Материал: Выбор электронной пушки и расчёт основных ее элементов

.2 Выбор насосов вакуумной системы

Выбор насосов вакуумной системы осуществляется в соответствии с расчетом характерных параметров диффузионного и форвакуумного насосов, таких как эффективная быстрота откачки насоса S_эф и быстрота действия насоса S_н , л/с.

Весь процесс откачки подразделяется на два периода: период предварительной откачки от атмосферного давления до давления, при котором начинает работать высоковакуумный насос (1·10^-1…1·10^-3 мм.рт. ст.) и период откачки от давления 1·10^-1…1·10^-3 мм.рт.ст до заданного рабочего давления Р=10^-5 мм.рт.ст.

.2.1 Определение суммарного газового потока натекающего в электронную пушку

Давление р=10^-3 Па в электронной пушке определяется равновесием между удаляемым с помощью вакуумного насоса потока Q и потоком, поступающим в откачиваемый объем Q_S, последний складывается из потока газа натекающего по лучепроводу из рабочей вакуумной камеры Q_лп; газовыделения с внутренних стенок электронной пушки Q_газ и потока газов Q_{нат ,} натекающих из атмосферы.

 (2.25)

Примем .

Определим поток газов, выделяющийся со стенок электронной пушки по формуле:

, где (2.26)

 - площадь поверхности боковых стенок пушки, м²

-скорость удельного газовыделения (для боковых стенок из коррозионностойкой стали).

, где (2.27)

=0.16 м - диаметр внутренней стенки пушки

=0.32 м- высота электронной пушки.

Натекающий поток газа определяется по формуле:

 (2.28)

, где

 = 2 - число последовательно проверенных соединений;

=0.2 -вероятность существования течи, которую нельзя определить с помощью течеискателя;

 - наименьший поток, регистрируемый течеискателем

Таким образом, суммарное натекание газа будет равно:

.2.2 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 p.

Если считать, что суммарное натекание газа постоянно во времени, то необходимая эффективная быстрота откачки из электронной пушки равна:

 , (2.29)

где - рабочее давление в пушке;

 - суммарное натекание газа;

Коэффициент использования насоса К_и=0.4;

Найдем номинальную быстроту действия S_H1,

 (2.30)

По быстроте откачки и рабочему давлению подберем подходящий насос.

.2.3 Выбор высоковакуумного насоса

Диффузионные насосы применяют для откачки вакуумных систем до остаточных давлений Па. И ниже. Механизм удаления газа в диффузионных насосах обусловлен диффузионными процессами. Под действием разности концентраций газа над паровой струей и в струе (концентрация газа в струе вблизи сопла пренебрежимо мала) происходит диффузия газа в струю. Попав в струю, молекулы газа получают импульсы от молекул пара в направлении парового потока и уносятся вместе со струей к стенке корпуса насоса; при этом пар конденсируется на охлаждаемой стенке, а газ, сжатый в струе до выпускного давления ступени, перетекает вдоль стенки в пространство над следующей ступенью насоса. Наряду с прямой диффузией газа происходит и обратная диффузия в струю со стороны форвакуума. Однако в этом случае молекулы газа, движущиеся в обратном направлении, сталкиваются с движущимися им навстречу молекулами пара и оттесняются обратно в сторону форвакуума; лишь небольшая часть молекул может продиффундировать через струю в обратном направлении. Число молекул газа, диффундирующих через струю в обратном направлении, при оптимальном режиме работы насоса несоизмеримо мало по сравнению с числом молекул газа.

Нам подходит паромасляный диффузионный насос НВД-025[2] с номинальной быстротой откачки близкой к расчетной, основные характеристики которого приведены в табл.4.1.

Таблица 4.1

Основные характеристики диффузионного насоса НВД-025[2]

.2.4 Выбор насоса предварительного разряжения

Требуемая быстрота действия . Нам подходит агрегат вакуумный ротационный 2НВР-5ДМ [2], характеристики которого приведены в табл.4.2.

Таблица 4.2

Насос вакуумный ротационный 2НВР-5ДМ [2]

=0.7

Насос типа 2НВР-5ДМ (Н- насос, В- вакуумный, Р- ротационный, Д- двухступенчатый, М- модернизированный).

.2.5 Расчет времени откачки электронной пушки

Общее время откачки электронной пушки определяется быстродействием вакуумных насосов. Так как в данном случае два насоса, то следует подсчитать время откачки от каждого в отдельности, а потом сложить.

Время достижения рабочего вакуума определяется по следующей формуле:

, где (2.31)

-объем электронной пушки, м³,

-эффективная быстрота откачки агрегата НВД-025, м³/с,

- атмосферное давление и давление, необходимое для пуска

диффузионного насоса, Па.

- коэффициент запаса

Объем электронной пушки

Время достижения промежуточного вакуума определяется аналогично:

, где:

 - эффективная быстрота откачки форвакуумного насоса, м³/с,

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

Суммарное время откачки от двух насосов:

.2.6 Графическая проверка выбора вакуумных насосов и определение совместности их работы

Согласование последовательно работающих насосов осуществляется:

по потоку откачиваемых газов;

по выпускному давлению основного насоса;

по диаметру соединяющего трубопровода, который обычно выбирают

несколько большим диаметра выпускного патрубка основного насоса.

Проверяем совместность работы насосов графически.

С целью проверки совместности работы вакуумных насосов в системе, включающей ее элементы, построим графики зависимости S_н1(p), S_н2(p), S_эф1(p), S_эф2(p), S_Q(p), представленных на рис.11.

Рис.11. Графическая проверка совместности работы вакуумных насосов

Точка пересечения кривых S_эф1 и S_Q, показанная на графике, соответствует установившемуся режиму работы первого насоса. Давление в точке пересечения равно рабочему давлению первого насоса. Аналогично по пересечению кривых S_эф2 и S_Q 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 S_Q и S_эф1 в промежутке рабочих давлений. Следовательно, система запускается.

Заключение

В ходе проделанной работы, для сварки изделий в промежуточном вакууме была выбрана электронно-лучевая пушка Штейгервальда мощностью 9 кВт. Произведен расчет и сравнение проволочных прямонакальных катодов из фольфрама и тантала. В результате сравнения был выбран катод из тантала, работающий при Т=2200 К.

Также был произведен расчет отклоняющей катушки, позволяющей получить в условиях высокого ускоряющего напряжения, большие плотности мощности пучка (n=2078 витков, Fкат=311.7 мм2, Н=15 мм, В=20.78 мм, Iф=0.25 А).

Для непрерывного поддержания разрежения в полости пушки 10-3 Па и в сварочной камере, где периодически создается разряжение 10-3 Па была разработана схема откачки и подобраны насосы (диффузионный НВД-025 и форвакуумный 2НВР-5ДМ). Также произведена проверка возможности совместной работы насосов.

Список литературы

1. Ластовиря В.Н. Оборудование для обрабатки материалов электранным пучком. Учеб. Пос. по курсу "Технологические машины и оборудование". Изд. МЭИ. 1997.-132с.

. Вакуумная техника: Справочник/ Е.С. Фролова, В.Е. Минайчева.- М.: Машиностроение, 1992.-132с.

. Шиллер 3., Гайзиг У., Панцер 3. Электронно-лучевая технология: Пер. с нем. - М.: Энергия, 1980 - 528с.

. Розанов Л.Н. Вакуумная техника: Учеб. Для вузов.- 2-е изд..-М.: Высш. шк. 1990.~320с.

. Электронно-лучевая сварка./ Назаренко О.К., Кайдалов А.А., Ковбасенко С.Н., и д.р.; Под ред. Б.Е. Патона. - Киев: Наук. Думка, 1987. -256с.

6. Мамутов Е.Л. Электронно-лучевая сварка деталей большой толщины. - М.: Машиностроение, 1992.