Cara memilih saiz pam - pengosongan sistem vakum
Pada dasarnya, terdapat dua soalan bebas yang timbul mengenai saiz sistem vakum:
- Apakah kelajuan pam yang berkesan yang perlu dikekalkan oleh susunan pam untuk mengurangkan tekanan dalam sebuah bekas tertentu dalam tempoh tertentu kepada nilai yang diingini?
- Apakah kelajuan pam yang berkesan yang perlu dicapai oleh susunan pam semasa proses vakum supaya gas dan wap yang dilepaskan ke dalam bekas dapat dipam dengan cepat sementara tekanan tertentu (tekanan operasi) dalam bekas, dikekalkan dan tidak melebihi?
Semasa prosedur pengeluaran pam bagi proses tertentu (contohnya, pengeringan dan pemanasan), wap dihasilkan yang pada asalnya tidak terdapat dalam ruang vakum, sehingga timbul soalan ketiga:
- Apakah kelajuan pam yang berkesan yang perlu dicapai oleh susunan pam supaya proses dapat diselesaikan dalam tempoh tertentu?
Kecepatan pam yang berkesan bagi susunan pam difahami sebagai kecepatan pam sebenar bagi keseluruhan susunan pam yang berlaku di dalam bekas. Kecepatan pam nominal bagi pam tersebut boleh ditentukan daripada kecepatan pam yang berkesan jika rintangan aliran (konduktans) bagi penghadang, perangkap sejuk, penapis, injap., dan tiub yang dipasang antara pam dan bekas dikenali (lihat halaman tentang konduktans). Dalam penentuan kelajuan pam nominal yang diperlukan, ia juga diandaikan bahawa sistem vakum adalah kedap udara; oleh itu, kadar kebocoran mesti sangat kecil sehingga gas yang mengalir dari luar segera dikeluarkan oleh susunan pam yang disambungkan dan tekanan dalam bekas tidak berubah (untuk maklumat lanjut, lihat Pengesanan kebocoran). Soalan-soalan yang disenaraikan di atas di bawah 1., 2. dan 3. adalah ciri bagi tiga latihan yang paling penting dalam teknologi vakum.
- Pengosongan kapal untuk mencapai tekanan yang ditetapkan.
- Pam pengeluaran kuantiti gas dan wap yang sentiasa berkembang pada tekanan tertentu.
- Pam udara dan wap yang dihasilkan semasa proses dengan variasi suhu dan tekanan.
Evakuasi awal ruang vakum dipengaruhi dalam kawasan vakum sederhana, tinggi, dan ultratinggi oleh jumlah gas yang terus berkembang, kerana dalam kawasan ini, pelarian gas dan wap dari dinding bekas adalah begitu signifikan sehingga ia sendiri menentukan dimensi dan susun atur sistem vakum.
Pengosongan ruang vakum (tanpa sumber gas atau wap tambahan)
Oleh kerana faktor-faktor yang diterangkan di atas, penilaian masa pam haruslah berbeza secara asas untuk pengosongan sebuah bekas di kawasan vakum kasar berbanding dengan pengosongan di kawasan vakum sederhana dan tinggi.
Pengosongan sebuah ruang dalam kawasan vakum kasar
Dalam kes ini, kelajuan pam yang berkesan Seff yang diperlukan bagi satu pemasangan pam vakum bergantung hanya kepada tekanan yang diperlukan p, isipadu V bekas, dan masa pam turun t.
Dengan kelajuan pam yang tetap Seff dan dengan mengandaikan bahawa tekanan akhir pend yang boleh dicapai dengan susunan pam adalah sedemikian rupa sehingga pend << p, penurunan tekanan p(t) dalam sebuah ruang adalah diberikan oleh persamaan:
(2,32)
Bermula pada 1013 mbar pada waktu t = 0, kelajuan pam yang berkesan dikira bergantung kepada masa pam turun t dari persamaan (2,32) seperti berikut:
(2.33a)
(2.33b)
(2,34)
Memperkenalkan faktor tanpa dimensi
(2.34a)
ke dalam persamaan (2,34), hubungan antara kelajuan pam berkesan Seff, dan masa pam turun t diberikan oleh
(2,35)
Nisbah V/Seff biasanya ditetapkan sebagai pemalar masa τ. Oleh itu, masa penurunan pam bagi ruang vakum dari tekanan atmosfera kepada tekanan p adalah diberikan oleh:
(2,36)
Kebergantungan faktor terhadap tekanan yang diingini ditunjukkan dalam Rajah. 2,75. Perlu diperhatikan bahawa kelajuan pam bagi pam sudu putar dan pam piston putar satu peringkat menurun di bawah 10 mbar dengan ballast gas dan di bawah 1 mbar tanpa ballast gas. Tingkah laku asas ini berbeza untuk pam pelbagai saiz dan jenis tetapi tidak boleh diabaikan dalam penentuan kebergantungan masa pam pada saiz pam. Perlu dinyatakan bahawa persamaan (2,32 hingga 2,36) serta Rajah. 2,75 hanya terpakai apabila tekanan akhir yang dicapai dengan pam yang digunakan adalah beberapa perintah magnitud lebih rendah daripada tekanan yang diingini.
Rajah 2,75 Ketergantungan faktor tanpa dimensi s untuk pengiraan masa pam turun t mengikut persamaan 2,36. Garis putus-putus digunakan untuk pam satu peringkat di mana kelajuan pam menurun di bawah 10 mbar.
Contoh: Sebuah ruang vakum dengan isipadu 500 l hendaklah dipam hingga 1 mbar dalam masa 10 minit. Apakah kelajuan pam yang berkesan diperlukan?
500 l = 0,5 m3; 10 min = 1/6 h
Menurut persamaan (2,34) adalah jelas bahawa:
Untuk contoh yang diberikan di atas, nilai 7 dibaca dari garis lurus dalam Rajah. 2,75. Walau bagaimanapun, daripada garis putus-putus, nilai 8 dibaca. Menurut persamaan (2,35) berikut diperoleh:
dengan mengambil kira fakta bahawa kelajuan pam berkurang di bawah 10 mbar. Kecepatan pam yang diperlukan adalah sekitar 24 m3/j.
Pengosongan sebuah ruang di kawasan vakum tinggi
Adalah jauh lebih sukar untuk memberikan formula umum yang boleh digunakan di kawasan vakum tinggi. Memandangkan masa pam untuk mencapai tekanan vakum tinggi yang ditetapkan bergantung pada evolusi gas dari permukaan dalam ruang, keadaan dan pra-perawatan permukaan ini adalah sangat penting dalam teknologi vakum. Dalam apa jua keadaan, bahan yang digunakan tidak boleh menunjukkan kawasan berpori atau – terutamanya berkaitan dengan pengeringan – mengandungi rongga; permukaan dalam mesti sehalus mungkin (permukaan sebenar = permukaan geometri) dan dibersihkan dengan teliti (dan degreased). Evolusi gas berbeza dengan ketara bergantung kepada pilihan bahan dan keadaan permukaan. Data berguna telah dikumpulkan dalam Jadual X.
Evolusi gas hanya dapat ditentukan secara eksperimen dari kes ke kes dengan kaedah kenaikan tekanan: sistem dikosongkan sehabis mungkin, dan akhirnya pam dan ruang diasingkan dengan sebuah injap. Sekarang masa diukur untuk tekanan dalam ruang (volume V) meningkat sebanyak jumlah tertentu, contohnya, kuasa 10. Kuantiti gas Q yang timbul setiap unit masa dikira daripada:
(2,37)
(Δp = peningkatan tekanan yang diukur)
Kuantiti gas Q terdiri daripada jumlah semua evolusi gas dan semua kebocoran yang mungkin ada. Sama ada ia berasal dari evolusi gas atau kebocoran boleh ditentukan dengan kaedah berikut:
Kuantiti gas yang terhasil daripada evolusi gas mesti menjadi lebih kecil dari semasa ke semasa, manakala kuantiti gas yang memasuki sistem akibat kebocoran kekal tetap dengan masa. Secara eksperimen, perbezaan ini tidak selalu mudah dibuat, kerana ia sering mengambil masa yang agak lama – dengan evolusi gas tulen – sebelum lengkung tekanan-masa yang diukur mendekati nilai akhir yang tetap (atau hampir tetap); oleh itu, permulaan lengkung ini mengikuti garis lurus untuk jangka masa yang panjang dan dengan itu mensimulasikan kebocoran (lihat Pengesanan Kebocoran).
Jika evolusi gas Q dan tekanan yang diperlukan pend diketahui, adalah mudah untuk menentukan kelajuan pam berkesan yang diperlukan:
(2,38)
Contoh: Sebuah ruang vakum berkapasiti 500 l mungkin mempunyai jumlah luas permukaan (termasuk semua sistem) sekitar 5 m2. Evolusi gas yang stabil sebanyak 2 · 10-4 mbar · l/s diandaikan bagi setiap m2 luas permukaan. Ini adalah tahap yang dijangkakan apabila injap atau penyambung putar, sebagai contoh, disambungkan ke ruang vakum. Untuk mengekalkan tekanan dalam sistem sebanyak 1 · 10-5 mbar, pam mesti mempunyai kelajuan pam yang
Kecepatan pam sebanyak 100 l/s diperlukan untuk terus memompa jumlah gas yang mengalir masuk melalui kebocoran atau yang berkembang dari dinding ruang. Di sini, proses pemindahan adalah serupa dengan contoh-contoh yang diberikan dalam bahagian mengenai vakum kasar di atas. Walau bagaimanapun, dalam kes pam penyebaran, proses pam tidak bermula pada tekanan atmosfera tetapi pada tekanan pra-vakum pV sebaliknya. Maka persamaan (2,34) berubah menjadi:
Pada tekanan sokongan pV = 2 · 10-3 mbar "pemampatan" K adalah dalam contoh kami:
Untuk mencapai tekanan akhir sebanyak 1 · 10-5 mbar dalam masa 5 minit selepas mula mengepam dengan pam penyebaran, kelajuan pam yang berkesan adalah
diperlukan. Ini jauh lebih rendah berbanding dengan kelajuan pam yang berkesan diperlukan untuk mengekalkan tekanan maksimum. Masa pam dan vakum akhir dalam julat vakum tinggi dan vakum ultra tinggi bergantung terutamanya kepada kadar evolusi gas dan kadar kebocoran.
Pengosongan sebuah ruang di kawasan vakum sederhana
Dalam kawasan vakum kasar, isipadu bekas adalah penentu bagi masa yang terlibat dalam proses pam. Namun, di kawasan vakum tinggi dan ultratinggi, evolusi gas dari dinding memainkan peranan yang penting. Dalam kawasan vakum sederhana, proses pam dipengaruhi oleh kedua-dua kuantiti. Selain itu, dalam kawasan vakum sederhana, terutamanya dengan pam putar, tekanan akhir yang boleh dicapai tidak lagi boleh diabaikan. Jika kuantiti gas yang memasuki ruang diketahui berada pada kadar Q (dalam milibar liter per saat) daripada evolusi gas dari dinding dan kebocoran, persamaan pembezaan (2,32) untuk proses pam menjadi
(2,39)
Pengintegrasian persamaan ini membawa kepada
(2,40)
di mana
p0 adalah tekanan pada permulaan proses pam
p adalah tekanan yang diingini
Berbeza dengan persamaan 2.33b, persamaan ini tidak membenarkan penyelesaian yang pasti untuk Seff, oleh itu, kelajuan pam yang berkesan untuk evolusi gas yang diketahui tidak dapat ditentukan daripada lengkung masa – tekanan tanpa maklumat lanjut.
Oleh itu, dalam amalan, kaedah berikut akan menentukan pam dengan kelajuan pam yang cukup tinggi:
a) Kelajuan pam dikira daripada persamaan 2,34 sebagai hasil daripada isipadu ruang tanpa evolusi gas dan masa penurunan pam yang diingini.
b) Nisbah kadar evolusi gas dan kelajuan pam ini ditemui. Kadar ini mesti lebih kecil daripada tekanan yang diperlukan; untuk keselamatan, ia mesti kira-kira sepuluh kali lebih rendah. Jika syarat ini tidak dipenuhi, pam dengan kelajuan pam yang lebih tinggi harus dipilih.
Asas Teknologi Vakum
Muat turun e-Buku kami "Asas Teknologi Vakum" untuk mengetahui keperluan dan proses pam vakum.
Rujukan
- Simbol vakum
- Glosari unit
- Rujukan dan sumber
Simbol vakum
Simbol vakum
Sebuah glosari simbol yang biasa digunakan dalam diagram teknologi vakum sebagai representasi visual jenis pam dan bahagian dalam sistem pam.
Glosari unit
Glosari unit
Tinjauan mengenai unit pengukuran yang digunakan dalam teknologi vakum dan apa yang dimaksudkan dengan simbol-simbol tersebut, serta padanan moden bagi unit-unit sejarah.
Rujukan dan sumber
Rujukan dan sumber
Rujukan, sumber dan bacaan lanjut berkaitan dengan pengetahuan asas teknologi vakum
Simbol vakum
Sebuah glosari simbol yang biasa digunakan dalam diagram teknologi vakum sebagai representasi visual jenis pam dan bahagian dalam sistem pam.
Glosari unit
Tinjauan mengenai unit pengukuran yang digunakan dalam teknologi vakum dan apa yang dimaksudkan dengan simbol-simbol tersebut, serta padanan moden bagi unit-unit sejarah.
Rujukan dan sumber
Rujukan, sumber dan bacaan lanjut berkaitan dengan pengetahuan asas teknologi vakum