Pompa boyutu nasıl seçilir - vakum sisteminin tahliyesi
Temel olarak, bir vakum sisteminin boyutuyla ilgili iki bağımsız soru ortaya çıkar:
- Belirli bir süre içinde belirli bir kaptaki basıncı istenen değere düşürmek için pompa düzeneğinin hangi etkili pompalama hızını koruması gerekir?
- Vakum prosesi sırasında, kazanda belirli bir basınç (çalışma basıncı) korunurken ve aşılmazken kazana salınan gazların ve buharların hızlı bir şekilde dışarı pompalanabilmesi için pompa düzeneğinin ne kadar etkili pompalama hızına ulaşması gerekir?
Belirli proseslerin (ör. kurutma ve ısıtma) pompalama prosedürü sırasında, vakum haznesinde orijinal olarak mevcut olmayan buharlar üretilir, bu nedenle üçüncü bir soru ortaya çıkar:
- Prosesin belirli bir süre içinde tamamlanabilmesi için pompa düzeneğinin ne kadar etkili pompalama hızına ulaşması gerekir?
Bir pompa düzeneğinin etkin pompalama hızı, haznede hakim olan tüm pompa düzeneğinin gerçek pompalama hızı olarak anlaşılır. Pompanın nominal pompalama hızı, bölmelerin, soğuk kapanların, filtrelerin, valflerin akış direnci (iletkenlikleri), ve pompa ile hazne arasında kurulu tüpler bilinir (iletkenlik ile ilgili sayfa ). Gerekli nominal pompalama hızının belirlenmesinde ayrıca vakum sisteminin sızdırmaz olduğu varsayılır; bu nedenle sızıntı oranı, dışarıdan akan gazlar bağlı pompa düzeneği tarafından hemen giderilecek ve haznedeki basınç değişmeyecek kadar küçük olmalıdır (daha fazla ayrıntı için bkz. Sızıntı tespiti). Yukarıda 1., 2. ve 3. altında listelenen sorular, vakum teknolojisinin en önemli üç alıştırmasının karakteristikleridir
- Belirtilen basınca ulaşmak için kabın tahliye edilmesi.
- Belirli bir basınçta sürekli değişen gaz ve buhar miktarlarının pompalanması.
- Proses sırasında sıcaklık ve basınç değişikliği ile üretilen gazların ve buharların pompalanması.
Bir vakum haznesinin ilk tahliyesi, orta, yüksek ve ultra yüksek vakum bölgelerinde sürekli olarak değişen gaz miktarlarından etkilenir, çünkü bu bölgelerde gazların ve buharların hazne duvarlarından kaçması o kadar önemlidir ki, tek başlarına vakum sisteminin boyutlarını ve düzenini belirlerler.
Bir vakum haznesinin tahliyesi (ek gaz veya buhar kaynakları olmadan)
Yukarıda açıklanan faktörler nedeniyle, kaba vakum bölgesindeki bir kabın tahliyesi için pompalama süresinin değerlendirilmesi, orta ve yüksek vakum bölgelerindeki tahliyeden temel olarak farklı olmalıdır.
Kaba vakum bölgesindeki bir haznenin tahliyesi
Bu durumda, bir vakum pompası tertibatının gerekli etkili pompalama hızı S eff sadece gerekli basınç p, haznenin hacmi V ve pompalama süresi t'ye bağlıdır.
Sabit pompalama hızı S eff ile ve pompa düzeni ile ulaşılabilecek en yüksek basınç p ucunun p ucu << p olacağı varsayılırsa, bir haznedeki basınç p(t) zamanla azalması şu denklemle verilir:
(2,32)
t = 0 zamanında 1013 mbar'dan başlayarak, etkin pompalama hızı denklemden (2,32) elde edilen pompalama süresine (t) bağlı olarak aşağıdaki gibi hesaplanır:
(2.33a)
(2.33b)
(2,34)
Boyutsuz faktörün tanıtımı
(2.34a)
denklemde (2,34), etkili pompalama hızı Seff ile pompalama süresi t arasındaki ilişki şu şekilde verilir:
(2,35)
V/Seff oranı genellikle zaman sabiti τ olarak tanımlanır. Bu nedenle, bir vakum haznesinin atmosferik basınçtan basınç p'ye pompalama süresi şu şekilde verilir:
(2,36)
Faktörün istenen basınca bağımlılığı Şekil 2,75. Tek kademeli döner paletli ve döner pistonlu pompaların pompalama hızının gaz balast ile 10 mbar'ın altına ve gaz balast olmadan 1 mbar'ın altına düştüğü unutulmamalıdır. Bu temel davranış çeşitli boyut ve tipteki pompalar için farklıdır ancak pompalama süresinin pompa boyutuna bağlılığının belirlenmesinde göz ardı edilmemelidir. Denklemlerin (2,32 ila 2,36) ve Şekil 2,75 yalnızca kullanılan pompayla elde edilen en yüksek basınç istenen basınçtan birkaç büyüklük derecesi daha düşük olduğunda uygulanır.
Şekil 2,75 Denklem 2,36'ya göre pompalama süresi t'nin hesaplanması için boyutsuz faktörün s bağımlılığı. Kesik çizgi, pompalama hızının 10 mbar'ın altına düştüğü tek kademeli pompalar için geçerlidir.
Örnek: Hacmi 500 l olan bir vakum haznesi 10 dakika içinde 1 mbar'a kadar pompalanmalıdır. Hangi etkili pompalama hızı gereklidir?
500 l = 0,5 m 3; 10 dak = 1/6 saat
Denklem (2,34)'e göre şöyledir:
Yukarıda verilen örnekte, Şekil 'deki düz çizgiden 7 değeri okunur. 2,75. Ancak kesikli çizgiden 8 değeri okunur. Denklem (2,35)'e göre şunlar elde edilir:
pompalama hızının 10 mbar'ın altına düştüğü göz önünde bulundurularak. Gerekli etkili pompalama hızı yaklaşık 24 m3 /saattir.
Yüksek vakum bölgesindeki bir haznenin tahliyesi
Yüksek vakum bölgesinde kullanım için genel formüller vermek çok daha zordur. Belirli bir yüksek vakum basıncına ulaşmak için pompalama süresi esasen haznenin iç yüzeylerinden gaz gelişimine bağlı olduğundan, bu yüzeylerin durumu ve ön işlemesi vakum teknolojisinde büyük önem taşır. Kullanılan malzeme kesinlikle gözenekli bölgelere sahip olmamalı veya özellikle fırınlama açısından boşluklar içermemelidir; iç yüzeyler mümkün olduğunca pürüzsüz (gerçek yüzey = geometrik yüzey) ve iyice temizlenmiş (ve yağdan arındırılmış) olmalıdır. Gaz oluşumu, malzeme seçimine ve yüzey durumuna göre büyük ölçüde değişir. Yararlı veriler Tablo X'te toplanır.
Tablo X mbar · l · s-1 · cm-2 cinsinden malzemelerin gaz giderme oranı
Gaz gelişimi yalnızca vakadan vakaya basınç artışı yöntemiyle deneysel olarak belirlenebilir: sistem mümkün olduğunca iyice tahliye edilir ve son olarak pompa ve hazne bir valf ile yalıtılır. Şimdi hazne içindeki basıncın (hacim V) belirli bir miktarda artması için süre ölçülür, örneğin 10'luk bir güç. Birim zaman başına oluşan gaz miktarı Q şunlardan hesaplanır:
(2,37)
(Δp = ölçülen basınç artışı)
Gaz miktarı Q, tüm gaz oluşumunun ve mevcut olabilecek tüm kaçakların toplamından oluşur. Gaz oluşumundan mı yoksa kaçaktan mı kaynaklandığı aşağıdaki yöntemle belirlenebilir:
Gaz oluşumundan kaynaklanan gaz miktarı zamanla azalmalıdır, sızıntıdan dolayı sisteme giren gaz miktarı zamanla sabit kalır. Deneysel olarak, bu ayrım her zaman kolay değildir, çünkü ölçülen basınç-zaman eğrisi sabit (veya neredeyse sabit) bir son değere yaklaşmadan önce genellikle - saf gaz evrimiyle birlikte - önemli ölçüde zaman alır; bu nedenle bu eğrinin başlangıcı uzun süreler boyunca düz bir çizgiyi takip eder ve böylece kaçağı simüle eder (bkz. Kaçak Tespiti ).
Gaz evrimi Q ve gerekli basınç p sonu biliniyorsa, gerekli etkili pompalama hızını belirlemek kolaydır:
(2,38)
Örnek: 500 litrelik bir vakum haznesinin toplam yüzey alanı (tüm sistemler dahil) yaklaşık 5 m2 olabilir. Yüzey alanının m2 başına 2 · 10 -4 mbar · l/sn değerinde sabit bir gaz gelişimi varsayılır. Bu, örneğin vakum haznesine valfler veya döner geçişler bağlandığında beklenecek bir seviyedir. Sistemde 1 · 10 -5 mbar'lık bir basıncı korumak için pompanın pompalama hızı
Kaçaklardan geçen veya hazne duvarlarından çıkan gaz miktarını sürekli olarak tahliye etmek için yalnızca 100 l/sn'lik bir pompalama hızı gereklidir. Burada tahliye işlemi yukarıdaki kaba vakum bölümünde verilen örneklere benzerdir. Ancak difüzyon pompası durumunda pompalama işlemi atmosferik basınçta değil, bunun yerine ön vakum basıncı pV'de başlar. Ardından denklem (2,34) şuna dönüşür:
Örneğimizde pV = 2 · 10 -3 mbar'lık bir destek basıncında "sıkıştırma" K:
Difüzyon pompasıyla pompalamaya başladıktan sonra 5 dakika içinde 1 · 10 -5 mbar'lık bir en yüksek basınca ulaşmak için etkili pompalama hızı:
gereklidir. Bu, en yüksek basıncı korumak için gereken etkili pompalama hızına kıyasla çok daha düşüktür. Yüksek ve ultra yüksek vakum aralıklarındaki pompalama süresi ve en yüksek vakum büyük ölçüde gaz evrim hızına ve sızıntı oranlarına bağlıdır.
Orta vakum bölgesindeki bir haznenin tahliyesi
Kaba vakum bölgesinde, haznenin hacmi pompalama sürecinde geçen süre için belirleyicidir. Ancak yüksek ve ultra yüksek vakum bölgelerinde duvarlardan çıkan gaz gelişimi önemli bir rol oynar. Orta vakum bölgesinde pompalama işlemi her iki miktardan da etkilenir. Ayrıca, orta vakum bölgesinde, özellikle döner pompalarda, ulaşılabilen en yüksek basınç seviyesi artık göz ardı edilemez. Hazneye giren gaz miktarının duvarlardaki gaz gelişiminden ve sızıntıdan kaynaklanan Q oranında (saniyede milibar litre cinsinden) olduğu biliniyorsa, pompalama işlemi için diferansiyel denklem (2,32)
(2,39)
Bu denklemin entegrasyonu
(2,40)
burada
p 0, pompalama işleminin başlangıcındaki basınçtır
p istenen basınçtır
Denklem 2.33b'nin aksine, bu denklem Seff için kesin bir çözüme izin vermez, bu nedenle bilinen bir gaz gelişimi için etkili pompalama hızı daha fazla bilgi olmadan zaman-basınç eğrisinden belirlenemez.
Bu nedenle pratikte, aşağıdaki yöntem yeterince yüksek pompalama hızına sahip bir pompayı belirleyecektir:
a) Pompalama hızı, gaz oluşumu olmadan haznenin hacminin ve istenen pompalama süresinin sonucu olarak denklem 2,34'ten hesaplanır.
b) Gaz oluşum hızının ve bu pompalama hızının katsayısı bulunur. Bu katsayı gerekli basınçtan daha küçük olmalıdır; güvenlik için yaklaşık on kat daha düşük olmalıdır. Bu koşul yerine getirilmezse, uygun şekilde daha yüksek pompalama hızına sahip bir pompa seçilmelidir.
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
