Что такое проводимость вакуумных компонентов.

Это характеристика вакуумного трубопровода или системы, которая позволяет прокачивать газ и может рассматриваться как обратная устойчивость к потоку. При проектировании вакуумной системы, выборе насоса и других компонентов нужно учитывать , иначе откачка вашей вакуумной камеры займет слишком много времени.

Хорошо спроектированные трубопроводы вакуумного оборудования, а также правильный выбор компонентов, повышают эффективность производства за счет минимизации времени вакуумной откачки. Это уменьшает использование электроэнергии, что снижает Ваши затраты. Игнорирование её проектирование системы с учетом только скорости откачки может привести к задержке запуска оборудования, простою и неэффективности процесса, потому что если проблема обнаружена после запуска, может потребоваться значительное количество времени и денег для исправления.

Между двумя точками определяется как расход газа, протекающий через устройство, деленное на падение давления, которое приводит его в движение. Время, необходимое для получения вакуума, зависит от скорости откачки. Из-за сопротивления , вызванного клапанами, холодными ловушками и трубопроводами, эффективная скорость откачки всегда меньше, чем номинальная скорость на входе в насос, а также меньше, чем проводимость самого ограничительного компонента. Поэтому для достижения желаемой скорости откачки недостаточно просто выбрать насос - слишком малая проводимость вакуумного оборудования может сделать требуемую скорость невозможной для насоса.

Расчетная проводимость

Для выбора вакуумного насоса важно рассчитать общую проводимость проектируемой вакуумной установки. Затем можно выбрать насос для достижения требуемого давления в течение требуемого времени.Проводимость вакуумного трубопровода может быть рассчитана для различных давлений, диаметров труб, длины труб. Однако для отдельных компонентов системы, таких как клапаны и сепараторы, определяется эмпирически и значениями, получаемыми от производителя.

При расчете важно понимать следующие понятия: 

1. Массовый расход по всей системе остается постоянным. Это означает, что при уменьшении локального давления скорость увеличивается предсказуемым образом и позволяет рассчитывать проводимость вакуумного компонента. 

2. Изменяется в течение трех режимов потока через систему. В вакуумных системах существуют три типа течений: вязкий или непрерывный , молекулярный и при переходе между этими двумя потоками Кнудсена. При расчете необходимо понимать, что в этом диапазоне могут применяться только значения , применимые к определенному диапазону давлений.

Три режима потока

Вязкий поток существует при более высоких давлениях. Давление в этой области достаточно велико, чтобы столкновения молекул друг с другом доминировали в структуре течения. В области вязкого течения связь между проводимостью и давлением является линейной. Когда давление становится ниже, плотность падает. Эта уменьшенная плотность увеличивает пространство между молекулами, а длина свободного пробега до столкновения молекулы с молекулой больше. Для воздуха при 20° С длина свободного пробега составляет приблизительно 66 нм при атмосферном давлении и возрастает по мере падения давления. При 0,001 мбар это примерно 6,6 см. Это значение больше для легких и горячих газов, но давление является доминирующим.

Молекулярный поток начинается когда давление падает дальше, и взаимодействие между молекулами больше не имеет эффекта. Скорее, доминируют столкновения молекул-стенок.

Переходный поток проходит в промежутке между вязкой и молекулярным потоком и является нелинейным.

Величина проводимости вакуумного компонента наибольшая в области вязкого течения, наименьшая в области молекулярного потока, и промежуточная для области переходного течения. Соотношение давления и геометрии, определяющее переход между вязким и молекулярным потоком, строго не определено, но считается общей областью, между которой поток изменяется от вязкой области к молекулярной области.

Обратите внимание, что проводимость отличается для разных диаметров при одном и том же давлении, поскольку она зависит как от давления, так и от диаметра. Также отметим, что (а) в области молекулярного потока график почти плоский, почти не зависит от давления для вязкого течения, она является линейной функцией давления и в переходной области связь является нелинейной.

Суммарная системная проводимость для компонентов и труб, соединенных последовательно, рассчитывается следующим образом, где обратная величина проводимости системы равна сумме инверсных значений каждого отдельного значения проводимости:

Для параллельных компонентов и труб проводимость рассчитывается следующим образом:

C=C1+C2+C3 ...

Расчет проводимости в трубах

Данные для расчета проводимости в цилиндрических трубах легко доступны. Важно отметить , что табличные значения могут отличаться на целых 12% по сравнению с фактическими результатами для систем , в свободном молекулярном потоке. Это приемлемая ошибка с учетом других факторов неопределенности при расчете скорости откачки относительно давления для данной системы. Рассматривая табличные данные в графической форме проводимость молекулярного потока говорит нам, что a = f (L / a), и поэтому эффект L / a идентичен для всех диаметров. Следует подчеркнуть, что эти проводимости предназначены только для молекулярного потока (таких данных не существует в ламинарном потоке), и вычисление вручную вне молекулярного потока является трудным и подвержено большей ошибке.

C*a

, где С является проводимость диафрагмы ( в зависимости от области, газа РММ и абсолютной температуры), а также вероятность передачи.

Даже в самых простых случаях в молекулярном потоке расчетная проводимость вакуумного компонента далека от простой, и она значительно сложнее при более высоких давлениях в вязком потоке. Если у вас нет хорошего понимания вакуумной системы и опыта работы с подобными системами, рекомендуется проконсультироваться с производителем вакуумного насоса, который может использовать свой опыт в системах моделирования. Эти пакеты (не предлагаемые для продажи) используются для поддержки существующих клиентов для моделирования широкого спектра конфигураций вакуумной системы с использованием более точных и сложных методов, чем описанные здесь.

Расчет

• Проводимость отверстия определяется следующим образом :

• Измерьте радиус отверстия в сантиметрах («a» на столе).

• Найдите столбец, соответствующий диаметру отверстия в первом столбце данных (L / a = 0).

• Например, отверстие с радиусом 0,8 см имеет проводимость 23,470 л / с

• Проводимость прямой цилиндрической трубы или трубки рассчитывается следующим образом :

• Измерьте (общую) длину (M) и радиус (см) трубы

• Разделите длину на радиус, который обеспечивает отношение L / a, указанное в таблице

• Найдите запись в таблице, соответствующую радиусу и соотношению L / a. Если точное совпадение недоступно, используйте следующее большее значение «L / a» или интерполируйте. Рассмотрим, например, 2-метровую трубу с идентификатором 1 см. Радиус «а» равен 1/2 диаметра или 0,5 см. L / a рассчитывается как 2 / 0,5 = 4. Из таблицы проводимость составляет 13.160 л/с

Общие рекомендации по разработке хорошей вакуумной системы

1. Лучше всего использовать трубку с крупными диаметрами.

2. Диаметр коллектора и трубопровода должен быть таким же, как или больше, чем вход в вакуумный насос.

3. Насосная система должна быть физически расположена как можно ближе к камере.

4. Количество сгибов и поворотов должно быть сведено к минимуму.

5. Значения расхода вакуумного фильтра должны соответствовать или превышать рейтинг CFM насосной системы

6. Найдите и используйте предыдущий справочный проект в качестве руководства для нового, который вы разрабатываете. Это позволит вам эмпирически проверить ваш дизайн в максимально возможной степени, прежде чем инвестироваться в трудовые ресурсы и материалы.