Vakumdaki iletkenlik nasıl hesaplanır?
İletkenliği hesaplarken kullanılan temel tanım ve birimler
İletkenlik C (l · s -1)
Boru veya hortum, valfler, nozüller, iki tank arasındaki duvardaki açıklıklar vb. gibi istenen herhangi bir borulama elemanından geçen pV akışı
(1,11)
Burada Δp = (p1 - p2 ), boru elemanının giriş ve çıkış uçlarındaki basınçlar arasındaki farktır. Oransallık faktörü C iletkenlik değeri veya sadece "iletkenlik" olarak adlandırılır. Boru elemanının geometrisinden etkilenir ve hatta bazı basit yapılandırmalar için hesaplanabilir.
Yüksek ve ultra yüksek vakum aralıklarında C, basınçtan bağımsız bir sabittir; kaba ve orta yüksek rejimlerde ise basınca bağlıdır. Bu nedenle boru elemanları için C hesaplaması her bir basınç aralığı için ayrı ayrı yapılmalıdır.
Hacimsel akışın tanımından şunlar da belirtilebilir: C iletkenlik değeri, bir boru elemanından geçen akış hacmidir. Denklem (1,11), qpV'nin akıma, Δp'nin voltaja ve C'nin elektrik iletkenliği değerine karşılık geldiği "Vakum teknolojisi için Ohm yasası" olarak düşünülebilir. Elektrik bilimindeki Ohm yasasına benzer şekilde, akış direnci
iletkenlik değerinin karşıt değeri olarak tanıtılmıştır. Denklem (1,11) daha sonra şöyle yeniden yazılabilir:
(1,12)
Seri bağlantı için doğrudan aşağıdakiler geçerlidir:
(1,13)
Paralel bağlantıda aşağıdakiler geçerlidir:
(1.13a)
İletkenlik değerlerinin hesaplanması
Bir kazanı tahliye etmek veya bir vakum sistemi içinde bir proses gerçekleştirmek için gereken etkili pompalama hızı, yalnızca pompa doğrudan kazana veya sisteme bağlanmışsa belirli bir pompanın (veya pompa sisteminin) giriş hızına karşılık gelir. Pratikte bu sadece nadir durumlarda mümkündür. Vanalar, separatörler, soğuk kapanlar ve benzerlerinden oluşan bir ara boru sistemi dahil etmek neredeyse her zaman gereklidir. Tüm bunlar akış direncini temsil eder ve bunun sonucunda etkili pompalama hızı S eff her zaman pompanın veya pompalama sisteminin pompalama hızı S'den daha düşüktür. Bu nedenle, vakum tankında belirli bir etkili pompalama hızı sağlamak için daha yüksek pompalama hızına sahip bir pompa seçmek gerekir. S ve S eff arasındaki korelasyon aşağıdaki temel denklemle belirtilir:
(1,24)
Burada C, boru sisteminin toplam iletkenlik değeridir ve seri olarak bağlanan çeşitli bileşenlerin (vanalar, bölmeler, separatörler vb.) münferit değerlerinden oluşur.):
(1,25)
Denklem (1,24) bize, yalnızca C = ∞ (akış direncinin 0 olduğu anlamına gelir) durumunda S = S eff olacağını söyler. Vakum teknologunun boru kesitleri için C iletkenlik değerini hesaplaması için kullanabileceği bir dizi yardımcı denklem vardır. Vanalar, soğuk kapanlar, separatörler ve buhar bariyerleri için iletkenlik değerleri genellikle ampirik olarak belirlenmelidir.
Genel olarak, bir vakum bileşenindeki iletkenliğin mevcut vakum seviyelerinden bağımsız sabit bir değer olmadığı, aksine akışın doğasına (sürekli veya moleküler akış) ve dolayısıyla basınca büyük ölçüde bağlı olduğu unutulmamalıdır. Bu nedenle, vakum teknolojisi hesaplamalarında iletkenlik indeksleri kullanılırken, bu rejimde yalnızca belirli bir basınç rejimine uygulanabilir iletkenlik değerlerinin uygulanabileceğine her zaman dikkat edilmelidir.
Boru tesisatı ve delikler için iletkenlik
İletkenlik değerleri sadece basıncına ve akış halindeki gazın niteliğine değil, aynı zamanda iletken elemanın kesit şekline (örneğin, dairesel veya eliptik kesit) de bağlıdır. Diğer faktörler uzunluk ve öğenin düz mü yoksa kavisli mi olduğudur. Sonuç olarak, pratik durumları dikkate almak için çeşitli denklemler gereklidir. Bu denklemlerin her biri sadece belirli bir basınç aralığı için geçerlidir. Bu, hesaplamalarda her zaman dikkate alınmalıdır.
a) Laminar, Knudsen ve moleküler akış aralıkları için çapı d olan ve 68°F veya 20°C'de hava için geçerli olan, uzunluğu l olan ve çok kısa olmayan düz bir boru için iletkenlik (Knudsen denklemi):
(1,26)
d = cm cinsinden boru iç çapı
l = cm cinsinden boru uzunluğu (l ≥ 10 d)
p1 = mbar cinsinden boru başlangıcındaki basınç (akış yönü boyunca)
p2 = Boru ucundaki basınç (akış yönü boyunca) mbar cinsinden
(1,26) içindeki ikinci terim aşağıdaki biçimde yeniden yazılırsa
(1.26a)
şunlarla:
(1,27)
Fonksiyon akışından iki önemli sınırlama türetilebilir
Laminar akış sınırı
(1.28a)
Moleküler akış limiti
(1.28b)
Moleküler akış bölgesinde iletkenlik değeri basınçtan bağımsızdır!
Geçiş alanında tüm Knudsen denklemi (1,26) kullanılmalıdır
Standart nominal çaplara sahip düz borular için iletkenlik değerleri Şekil 9,5'te (laminer akış) ve Şekil 9,6'da (moleküler akış) gösterilmiştir. İletkenlik belirleme için ek nomogramlar da Şekil 9,8 ve 9,9'da bulunabilir.
Şekil 9,5. Denklem 53a'ya göre laminar akış için dairesel kesitli yaygın olarak kullanılan nominal genişliğe sahip borular için iletkenlik değerleri (p = 1 mbar). (Kalın çizgiler tercih edilen DN'yi belirtir) Akış ortamı: hava (d, l cm cinsinden!)
Şekil 9,6 Denklem 53b'ye göre moleküler akış için dairesel kesitli yaygın olarak kullanılan nominal genişliğe sahip borular için iletkenlik değerleri. (Kalın çizgiler tercih edilen DN'ye bakın) Akış ortamı: hava (d, l cm cinsinden!)
Şekil 9,8 Moleküler akış bölgesinde 68°F'de (20°C) hava için dairesel kesitli tüplerin iletkenliğinin belirlenmesi için nomogram (J. DELAFOSSE ve G. MONGODIN'e göre: Les calculs de la Technique du Vide, özel baskı "Le Vide", 1961).
Şekil 9,9 Tüm basınç aralığında tüplerin (hava, 68°F / 20°C) iletkenliğinin belirlenmesi için nomogram.
Örnek: 1,5 m uzunluğundaki bir borunun moleküler akış bölgesinde yaklaşık C = 1000 l / sn'lik bir iletkenliğe sahip olması için çapı d ne olmalıdır? l = 1,5 m ve C = 1000 l/sn noktaları, çap d ölçeğinin kesişmesi için uzatılan bir düz çizgi ile birleştirilir. d = 24 cm değeri elde edilir. d / l oranına bağlı olan ve kısa borularda ihmal edilmemesi gereken borunun giriş iletkenliği, bir düzeltme faktörü α ile dikkate alınır. d / l < 0,1 için α 1'e eşit olarak ayarlanabilir. Örneğimizde d/l = 0,16 ve α = 0,83 (düz çizginin a ölçeğiyle kesiştiği nokta). Bu nedenle, boru hattının etkin iletkenliği C · α = 1000 · 0,83 = 830 l/sn'ye düşürülür. d 25 cm'ye çıkarılırsa, 1200 · 0,82 = 985 l / sn'lik bir iletkenlik elde edilir (kesikli düz çizgi).
Prosedür: Belirli bir uzunlukta (l) ve iç çapta (d) moleküler akış bölgesinde basınçtan bağımsız olan iletkenlik Cm belirlenmelidir. Laminar akış veya Knudsen akış bölgesinde, tüpte p değerinden elde edilen ortalama basınçla iletkenlik C*'yi bulmak için, daha önce Cm için hesaplanan iletkenlik değeri, nomogramda belirlenen düzeltme faktörü a ile çarpılmalıdır: C* = Cm · α.
Örnek: 1 m uzunluğunda ve 5 cm iç çaplı bir tüp, "l" ölçeği ile "d" ölçeği arasındaki uygun bağlantı çizgileri kullanılarak belirlendiği üzere moleküler akış bölgesinde yaklaşık 17 l/sn'lik (düzeltilmemiş) bir iletkenliğe C sahiptir. Bu şekilde belirlenen iletkenlik C, moleküler akış bölgesinde gerçek iletkenlik Cm'yi elde etmek için clausing faktörü γ = 0,963 (bağlantı hattının γ ölçeğiyle kesişimi) ile çarpılmalıdır: Cm · γ = 17 · 0,963 = 16,37 l/s. 1 m uzunluğunda ve 5 cm iç çaplı bir tüpte, tüpteki ortalama basınç p < 2,7 · 10 -3 mbar ise moleküler akış hakimdir. Örneğin, 2,7 · 10 -3 mbar'dan daha yüksek basınçlarda, 8 · 10-2 mbar'da (= 6 · 10 -2 torr) iletkenlik C*'yi belirlemek için, p ölçeğindeki ilgili nokta "d" ölçeğindeki d = 5 cm noktasına bağlanır. Bu bağlantı hattı, α = 5,5 noktasındaki "α" ölçeğiyle kesişmektedir. p = 8 · 10 -2 mbar'daki iletkenlik C* şu şekildedir: C* = Cm · α = 16,37 · 5,5 = 90 l/s.
b) Orifis A için iletkenlik değeri C
(A cm2 cinsinden): Sürekli akış (viskoz akış) için aşağıdaki denklemler (Prandtl'den sonra), p2 /p1 = δ olan 68°F'de (20°C) hava için geçerlidir:
(1,29)
(1.29a)
δ = 0,528 hava için kritik basınç durumudur
(1.29b)
Akış δ < 0,528'de kısılır; bu nedenle gaz akışı sabittir. Moleküler akış (yüksek vakum) durumunda hava için aşağıdakiler geçerlidir:
(1,30)
Ayrıca Şekil 1,3'te, açıklığın A alanına ve δ = p2 /p1 fonksiyonu olarak referans alınan S* visc ve S* mol pompalama hızları verilmiştir. Verilen denklemler 68°F (20°C) sıcaklıktaki hava için geçerlidir. Akan gazın molar kütleleri, burada gösterilmeyen genel denklemlerde dikkate alınır.
Diğer gazlarla çalışırken, hava için belirtilen iletkenlik değerlerinin Tablo 1,1'de gösterilen faktörlerle çarpılması gerekecektir.
Şekil 1.3 Alana göre iletkenlik değerleri, C* visc, C* molve pompalama hızı S* visc ve S* mol, 68°F'de (20°C) hava için p2 /p1 basınç ilişkisine bağlı olarak bir orifis A için.
Tablo 1,1 Dönüştürme faktörleri
İletkenlik değerlerinin nomografik olarak belirlenmesi
Hava ve diğer gazların geçtiği borular ve açıklıklar için iletkenlik değerleri, nomografik yöntemlerle belirlenebilir. Sadece çap, uzunluk ve basınç için belirtilen değerlerde boru tesisatının iletkenlik değerini değil, aynı zamanda bir pompalama setinin belirli bir basınçta ve belirli bir hat uzunluğunda belirli bir etkili pompalama hızına ulaşması gerektiğinde gereken boru çapının boyutunu da belirlemek mümkündür. Diğer parametrelerin bilindiği durumlarda izin verilen maksimum boru uzunluğu da belirlenebilir. Doğal olarak elde edilen değerler türbülanslı akışlar için geçerli değildir. Şüpheli durumlarda Reynolds sayısı Re, aşağıda yaklaşık olarak verilen ilişki kullanılarak tahmin edilmelidir.
(1,31)
Burada qpV = S · p, mbar l/s cinsinden akış çıkışı, d ise cm cinsinden boru çapıdır.
Pratikte faydalı olduğu kanıtlanmış nomogramlar Şekil 9,8 ve Şekil 9,9.
Diğer elemanlar için iletkenlik değerleri
Hatta dirsekler veya diğer eğimler (örneğin dik açılı vanalarda) bulunduğunda, hatta daha büyük bir etkin uzunluk leff varsayılarak bunlar dikkate alınabilir. Bu şu şekilde tahmin edilebilir:
(1,32)
Nerede
l eksenel : çizginin eksenel uzunluğu (cm cinsinden)
l eff : Hattın etkin uzunluğu (cm cinsinden)
d: Hattın iç çapı (cm cinsinden)
θ: Dirseğin açısı (açı derecesi)
Eksen uzunluğu
Leybold kataloğundaki teknik veriler, moleküler akış aralığı için buhar bariyerleri, soğuk kapanlar, adsorpsiyon kapanları ve valfler için iletkenlik değerlerini belirtir. Daha yüksek basınçlarda, örneğin Knudsen ve laminer akış aralıklarında, vanalar, ilgili nominal çaplara ve eksenel uzunluklara sahip borularla yaklaşık olarak aynı iletkenlik değerlerine sahip olacaktır. Dik açılı vanalar için dirsek iletkenlik hesaplaması uygulanmalıdır.
Gaz balast pompalarını ve Roots pompalarını korumak için kullanılan toz filtrelerinde, çeşitli basınç seviyeleri için kısıtlama yüzde değeri katalogda listelenmiştir. Diğer bileşenler, yani kondens separatörleri ve kondenserler, pompalama hızını önemli ölçüde azaltmayacak şekilde tasarlanmıştır.
Vakum hatlarının boyutlarını belirlerken genel kural olarak şunlar kullanılabilir: Hatlar mümkün olduğunca kısa ve geniş olmalıdır. Bunlar en azından pompadaki giriş ağzı ile aynı kesite sahip olmalıdır. Özel koşullar emme hattının kısaltılmasını önlüyorsa, mühendislik ve ekonomik açıdan makul olduğunda emme hattına bir Roots pompasının eklenmesi önerilir. Bu daha sonra hat empedansını azaltan bir gaz çekme pompası görevi görür.
Vakum Teknolojisinin Temelleri
Vakum pompası temellerini ve proseslerini keşfetmek için "Vakum Teknolojisinin Temelleri" adlı e-Kitabımızı indirin.
Referanslar
- Vakum sembolleri
- Terimler Sözlüğü
- Referanslar ve kaynaklar
Vakum sembolleri
Vakum sembolleri
Pompa tiplerinin ve pompalama sistemlerindeki parçaların görsel bir temsili olarak vakum teknolojisi şemalarında yaygın olarak kullanılan sembollerin sözlüğü
Terimler Sözlüğü
Terimler Sözlüğü
Vakum teknolojisinde kullanılan ölçüm birimlerine ve sembollerin ne anlama geldiğine ve tarihi birimlerin modern eşdeğerlerine genel bir bakış
Referanslar ve kaynaklar
Referanslar ve kaynaklar
Vakum teknolojisinin temel bilgileriyle ilgili referanslar, kaynaklar ve daha fazla okuma
Vakum sembolleri
Pompa tiplerinin ve pompalama sistemlerindeki parçaların görsel bir temsili olarak vakum teknolojisi şemalarında yaygın olarak kullanılan sembollerin sözlüğü
Terimler Sözlüğü
Vakum teknolojisinde kullanılan ölçüm birimlerine ve sembollerin ne anlama geldiğine ve tarihi birimlerin modern eşdeğerlerine genel bir bakış
Referanslar ve kaynaklar
Vakum teknolojisinin temel bilgileriyle ilgili referanslar, kaynaklar ve daha fazla okuma
