WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В первой главе проводится обзор и сравнительный анализ существующих подходов к проектированию многокомпонентных вакуумных систем. При проектировании таких систем для больших технологических установок, необходимо учитывать ряд факторов, таких как: необходимость откачки больших объемов, существенное влияние газовыделения, сложность конструкции, динамическое изменение характеристик, результаты экспериментального моделирования рабочих параметров на модельных установках. Это особенно необходимо при разработке систем для ответственных приложений, где «цена ошибки» очень высока. Одним из важнейших факторов, влияющих на правильность выбора откачного оборудования, является учет значений газовыделения с поверхностей системы и натекания в нее в течение технологического процесса. Неточный учет этих параметров может повлечь за собой увеличение времени предварительной откачки до рабочего давления, а также, в наихудшем случае – невозможность проведения технологического процесса, когда выбранная откачная система не справляется с необходимым для работы газовым потоком.

В данной главе рассматриваются: метод аналогии с электрическими цепями (традиционный/Дэшмановский подход), метод Монте-Карло (пробной частицы) и метод единого универсального уравнения вакуумной техники (УУВТ).

А также проводится сравнительный анализ и обзор методов исследования газовыделения материалов в вакууме (динамический метод при откачке газа через диафрагму известной проводимости, динамический метод при откачке газа через диафрагму с изменяемой проводимостью, динамический двухпоточный метод, метод накопления) с целью выявления оптимального метода исследования уровня газовыделения для дальнейшего использования в экспериментальной установке.

В результате этого выработаны следующие рекомендации:

• для приблизительных расчетов суммарной проводимости можно применять традиционный метод;

• использование метода, основанного на универсальном уравнении вакуумной техники более эффективно, чем традиционного (Дэшмановского) подхода. Однако его применение осложняется необходимостью наличия исчерпывающих данных о характеристиках элементов, в том числе их зависимостей от рабочего давления, что ограничивает его использование компоновкой вакуумной системы из элементов с известными параметрами. При этом в отличие от метода пробной частицы, область его применения не ограничивается свободномолекулярным режимом;

• использование готовой программы, реализующей метод пробной частицы более эффективно, и вместе с тем, проще для освоения, чем проведение расчета по громоздким формулам метода единого универсального уравнения вакуумной техники.

В результате обзора и сравнительного анализа методов исследования газовыделения материалов в вакууме выявлено, что:

наиболее простым в использовании методом определения газовыделения является динамический метод при откачке газа через диафрагму известной проводимости. Его можно применять в процессе работы вакуумной системы;

самыми точными методами определения газовыделения являются метод накопления (взят в основу экспериментальной установки) и динамический двухпоточный метод.

Во второй главе осуществляется расчет сложной многокомпонентной системы (рис. 1) и фрагмента вакуумной системы (ВС) (рис. 2) для того, чтобы вы явить наилучший метод для дальнейшего использования его в методике анализа молекулярных потоков в сложных объектах.

Рис. 2. Схема фрагмента ВС Рис. 1. Схема многокомпонентной ВС Для расчета применяются методы, рассмотренные ранее в главе 1. Все элементы этих систем являются реальным вакуумным оборудованием.

Представлено описание используемого оборудования, а также проведены расчеты данных систем разными методами и сравнение полученных результатов.

Приведенное сравнение показало (рис. 3,4), что наиболее точный результат (близкий к паспортным данным), дает метод пробной частицы (ММК). Наибольшее отклонение от него дает метод расчета по аналогии с электрическими цепями (ТМ) и метод, основанный на универсальном уравнении вакуумной техники (УУВТ).

а. Расчет многокомпонентной ВС б. Расчет фрагмента ВС Рис. 3. Результаты расчетов быстроты откачки в сечениях вакуумной системы с использованием разных методов Для приблизительных расчетов суммарной проводимости можно применять традиционный метод. Использование метода, основанного на универсальном уравнении вакуумной техники более эффективно, чем применение традиционного (Дэшмановского) подхода.

Поэтому, наиболее простым и эффективным методом расчета для анализа вакуумной системы при свободномолекулярном режиме течения является метод пробной частицы.

25 Сечение Сечение а. Отклонение УУВТ от ММК б. Отклонение ТМ от ММК Рис. 4. Отклонение результатов, полученных разными методами от метода пробной частицы В третьей главе разработан и создан экспериментальный стенд (модельная установка) для определения значения уровня газовыделения различных материалов методом накопления, состоящий из вакуумной камеры, безмасляных средств откачки и измерительной аппаратуры. Рассмотрены основные особенности анализа и проектирования сложных вакуумных систем. Показано, что для более точного выявления характеристик и нюансов работы сложных технологических систем на этапе их проектирования, нужно использовать модельные экспериментальные установки. На примере проектирования вакуумной системы модельной установки (рис. 5) показаны основные факторы, которые нужно учитывать при анализе таких систем – газовыделение, сложность конструкции, динамическое изменение характеристик. Проведен анализ газовых потоков в камере на примере модельной установки. Исследована зависимость времени откачки камеры от способов присоединения высоковакуумных насосов и получена экспериментальная зависимость газовыделения от времени откачки.

Отклонение, % Отклонение, % В результате эксперимента получена зависимость давления от времени откачки p(t) (рис. 6, а), а также в результате косвенных измерений была получена зависимость газовыделения со стенок камеры (изготовлена из электрополированной нержавеющей стали) q(t) (рис.6, б). Данные, полученные в ходе эксперимента, показаны в таблице 1.

Таблица Поток со стенок Время, ч Давление, Па камеры, Па м3/(с м2) 0 6,91E-04 2,45E-0,5 3,94E-04 1,39E-1 3,21E-04 1,14E-1,5 2,74E-04 9,70E-2,25 2,34E-04 8,28E-В результате эксперимента также была исследована зависимость времени откачки вакуумной камеры 40 л для различных способов присоединения к ней (рис. 7) турбомолекулярного насоса производительностью 230 л/с. Указанные значения быстроты действия скорректированы с учетом типа присоединения. Данные, полученные в ходе эксперимента, приведены в таблице 2. Показано, что проведение расчета высоковакуумной системы без учета уровня газовыделения может дать ошибку до двух порядков величины.

1 – вакуумная камера; 2 – спиральный насос XDS10; 3 – турбомолекулярный насос EXT255; 4 – мембранный насос XDD1;

5 – широкодиапазонный преобразователь WRG серии ACTIVE; 6 – ионизационный преобразователь AIGX серии ACTIVE;

7 – преобразователь Пирани APG серии ACTIVE; 8 – клапан.

Рис. 5. Схема и внешний вид экспериментального стенда По результатам экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

• зависимость газовыделения со стенок электрополированной нержавеющей стали имеет степенной характер;

• при расчете времени откачки необходимо учитывать газовыделение со стенок камеры, поскольку при высоком вакууме (P<10-1 Па), основной вклад в газовый поток вносит именно этот компонент;

• модельная вакуумная установка позволяет на этапе проектирования получать данные, которые можно использовать при расчете анализируемой системы, и, таким образом, увеличивать точность прогнозирования ее характеристик.

3,7E-(2.5 0.9) 10-3,2E-Q=1,1e-4 t-0,2,7E-2,2E-(1.1 0.4) 10-1,7E-(0.8 0.3) 10-1,2E-7,0E-(1.4 0.5) 10-4 (1.0 0.3) 10-2,0E-0 0,5 1 1,5 2 2,Время, ч а). Газовыделение со стенок камеры от времени откачки 1,E-1,E-0,1 1 Время, ч б). Давление в вакуумной камере от времени откачки Рис. 6. Зависимость газовыделения со стенок камеры и давления от времени откачки камеры, Па*м /(с*м ) Газовыделение со стенок Давление, Па Преимуществом данной установки является то, что в ней используются современные безмасляные откачные средства, что позволяет более точно анализировать газовые потоки с поверхностей исследуемых объектов без учета влияния паров рабочих жидкостей.

Таблица Время откачки от 1 Па до 510-4 Па в минутах ТМН напрямую (S=230 л/с) 2,ТМН через сильфон (l=250; d=25 мм) Sммк=6,2 л/с 94,ТМН через переходник (l=50; d=25 мм) Sммк=20,2 л/с 28,БЕЗ УЧЕТА С УЧЕТОМ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ 0,02 2,0,84 95,0,25 29,Эксперимент Без учета газовыделения С учетом 50 газовыделения ТМН без ТМН через ТМН через переходника сильфон (l=250 переходник (S=230 л/с) d=25 мм) (l=50 d=25 мм) Sммк=6,2 л/с Sммк=20,2 л/с Рис. 7. Зависимость времени откачки камеры от способов присоединения к ней высоковакуумного насоса Четвертая глава посвящена созданию информационно-аналитической системы для сбора, представления, анализа и управления данными по газовыделению различных материалов в широком диапазоне условий (рис. 8), которая применяется при анализе имеющихся данных (существующая литература по данной тематике) и может применяться для вновь полученных результатов исследований.

Время откачки, мин Кроме того, она позволит быстро находить данные по газовыделению различных материалов в разных условиях для их учета в расчете вакуумных систем, встраивать различные алгоритмы анализа полученного спектра компонентного состава.

Даная задача является актуальной, так как даже в настоящее время не существует автоматизированных средств для ее решения – обычно используется субъективный опыт исследователя, а известные данные разрознены и могут сильно отличаться даже в одинаковых условиях.

Пятая глава посвящена моделированию молекулярных потоков в сложных объектах, разрабатываются предпосылки для построения алгоритма моделирования и сам алгоритм на базе метода пробной частицы, позволяющий анализировать неосесимметричные структуры, имеющие в своем составе произвольно расположенные в пространстве (смещенные, наклоненные) поверхности первого и второго порядков.

Материалы: нержавеющая сталь, медь, алюминий, фторопласт, резина, стекло, витон Давления до 10-8 Па, температуры от 25 до 450oC, продолжительность откачки от 30 до 150 мин.

Рис. 8. Система управления данными «ПОТОК» Для реализации данных возможностей внесены изменения и дополнения в базовые соотношения алгоритма метода. Для обеспечения работы метода пробной частицы с неосесимметричными объектами был добавлен компонент, позволяющий учитывать угловое смещение при старте с поверхностей, которые находятся под углом к продольной оси.

В ряд базовых соотношений внесены следующие изменения:

в формулы для расчета направляющих косинусов при старте с различных поверхностей (плоскость, цилиндр).

в формулу для нахождения направляющих косинусов при вылете с различных поверхностей;

в формулу для нахождения параметра t при пересечении наклоненного цилиндра (x-xc)2cos2+(y-yc)2sin2= rc2;

в формулу для нахождения параметра t при пересечении конуса (z-c)2=ctg2((x-xc)2+(y-yc)2).

В шестой главе рассматривается применение методики анализа молекулярных потоков в сложных объектах и системах на примере задачи моделирования газовых потоков вблизи космического аппарата и ее отображения с помощью одиночного регистрирующего устройства, перемещаемого с помощью телескопической штанги и поворотной платформы.

Рассматривается традиционная компоновка для экспериментальных исследований молекулярных потоков в открытом космосе (рис. 9), основные особенности, факторы формирования и изменения разреженной газовой среды вблизи космического корабля, а также основные задачи, которые необходимо решить в процессе ее мониторинга.

Полученные ранее экспериментальные данные о характеристиках собственной внешней атмосферы (СВА) позволяют говорить о применимости методов статистического моделирования (метод пробной частицы с возможными модификациями) для анализа экспериментальных данных.

Место изменения концентрации/потока частиц Концентрация/поток частиц Рис. 9. Традиционная компоновка для экспериментальных исследований молекулярных потоков в открытом космосе Разработана программа, реализующая алгоритм моделирования молекулярных потоков. В данной главе приведены результаты анализа структуры молекулярных потоков, а также проведено сравнение полученных результатов. Показана связь данной методики с регистрирующим устройством.

В результате проведенного моделирования молекулярных потоков в сложных объектах было выявлено, что полученные результаты позволяют локализовать источник газового потока с помощью одиночного регистрирующего устройства, которое может перемещаться на телескопической штанге с поворотной платформой (рис.

10). В зависимости от типа перемещения, можно определять как положение источника газового потока, так и его направление (рис. 11).

Согласовывая сигнал реального регистрирующего устройства с результатами моделирования, можно определять характер зафиксированного газового потока - фоновое газовыделение, течь через обшивку космического аппарата, «наводки» от работы корректирующих двигателей.

Рассматриваются регистрирующие устройства, которые использовались для проведения экспериментов в открытом космосе, выявлены преимущества и недостатки наиболее распространенных типов преобразователей.

3,5E-H=2;

n=3,0E-Н=2;

n=0.2,5E-Н=2;

2,0E-n=0.Н=2;

1,5E-n=1,0E-5,0E-0,0E+-100 -50 0 50 -5,0E-Рис.10. Моделирование перемещения регистрирующего устройства относиРис. 11. Зависимость доли зарегистриротельно исследуемого объекта ванных частиц от угла поворота регистрирующего устройства при различных угловых распределениях Определены принципиальные отличия данных преобразователей от тех, которые используются в вакуумных установках на Земле.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»