения. десорбпионной составляющей времени откачки позволяет увеличить производительность некоторых типов вакуумных машин и установок. Например, для газонаполненных камер типа "Атмосфера" использование покрытия ЭП-51 на стали 30 позволяет уменьшить время откачки в I,I раза, .
Результаты исследований, по. расчету времени откачки вакуумных систем с учетом влияния адсорбированных паров воды и .нанесение лакокрасочных покрытий внедрены в промышленность. Полученные в диссертации рекомендации могут быть использованы при расчете нестационарных режимов откачки крупных вакуумных камер электрофизических установок.
Данная работа выполнялась в соответствии с координационным планом АН СССР: 1.2 "Ядерная физика"; проблема 1.2.4.1 "Создание новых ускорителей".
Методы расчета времени откачки вакуумной системы без учета газовыделения
Сделаем допущения: 1) процесс откачки изотермический; 2) режим течения газа молекулярный; 3) газовыделение со стенок камеры и трубопровода равно ;нулю; 4) длина трубопровода L много больше его диаметра и площадь поперечного сечения по всей длине трубопровода постоянна A = const; 5) давление газа есть функция времени t и координаты трубопровода в осевом направлении X ; 6) скорость движения газа по всему сечению трубопровода постоянна. Нестационарный режим течения газа при выполнении условия сплошности газового потока можно записать в виде: dQ(x) л Эр JT А дГ =0 (і."зв) где Q (я) - газовый поток, равный: Q(x) --V-A-& . (1Д7) где V - liniL /А - llm L Пт " коэффициент диффузии; 11 -проводимость трубопровода при молекулярном режиме; Vr = A-L объем трубопровода.
Подставляя выражение (I.I7) в (I.I6), получим дифференциальное уравнение, описывающее одномерное нестационарное течение газа по трубопроводу, соединяющему насос с вакуумной камерой (рис. 1.8): др Гр Зі - D дХ і. = D zrirz (I.I8) При решении уравнения (I.I8) необходимо задать начальные и граничные условия: начальные t-О; р (х ;0) = р0 dp (о; t) граничные X = 0; SH-р(0; t) - - О-А ; Рис. 1.8. Схема простейшей вакуумной системы: насос бопровод - камера. 5н - быстрота откачки насоса; ]/к - объем откачиваемой камеры; л - давление в трубопроводе у насоса; тру р. - давление в любой точке элемента трубопровода; сіх - длина элемента трубопровода; S0 - быстрота откачки камеры; А - начапьное давление в камере; рк - конечное давление в камере; р, - давление в трубопроводе у камеры.
Начальные условия показывают, что перед откачкой в вакуумной системе существует постоянное давление газа по длине трубопровода, равное начальному давлению в камере. Граничные условия означают, что количество газа, удаляемое из трубопровода, равно количеству газа, поступающему в насос, а количество поступающего в трубопровод газа, равно количеству газа, удаляемого из камеры.
Решение уравнения (I.I8) при выполнении условий (I.2I) приведено в работе [82J : , ft XSL W/ -е (cos0 - -ffSinfi -1), I i,z..., 1 ) i-i 11П 1 Н Ч/) fU7rrT7=TTfr Vt? lH S f ) (1.23) и Ф являются корнями трансцендентного уравнения: 4f - 5-г -_ h f (1.24)
Для практических расчетов можно ограничиться первыми членами fІ и IVі [82J . В частном случае, когда « I (быстрота откачки насоса много меньше проводимости трубопровода) и при любых можно записать:
Случай -» характеризует условие существования квазиста-ционарного режима течения газа, понимая под этим режим в целом для вакуумной системы нестационарный, но в трубопроводе мало отличающийся от стационарного. Квазистационарный режим течения газа в трубопроводе может иметь место при условиях: а) если вакуумную систему можно рассматривать как систему с "сосредоточенными постоянными", т.е. количеством газа в трубопроводе можно пренебречь сравнительно с количеством газа в камере; б) если быстрота откачки газа из системы столь мала, что разностью давлений на концах трубопровода можно пренебречь сравнительно с абсолютной величиной давления в трубопроводе. Эти условия связаны соотношением, несколько ограничивающим их независимое применение и выразить их в математической форме удобно из рассмотрения и сравнения временных постоянных для камеры и трубопровода.
При квазистационарном режиме давление газа на концах трубопровода изменяется со временем, но проводимость трубки в каждый данный момент времени может быть определена без существенной погрешности по формулам стационарного режима, в функции от давления газа на концах трубопровода. В работе [82] приведены уравнения для расчета проводимости трубопровода И любого сечения при разных режимах течения газа. Ограничимся трубопроводом круглого сечения, как наиболее широко применяемого, при L/ R » I, где L и R, соответственно, длина и радиус трубки.
Основы теоретического подхода к расчету времени откачки при квазистационарном режиме
Задачи вакуумной техники условно можно разделить на два основных типа. Задача первого типа - определение изменения давления в камере как функции времени откачки, для решения которой необходимо в качестве граничных условий задать давления в камере в начальный и конечный моменты времени. Для такой задачи быстрота откачки камеры определяется как функция давления и его производной по времени.
Задача второго типа - определение времени откачки как функции начального и конечного давлений в камере. При этом предполагается известной быстрота откачки насоса как функция давления у насоса. Допускается приближение, что быстрота откачки насоса постоянна для некоторого интервала давлений, тем самым давление выражается через; быстроту откачки насоса и дальнейшие вычисления ведутся как для задачи первого типа. Решим задачу определения времени откачки вакуумной системы при квазистационарном режиме, понимая под этим режим в целом для вакуумной системы нестационарный, но в трубопроводе мало отличающийся от стационарного в каждый данный момент времени.
Принимаем, что при откачке влажного атмосферного воздуха, его можно рассматривать как двухкомпонентную смесь сухого воздуха и паров воды, находящихся в объеме откачиваемой камеры и адсорбированных на её внутренней поверхности.
Для расчета времени откачки вакуумной системы, содержащей двухкомпонентную смесь введем следующие допущения: 1. Процесс откачки изотермический. 2. Адсорбция паров воды на стенках камеры может быть описана различными законами адсорбции. 3. Поверхность вакуумной камеры идеально гладкая. 4. Адсорбированные пары воды при откачке десорбируются мгновенно. 5. Эффективная быстрота откачки насоса постоянна. На основании сделанных допущений процесс откачки влажного воздуха можно записать в виде: / У к = const , (2.30) р VK + a- Fr - const, (2.31) где р - давление воздуха без учета давления паров воды, Па; р - давление паров воды в атмосферном воздухе, Па; VK- объем камеры, м3; а - количество паров воды, адсорбированное на единице геометрической поверхности камеры, (м3»Па)/м ; Fr - геометрическая площадь поверхности камеры, м2.
Продифференцировав уравнения (2.30) и (2.31) и разделив на dt, получим: Ук-dp/dt І-5о р Fr-cla/dt =о , (2J33) где Sp = cLVfr J dt - эффективная быстрота откачки насоса, м /с. После интегрирования уравнения (2.32) получим известное уравнение (1.44) при П I для расчета времени откачки сухого воздуха: р я / (2.34) і і где /у, р к - начальное и конечное давления сухого воздуха при откачке.
Для решения уравнения (2.33) в виде t = j (я) необходимо определить количество адсорбированных паров воды CL . Количествен ную характеристику адсорбционных процессов дает зависимость между тремя основными параметрами: d , р , Т , где р - равновесное давление паров воды над поверхностью адсорбента; Т - температура газа и адсорбента. Чаще всего для описания адсорбционных процессов пользуются изотермами адсорбции d - f (pj при Т - const.
Вопрос о количестве адсорбированных паров воды на металлической поверхности не решен однозначно, поэтому нами анализируется несколько теорий адсорбции и возможность их применения для расчета времени откачки вакуумных систем при квазистационарном режиме.
При разгерметизации вакуумной камеры на ее поверхности адсорбируется более одного монослоя паров воды, что можно описать теорией БЭТ. При откачке адсорбированных паров воды при низких давлениях или небольшом диапазоне давлений должно быть справедливо уравнение Генри.
В наиболее общей форме кинетическое уравнение адсорбции можно записать, сделав предположение о возможности многослойной адсорбции, т.е. степень покрытия поверхности монослоями много больше единицы 0 » I. для этого необходимо сделать допущения: 1. Теплота адсорбции в первом слое постоянна и не зависит от количества поглощенного газа. 2. Теплота адсорбции во втором и последующих слоях равна теплоте конденсации адсорбируемого газа. 3. Коэффициенты конденсации на свободной поверхности и минимальное время адсорбции одинаковы для всех адсорбированных слоев. При давлении адсорбата, близком к упругости пара, уравнение полимолекулярной изотермы адсорбции БЭТ имеет вид: а (2.35) (i-rb.YWIp.i -i)] где cifyj - количество газа, необходимое для образования одного то р монослоя на поверхности камеры, для паров воды йт= 4,9#10ХО м ; ро - давление насыщенных паров адсорбируемого газа, Па; 0а -теплота адсорбции, т.е. количество тепла, выделяющегося при адсорбции одной молекулы газа, Дж/моль; С = Мр[{а ч / } , Е - теплота конденсации, для паров воды Е = 45217 Дж/моль; к =8,3 Дж/моль «К; Т - температура поверхности камеры, К. Зная закон, по которому определяется количество адсорбированных паров воды, можно решить уравнение (2.33).
Изучение и обработка экспериментальной изотермы адсорбции паров воды на поверхности стали І0ХІ8НІ0Т по существующим теориям адсорбции
Вакуумная система С содержит диффузионный насос 14 типа Н-0,25 и механический насос 16 типа Pffi-20, которые обеспечивают предварительную откачку камеры А. Ддя откачки паров воды из камеры А и устройства В используется адсорбционный насос 13 типа ЦВН-І. Вакуумная система соединяется с камерой А или устройством В через клапан 8. Исследования адсорбции паров воды на поверхности стали І0ХІ8НІ0Т осуществляли по следующей методике:
1. Трубку 2 с образцами 3 откачивали.до давления 6,65 Ю"4 Па, при этом всю камеру прогревали печкой I до температуры более 600 К, что обеспечивало хорошее обезгаживание камеры. При откачке камеры А клапан 18 закрыт. После окончания прогрева клапан 6 закрывали.
2. В сосуд 22 загружали лед. Температуру воды в объеме 19 контролировали термопарой 20. Открывали клапан 18. Пары воды и воздух из объема 19 откачивали адсорбционным насосом 13. Давление насыщенных паров воды в объеме 19 определяли по температуре льда и преобразователю 7 типа ПМТ-2 с вакуумметром ВТ-3.
3. Закрывая клапан 8,.отключали устройство В от вакуумной системы 0. Открывая клапан 6, соединяли камеру А с устройством В. При этом давление в трубке 2 увеличивалось и становилось равным давлению паров воды в сосуде 19. Температуру камеры А поддерживали постоянной и равной 403 К. Пары воды на поверхности трубки 2, образцов 3 и преобразователя 4 находились, в основном, в газовой фазе.
4. Клапаны 6 и 8 закрывали. При температуре льда в объеме 19, равной 273 К (измеряли термопарой 20), давление паров воды равнялось р0 - 611 Па [20 J . Для изменения начального давления паров воды лед охлаждали жидким азотом или при закрытом клапане 18 открывали клапаны 6 и 8 и производили откачку трубки 2 до необходимо го начального давления паров воды, после чего клапан 6 закрывали.
5. Измерение давления в горячей трубке 2 производили преобразователем 4 типа ШТ-2 при температуре баллона преобразователя равной 383 К. Для точного определения давления в камере была проведена градуировка преобразователя 4 по холодному преобразователю 7 при открытых клапанах 6 и 18. При таких условиях в вязкостном режиме давление во всех точках вакуумной системы: камера А устройство В, одинаково. 6. Выключали нагрев печи I и охлаждали трубку 2 с образцами 3 до температуры 298 К. В результате понижения температуры на внутренней поверхности трубки и образцах происходила адсорбция паров воды.
Количество адсорбированных: паров воды на поверхности стали I0XI8HI0T рассчитывали следующим образом:
1. При температуре трубки Г/ = 403 К давление паров воды измеряли преобразователем ПМТ-2. С учетом относительной чувствите льности манометрического преобразователя к парам воды, имеем: /V = Pi ъо, (3.3) где ан 0 - 0,63 [20J , р - азотный эквивалент.
2. После охлаждения трубки до температуры Тг = 298 К проис ходили уменьшение давления. При отсутствии адсорбции, давление па ров воды, согласно уравнению газового состояния, должно быть равно: Pi - Л 5 Л . (3-4)
Измеренное давление pj в трубке было всегда меньше р2 в связи с адсорбцией паров воды на поверхности трубки и образцов.
3. Количество адсорбированных паров воды & на единице гео метрической поверхности равно: а = (рг- pj) ]//Fr , (3.5) где I/ - объем трубки и преобразователя ПМТ-2, V = 2,3«КГ4 м3; Fr - геометрическая площадь поверхности трубки, образцов и преобразователя, = 0,12 м .
Площадь металлической поверхности трубки и образцов на порядок больше площади стеклянного баллона преобразователя, что позволило пренебречь адсорбцией паров воды на стеклянной поверхности манометрического преобразователя и утверждать, что адсорбция происходила, в основном, на поверхности стали I0XI8HI0T.
Изотерма адсорбции, полученная экспериментально, представлена на рис. 3.6. Согласно кривой I, процесс адсорбции паров воды на поверхности стали исследован нами в диапазоне равновесных давлений 665 0,665 Па. Количество адсорбированных паров воды в исследован-ном диапазоне находится в пределах CL = 0,152 0,013 (м Па)/м .
На этом же рисунке на оси ординат показано количество мономолекулярных слоев воды в на геометрической поверхности трубки и образцов, полученное из выражения: 9 Л/- а /а, , (з.б) где Л/ - количество молекул газа в I м при давлении I Па и температуре 298 К, Л/ = 2,45-10 ; /2/ = количество молекул воды, необходимое для образования одного монослоя, #/ = 4,9-101 іДг. Экспериментальная изотерма адсорбции паров.воды на поверхности стали I0XI8HI0T, построенная в логарифмических координатах имеет линейный характер. На рис. 3.6 представлено сравнение полученных нами результатов с изотермой адсорбции (кривая 2), полученной в работе [4l] при высоком вакууме.
Исследование времени откачки высоковакуумных систем в нестационарном режиме
Высоковакуумные исследования проводили на установке, представленной на рис. 4.7. Вакуумная камера I из нержавеющей стали І0ХІШІ0Т разделена на две части диафрагмой 2 с диаметром отверстия d0 =0,5 см. Откачка правой части камеры, объемом Укі = = 2,2 1ХЛ м , проводилась высоковакуумным агрегатом типа ВА-2---Зпр. В состав агрегата входят механический насос 5 типа ВН-46Ш, азотная ловушка 7, вакуумный затвор 8 и диффузионный насос 6 типа Н-2Т, что - позволяет получить в камере давление ниже 10 Па. Для измерения давления применяются манометрические преобразователи и 4 типа ПМТ-2 и ШИ-2,
Вакуумный агрегат в диапазоне давлений (1,3 ІСП3 2,7 1СП2) Па имеет быстроту откачки SH = 0,5 м/с. Проводимость отверстия в диафрагме при молекулярном режиме течения газа равна: LL0 =. о о = 2,28 10" м/с» Считаем эффективную быстроту откачки насоса постоянной и равной Но Бремя откачки определяли для камеры объемом VW/ На рис. 4.II представлено сравнение экспериментальных и расчетных результатов времени откачки высоковакуумной системы при нестационарном режиме. Исследования проводили в диапазоне давлений р = (6,65 10"" ) Па. Экспериментальная кривая 6 является усредненной для 10 опытов. Методическая ошибка измерения давления атмосферного воздуха при откачке преобразователем БМИ-2 составляет 15 %9 а случайная ошибка отдельного измерения равна ±3,4 %. Таким образом общая ошибка измерения давления 22 %. Условия исследований: время разгерметизации камеры t& = 0,5 часа; относительная влажность откачиваемого воздуха И = 40 50 %\ температура поверхности камеры Тк - 295 298 К [б] . Кривая І (рис. 4.Ц), полученная из уравнения (1.44), существенно отличается от экспериментальной кривой 6. Зависимости 2 и 3 получены с учетом влияния адсорбированных паров воды по уравнению изотермы адсорбции Лангмюра (2.39). Расчетные зависимости 4 и 5 построены по уравнению изотермы адсорбции Генри (2.45) при различных тешютах адсорбции паров воды. Экспериментальная кривая 6 находится между ними. Пользуясь уравнением (2.45), можно определить увеличение суммарного объема камеры, т.е. отношение VA /VK = 8,5.
Значение проводимости диафрагмы, рассчитанное для молекулярного режима течения газа, не остается постоянным и равным быстроте откачки камеры объемом К у в исследуемом диапазоне давлений. Поэтому из установки убрали диафрагму и производили откачку всей камеры объемом У = 5,3 Ю""2 м . Для построения расчетных кривых откачки с учетом влияния адсорбированных паров воды, нами проведены исследования по определению быстроты откачки вакуумного агрега 3 4 та. Результаты измерений в диапазоне давлений 10 -Ї-ІО""41 Па , близком к предельному, представлены на рис. 4.12.
Сравнение экспериментальных кривых с расчетными, построенными по аналитическим зависимостям, учитывающим влияние адсорбированных паров воды на время откачки высоковакуумных систем, изображено на рис. 4.13. Расхождение расчетных и экспериментальных времен откачки происходит при малом значении быстроты откачки насоса при достижении в камере предельного давления.
Полученная нами изотерма адсорбции паров воды на поверхности нержавеющей стали соответствует результатам работы [41] . В связи —ч с этим для построения зависимости 2 в диапазоне давлений 10 10 Па использованы данные о количестве адсорбированных паров воды на поверхности нержавеющей стали в области высокого вакуума.
Расчетная кривая I (рис. 4.13) построена по уравнению (1.44) при откачке атмосферного воздуха. Одновременно зависимость I точно описывается уравнением (2.34) для сухого воздуха, т.е. для высоковакуумных систем, как и для низковакуумных, применение уравнения (1.44) для расчета времени откачки влажного воздуха не корректно.
Изменение времени откачки, представленное кривой 2, является, временем откачки двухкомпонентной смеси сухого воздуха и паров воды. Экспериментальные точки (х) хорошо совпадают с расчетными значениями (кривая 2) , учитывающими влияние адсорбированных паров воды по уравнению изотермы адсорбции Фрейндлиха (2.49).
В диапазоне давлений (10 10 ) Па максимальное значение погрешности расчета времени откачки с учетом влияния адсорбированных паров воды равна 20 %, а погрешность уравнения (1.44) составляет более 61 %.
