Cách tính toán thời gian bơm
Ví dụ, trong thực tế, khi ước tính chi phí của một nhà máy chân không theo kế hoạch, việc tính toán thời gian bơm từ tốc độ bơm hiệu quả S eff, áp suất yêu cầu p và thể tích buồng V theo công thức được trình bày sẽ quá rắc rối và tốn thời gian. Nomogram rất hữu ích ở đây. Bằng cách sử dụng biểu đồ trong Hình 9,7, người ta có thể nhanh chóng ước tính thời gian bơm chân không cho các nhà máy chân không được hút chân không bằng bơm xoay, nếu tốc độ bơm của bơm liên quan khá ổn định thông qua vùng áp suất liên quan. Bằng cách nghiên cứu các ví dụ được trình bày, người ta có thể dễ dàng hiểu được ứng dụng của biểu đồ.
Cột ♻: Thể tích bình V tính bằng lít
Cột ♻: Tốc độ bơm hiệu quả tối đa S eff ,tối đa tại bình tính bằng (trái) lít mỗi giây hoặc (phải) mét khối mỗi giờ.
Cột Θ: Thời gian bơm tp tính bằng giây (trên cùng bên phải) hoặc phút (giữa bên trái) hoặc giờ (dưới cùng bên phải).
Cột ➃: Phải:
Áp suất p KẾT THÚC tính bằng milibar tại KẾT THÚC thời gian bơm nếu áp suất khí quyển p KHỞI ĐỘNG (pn = 1013 chiếm ưu thế tại KHỞI ĐỘNG thời gian bơm. Áp suất mong muốn p END được giảm bởi áp suất cuối cùng của bơm p ,p và giá trị chênh lệch được sử dụng trong các cột. Nếu có dòng chảy vào qpV,in, giá trị p end - p ult ,p - qp V,in / S eff, max sẽ được sử dụng trong các cột.
Trái:
Tỷ lệ giảm áp suất R = (p START - p ult ,p - qp V,in / S eff ,max)/(p END - p ult ,p - qp V,in / S eff ,max), nếu áp suất p START chiếm ưu thế khi bắt đầu hoạt động bơm và áp suất được giảm xuống p END bằng cách bơm xuống. Sự phụ thuộc vào áp suất của tốc độ bơm được tính đến trong biểu đồ và được thể hiện trong cột ➄ ult,p. Nếu bảng áp suất bơm,p nhỏ so với áp suất chờ mong muốn ở cuối hoạt động bơm, điều này tương ứng với tốc độ bơm không đổi S hoặc Seff trong toàn bộ quá trình bơm.
Ví dụ 1 liên quan đến biểu đồ 9,7:
Một bình chứa có thể tích V = 2000 l sẽ được bơm xuống từ áp suất p START = 1000 mbar (áp suất khí quyển) đến áp suất p END = 10 -2 mbar bằng bơm pít-tông xoay với tốc độ bơm hiệu quả tại bình chứa là S eff, max = 60 m3 /h = 16,7 l · s -1. Thời gian bơm xuống có thể được lấy từ biểu đồ trong hai bước:
1) Xác định τ: Một đường thẳng được vẽ qua V = 2000 l (cột ♻ và S eff = 60 m3 /h -1 = 16,7 l · s -1 (cột ♻ và giá trị t = 120 s = 2 phút được đọc tại điểm giao nhau của các đường thẳng này với cột ♻ (lưu ý rằng độ không đảm bảo đo của quy trình này khoảng Δτ = ± 10 s để độ không đảm bảo đo tương đối khoảng 10%).
2) Xác định tp: Áp suất cuối của bơm xoay là bảng,p = 3 · 10-2 mbar, thiết bị sạch và rò rỉ không đáng kể (đặt qpV,in = 0); đây là p START - p ult,p = 10 -1 mbar - 3 · 10 -2 mbar = 7 · 10 -2 mbar. Bây giờ một đường thẳng được vẽ qua điểm được tìm thấy trong 1) τ = 120 s (cột ¤ và điểm p END - p ult,p = 7 · 10 -2 mbar (cột ➄ và điểm giao của các đường thẳng này với cột ➃ tp = 1100 s = 18,5 phút được đọc. (Một lần nữa, độ không đảm bảo tương đối của quy trình là khoảng 10%, do đó độ không đảm bảo tương đối của tp là khoảng 15%.) Có tính đến hệ số an toàn bổ sung là 20%, có thể giả định thời gian bơm là tp = 18,5 phút · (1 + 15 % + 20 %) = 18,5 phút · 1,35 = 25 phút.
Ví dụ 2 liên quan đến biểu đồ 9,7:
Hệ thống chân không sạch và khô (q pV,in = 0) với V = 2000 l (như trong ví dụ 1) sẽ được bơm xuống áp suất p END = 10 -2 mbar. Vì áp suất này nhỏ hơn áp suất cuối của bơm pít-tông xoay (S eff,max = 60 m3 /h = 16,7 l ( s -1 = 3 · 10 -2 mbar), nên phải sử dụng bơm Roots kết hợp với bơm pít-tông xoay. Loại đầu tiên có áp suất khởi động p1 = 20 mbar, tốc độ bơm Seff,max = 200 m3 /h - 55 l · s -1 cũng như p ult,p - 4 · 10 -3 mbar. Từ p bắt đầu = 1000 mbar đến p = 20 mbar, một máy hoạt động với bơm pít-tông xoay và sau đó kết nối bơm Roots từ p1 = 20 mbar đến p END = 10-2 mbar, trong đó bơm pít-tông xoay hoạt động như một bơm dự phòng. Đối với bước bơm đầu tiên, có được hằng số thời gian τ = 120 giây = 2 phút từ biểu đồ nomogram như trong ví dụ 1 (đường thẳng qua V = 2000 l, Seff = 16,7 l · s -1 ). Nếu điểm này trong cột ♻ được kết nối với điểm p1 - p ult,p = 20 mbar - 3 · 10 -2 mbar = 20 mbar (bộ điều khiển,p được bỏ qua ở đây, tức là bơm pít-tông xoay có tốc độ bơm không đổi trong toàn bộ phạm vi từ 1000 mbar đến 20 mbar) trong cột ➄, sẽ thu được t p,1 = 7,7 phút. Bơm Roots phải giảm áp suất từ p1 = 20 mbar đến pEND = 10-2 mbar, tức là tỷ lệ giảm áp suất R = (20 mbar - 4 · 10 -3 mbar) / (10 -2 mbar -4 · 10 -3 ) = 20/6 · 10-3 mbar = 3300.
Hằng số thời gian thu được (đường thẳng V = 2000 l trong cột ♻, S eff = 55 l · s -1 trong cột ♻) tại = 37 s (trong cột ♻).
Nếu điểm này trong cột ➄ được kết nối với R = 3300 trong cột ➄, thì có được trong cột ➃ tp, 2 = 290 s = 4,8 phút. Nếu tính tu = 1 phút cho thời gian chuyển đổi, kết quả là thời gian bơm tp = tp1 + tu + tp2 = 7,7 phút + 1 phút + 4,8 phút = 13,5 phút.
Thời gian bơm của bơm cánh quạt xoay và bơm pít-tông xoay, miễn là tốc độ bơm của bơm liên quan không đổi xuống áp suất yêu cầu, có thể được xác định bằng cách tham khảo ví dụ 1.
Nói chung, bơm Roots không có tốc độ bơm không đổi trong khu vực làm việc liên quan. Để đánh giá thời gian bơm, thường chỉ cần giả định tốc độ bơm trung bình. Ví dụ 2 và 3 của biểu đồ thể hiện, trong bối cảnh này, rằng đối với bơm Roots, tỷ lệ nén K không đề cập đến áp suất khí quyển (1013 mbar), mà là áp suất mà tại đó bơm Roots được bật.
Trong vùng chân không trung bình, sự phát triển khí hoặc tỷ lệ rò rỉ trở nên rõ ràng. Từ biểu đồ 9,10, các phép tính tương ứng về thời gian bơm trong vùng chân không này có thể được ước lượng.
Hình 9,10 Xác định thời gian bơm trong phạm vi chân không trung bình, có tính đến sự thoát khí từ các bức tường.
Biểu đồ Nomogram thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ bơm danh định của bơm, thể tích buồng, kích thước và tính chất của bề mặt bên trong cũng như thời gian cần thiết để giảm áp suất từ 10 mbar xuống 10 -3 mbar.
Ví dụ 1: Một buồng nhất định có thể tích 70 m3 và diện tích bề mặt bên trong là 100 m2; giả định sự phát triển khí đáng kể là 2 · 10 -3 mbar · l · s -1 · m -2. Câu hỏi đầu tiên là quyết định xem một máy bơm có tốc độ bơm danh định là 1300 m3/h có phù hợp trong trường hợp này hay không. Các tọa độ cho diện tích bề mặt liên quan là 100 m2 và sự phát triển khí là 2 · 10 -3 mbar · l · s -1 · m -2 dẫn đến điểm giao nhau A, được nối với điểm B bằng một đường dốc lên trên và sau đó được kết nối qua một đường thẳng đứng với đường cong dựa trên tốc độ bơm của bơm là 1300 m3 /h (D). Nếu chiếu đến đường cong nằm trong khu vực đường cong được đánh dấu (F), tốc độ bơm của bơm là đủ để phát triển khí. Thời gian bơm xả liên quan (giảm áp suất từ 10 mbar xuống 10 -3 mbar) sau đó được đưa ra là 30 phút dựa trên đường nối điểm 1300 m3 /h trên thang đo tốc độ bơm với điểm 70 m3 (C) trên thang đo thể tích: sự mở rộng dẫn đến điểm giao nhau ở 30 phút (E) trên thang đo thời gian.
Trong ví dụ 2, người ta phải xác định tốc độ bơm
bơm phải có nếu bình chứa (thể tích = khoảng 3 m3) với một
diện tích bề mặt 16 m2 và sự phát triển khí thấp
8 · 10 -5 mbar · l · s-1 · m -2 được xả từ 10 mbar đến
10 -3 mbar trong thời gian 10 phút. Biểu đồ nomogram cho thấy rằng
trong trường hợp này, bơm có tốc độ bơm danh định là 150 m3 /h là phù hợp.
Trong nhiều ứng dụng, cần liên kết áp suất có thể đạt được vào bất kỳ thời điểm nào với thời gian bơm. Điều này có thể dễ dàng thực hiện với tham chiếu đến biểu đồ 9,7.
Ví dụ đầu tiên, đặc tính bơm - tức là áp suất tương quan p (được biểu thị là áp suất mong muốn p kết thúc) so với thời gian bơm tp - được dẫn xuất từ biểu đồ về việc tháo dẫn một bình thể tích 5 m3 bơm pít-tông xoay một tần E 250 với tốc độ bơm hiệu quả là S eff = 250 m3 /h và áp suất cuối cùng p đầu,p = 3 · 10 -1 mbar khi vận hành với dẫn áp khí và ở đầu p,p = 3 · 10 -2 mbar không có dẫn áp khí. Hằng số thời gian τ = V / S eff (xem phương trình 2,36) giống nhau trong cả hai trường hợp và là số lượng theo biểu đồ 9,7 đến khoảng 70 giây (cột 3). Đối với bất kỳ giá trị nào cho p end > p end,p đường thẳng nối "điểm 70 s" trên cột 3 với giá trị (pend - pend,p) trên thang đo bên phải của cột 5 cho giá trị tp tương ứng. Các kết quả của quy trình này được trình bày dưới dạng các đường cong a và b trong Hình 2,77.
Hình 2,77 Thời gian bơm, tp, của bình 5 m3 sử dụng bơm pít-tông xoay E250 có tốc độ bơm danh định là 250 m3/h với (a) và không có (b) dung môi khí, cũng như kết hợp bơm Roots/pít-tông xoay WA 1001 / E250 cho áp suất bật 10 mbar cho WA 1001 (e).
Tính toán thời gian bơm cho hệ thống bơm chân không
Việc xác định mối quan hệ (p end ,tp ) cho một tổ hợp bơm có phần tẻ nhạt hơn. Ví dụ thứ hai được thảo luận trong các giao dịch sau đây liên quan đến việc hút chân không một bình có thể tích 5 m3 bằng máy bơm kết hợp bơm Roots WA 1001 và bơm phụ E 250 (như trong ví dụ trước). Bơm bắt đầu với bơm E 250 hoạt động một mình mà không có dung môi khí, cho đến khi bơm Roots được bật ở áp suất 10 mbar. Vì đặc tính tốc độ bơm của kết hợp WA 1001/ E 250 - trái ngược với đặc tính của E 250 - không còn là đường thẳng ngang trên phần tốt nhất của phạm vi áp suất (so sánh điều này với đường cong tương ứng của đặc tính cho kết hợp WA 2001 / E 250 trong Hình 2,19), giới thiệu, dưới dạng xấp xỉ, các giá trị trung bình của S eff, liên quan đến các phạm vi áp suất xác định. Trong trường hợp kết hợp WA 1001/ E 250, các giá trị trung bình sau đây được áp dụng:
S eff = 800 m3 /h trong phạm vi 10 - 1 mbar,
S eff = 900 m3 /h trong phạm vi 1 mbar đến 5 · 10 -2 mbar,
S eff = 500 m3 /h trong phạm vi 5 · 10 -2 đến 5 · 10 -3 mbar
Áp suất cuối của kết hợp WA 1001 / E 250 là: P end,p = 3 · 10 -3 mbar. Từ các số này, có thể xác định hằng số thời gian tương ứng trong biểu đồ; từ đó, có thể tìm thấy thời gian bơm tp bằng cách tính giảm áp suất R ở bên trái cột 5. Kết quả là đường cong c trong Hình 2,77.
Tính toán hỗ trợ máy tính tại Leybold
Tất nhiên, các phép tính cho các hệ thống công nghiệp của chúng tôi được thực hiện bởi các chương trình máy tính. Chúng yêu cầu máy tính hiệu suất cao và do đó thường không có sẵn để tính toán ban đầu đơn giản.
Thoát khí khỏi buồng chứa khí và hơi
Các quan sát trước đó về thời gian bơm sẽ thay đổi đáng kể nếu hơi và khí xuất hiện trong quá trình xả. Đặc biệt trong các quy trình nướng, một lượng lớn hơi nước có thể phát sinh khi các bề mặt của khoang được làm sạch khỏi tạp chất. Thời gian bơm chân không cần thiết phụ thuộc vào các thông số rất khác nhau. Sự gia tăng nhiệt độ của các thành khoang đi kèm với việc tăng sự khử hấp thụ khí và hơi từ các thành. Tuy nhiên, vì nhiệt độ cao hơn dẫn đến tăng tốc độ thoát khí và hơi ra khỏi thành, tốc độ loại bỏ chúng ra khỏi buồng cũng tăng lên.
Thực tế, cường độ của nhiệt độ cho phép cho quy trình nung nướng được đề cập sẽ được xác định về cơ bản bởi vật liệu trong khoang. Sau đó, chỉ có thể ước tính thời gian bơm chính xác bằng cách tính toán nếu biết được lượng hơi phát sinh và được bơm. Tuy nhiên, điều này hiếm khi xảy ra ngoại trừ với các quy trình sấy khô.
Kiến thức cơ bản về công nghệ chân không
Tải eBook "Nguyên tắc cơ bản của công nghệ chân không" của chúng tôi để khám phá những điều cần thiết và quy trình của bơm chân không.
Tài liệu tham khảo
- Biểu tượng chân không
- Bảng thuật ngữ
- Tài liệu tham khảo
Biểu tượng chân không
Biểu tượng chân không
Bảng thuật ngữ các biểu tượng thường được sử dụng trong các sơ đồ công nghệ chân không để thể hiện trực quan các loại bơm và các bộ phận trong hệ thống bơm
Bảng thuật ngữ
Bảng thuật ngữ
Tổng quan về các đơn vị đo được sử dụng trong công nghệ chân không và các biểu tượng đại diện cho gì, cũng như các đơn vị tương đương hiện đại của các đơn vị lịch sử
Tài liệu tham khảo
Tài liệu tham khảo
Tham khảo, nguồn và đọc thêm liên quan đến kiến thức cơ bản về công nghệ chân không
Biểu tượng chân không
Bảng thuật ngữ các biểu tượng thường được sử dụng trong các sơ đồ công nghệ chân không để thể hiện trực quan các loại bơm và các bộ phận trong hệ thống bơm
Bảng thuật ngữ
Tổng quan về các đơn vị đo được sử dụng trong công nghệ chân không và các biểu tượng đại diện cho gì, cũng như các đơn vị tương đương hiện đại của các đơn vị lịch sử
Tài liệu tham khảo
Tham khảo, nguồn và đọc thêm liên quan đến kiến thức cơ bản về công nghệ chân không