Вакуумные системы Вакуумная система ВС совокупность взаимосвязанных

Вакуумные системы Вакуумная система (ВС) – совокупность взаимосвязанных устройств для создания, повышения и поддержания вакуума, приборов для вакуумных измерений, а также откачиваемых сосудов и связывающих их вакуумных трубопроводов. Элементы вакуумных систем: • Вакуумные камеры. • Трубопроводы. • Запорно-регулирующая аппаратура. • Герметичные вакуумные соединения - разъемные соединения; - неразъемные соединения. Типовая вакуумная система: 1–рабочий объем; 2– высоковакуумный насос; 3–затвор; 4–ловушка; 5 -8 – вакуумметр; 9 – форвакуумный насос; 10, 11 – клапаны, 14 - натекатель, 12 - байпасный клапан 1

Требования, предъявляемые к вакуумным системам: • Вакуумная система должна обеспечить требуемую быстроту откачки объема. Для этого она должна иметь определенную проводимость, а применяемое средство откачки должно обладать необходимой быстротой действия. • Вакуумная система должна обеспечивать получение рабочей среды с заданными параметрами. К таким основным параметрам относятся общее давление и состав остаточных газов, скорость газовыделения внутренних поверхностей вакуумной системы и ее элементов, скорость накопления отдельных газов и паров. Для удовлетворения этого требования вакуумная система должна быть, прежде всего, герметичной. • Вакуумная система, используемая в автоматизированном технологическом оборудовании, должна быть оснащена автоматизированными элементами (клапанами, вакуумметрами и т. д. ). • Вакуумная система должна быть высоконадежной при эксплуатации и иметь большой межремонтный период. 2

Вакуумные камеры По функциональному назначению вакуумные камеры можно разделить на 4 группы: • Камеры ввода-вывода, предназначенные для загрузки, выгрузки и транспортировки обрабатываемого объекта; • Предварительные (подготовительные) камеры, предназначены для подготовки поступающих материалов к основному технологическому узлу (очистка, дегазация, нагрев и т. д. ) • Шлюзовые камеры, предназначены для создания или последовательного понижения давления; • Рабочие камеры, предназначенные для осуществления основного технологического процесса. 3

Вакуумные камеры состоят из: - обечайка (кожух); - крышка; - днище; - патрубки и фланцы. 4

5

Вакуумные трубопроводы Рис. Конструктивные формы трубопроводов: а–жесткий трубопровод; б–изогнутый трубопровод; в–сильфон гидроформованный Длина трубопровода обычно назначается из конструктивных соображений, связанных с удобством размещения элементов в каркасе вакуумной установки. Диаметр трубопровода определяют при проектировочном расчете исходя из требований к его проводимости. Вакуумные трубопроводы должны выдерживать атмосферное давление без разрушения или потери устойчивости. 6

7

Переходники для вакуумных трубопроводов 8

Запорно-регулирующая аппаратура Для герметичного перекрывания вакуумных коммуникаций, регулирования давлений и напусков газов в рабочий объем установок применяют различные типы запорно-регулирующей аппаратуры: затворы, краны, натекатели и др. 9

Высоковакуумные затворы Вакуумные затворы - это устройства, предназначенные для изоляции насоса путем закрытия или открытия затворного механизма. 10

Вакуумные клапаны - это устройства, предназначенные для изоляции насоса или части вакуумной магистрали, управления потоком газа или напуска газа. Клапан напуска 11

Герметичные вакуумные соединения 1) Неразъемные вакуумные соединения. Наибольшее распространение получила сварка, так как она обеспечивает получение надежных вакуумно-герметичных соединений. 12

Разъемные вакуумные соединения (фланцевое соединение) Фланец - плоская деталь квадратной или круглой формы с равномерно расположенными отверстиями для болтов и шпилек, служащая для прочного и герметичного соединения труб, трубопроводной арматуры, присоединением труб друг к другу, к машинам, аппаратам и ёмкостям, для соединения валов и других вращающихся деталей (фланцевое соединение). 13

Герметичность фланцевых соединений В разборных вакуумных соединениях необходимо обеспечить герметичность стыка двух соединяемых деталей, близкую к герметичности сплошного материала. Герметичность может быть достигнута значительно легче, если в зазор между соединяемыми материалами поместить уплотнитель, вязкость которого достаточна для заполнения неровностей при контактных напряжениях, значительно меньших предела упругости основных соединяемых материалов. Конструктивные схемы разборных вакуумных соединений с неметаллическими уплотнителями (резина, фторопласт ) Схемы уплотнений с металлическими прокладками: а – проволочная прокладка; б – плоская прокладка, работающая на срез. 14

Герметичность фланцевых соединений Соединение CF Фланцы CF бывают вращающиеся и невращающиеся, со сквозными, либо резьбовыми отверстиями под болты. Данный тип соединений используется в системах высокого и сверхвысокого вакуума. 15

Герметичность фланцевых соединений Соединение ISO Используются такие комплектующие в вакуумных системах в диапазоне давлений от низко до высокого вакуума. Дополнительным преимуществом соединений типа ISO является возможность их многократной сборки и разборки. 16

Герметичность фланцевых соединений Соединение KF Такая конструкция позволяет осуществлять быстрый и простой монтаж. Используются такие комплектующие в вакуумных системах в диапазоне давлений от низко до высокого вакуума. Дополнительным преимуществом соединений стандарта KF является возможность их многократной сборки и разборки. 17

Вакуумные материалы Вакуумная техника выдвигает к материалам ряд специфических требований: • Давление насыщенного пара материала при рабочей температуре должно быть значительно ниже рабочего давления. • Газовыделение материала при рабочем давлении и температуре должно быть минимальным. • Газопроницаемость материала в рабочих условиях должна быть минимальной. • Вакуумная герметичность при малых толщинах. • Коррозионная стойкость. • Отсутствие ползучести вплоть до температур 500– 600°С. • Немагнитность. 18

Вакуумные материалы Материалы, применяемые в вакуумных системах, в зависимости от их назначения подразделяются на 3 группы: конструкционные, специальные и технологические. 19

Течеискание Герметичность вакуумной системы – это свойство всех ее элементов и их соединений обеспечивать настолько малое проникновение (натекание) газа через них , чтобы им можно было пренебречь в рабочих условиях. Обычно натекание газа происходит через места нарушения герметичности, называемыми течами. Испытания на герметичность проводят для определения степени герметичности вакуумных установок и их элементов, а также выявления отдельных течей (течеискание). Степень герметичности вакуумных систем и их элементов характеризуется потоком воздуха через все имеющиеся в них течи (через суммарную течь), выявленным при испытаниях. Если при испытаниях натекание или утечка не зафиксированы, можно утверждать, что вакуумная система или ее элементы герметичны в пределах порога чувствительности проведенных испытаний. 20

Испытания: • Контроль качества сварных соединений Плотность швов проверяют после внешнего осмотра с помощью керосина. Испытание керосином применяют в тех случаях, когда имеется доступ к конструкции изоляции с обеих сторон, а также для контроля качества сварных швов при изготовлении блоков изоляции на поверхности. Для испытания швы с одной стороны окрашивают меловым раствором, а с другой опрыскивают керосином из керосинореза под давлением 0, 1— 0, 2 МПа. Испытания проводят дважды с перерывом в 12 ч. Так керосин обладает способностью проникать в мельчайшие поры и неплотности, то через несколько часов на окрашенной мелом поверхности в местах неплотностей выступают жирные керосиновые пятна. • Метод пробного вещества Метод пробного газа получил наиболее широкое распространение. После получения вакуума в испытуемом объекте место, проверяемое на наличие течи, обдувается пробным газом, который вместо воздуха начинает поступать в этот объект. Изменение состава остаточных газов в вакуумной системе можно зарегистрировать с помощью вакуумметра. Вместо пробных газов иногда используют пробные жидкости: спирт, эфир, бензин, ацетон. 21

• Метод опрессовки заключается в создании внутри камеры давления, превышающего атмосферное, и применение того или иного внешнего указателя места течи. Давление внутри испытуемого сосуда можно создавать при помощи газообразных веществ. Для обнаружения места течи могут служить различные явления, связанные с выходом сжатого газа из мест натекания. Так, если внутри сосуда создано повышенное давление воздуха, то в качестве указателя может служить задувание или колыхание пламени какой-либо горелки, поднесенной к негерметичному месту, или звук (шипение) выходящего газа. Но таким способом можно обнаружить только довольно крупные течи. Значительно более мелкие течи можно обнаружить, применяя в качестве указателя мыльную пленку. Мыльная пленка, попав на место течи, образует пузыри, регулярное появление которых указывает на место нарушения герметичности. • Масс-спектрометрический течеискатель К вакуумной системе присоединяется течеискатель, после чего производят обдувку системы пробным веществом, газ, проникающий через течи, регистрируется течеискателем. В качестве пробного вещества могут применяться водород, аргон и гелий. Чаще всего используется гелий. Благодаря малому содержанию гелия в атмосфере и в газах, выделяемых внутренними стенками вакуумной системы, фон, на котором регистрируется сигнал, невелик, что обеспечивает высокую чувствительность течеискателя. Малая молекулярная масса гелия обеспечивает эффективное проникновение пробного вещества через течи. 22

1 - катод; 2 - ионизатор; 3 - входная диафрагма; 4 - ионный пучок; 5 выходная диафрагма; 6 - коллектор; Н - магнитное поле; СЭ стабилизатор эмиссии; В выпрямитель, обеспечивающий напряжение, ускоряющее ионы; У- усилитель постоянного тока с выходным прибором 23

Преимущества контроля герметичности при помощи течеискания по методу масс-спектрометрии • • Исключительно высокая чувствительность, недостижимая другими методами контроля. Безопасность для испытуемого объекта и персонала (при условии использования для проверки нейтрального пробного газа (например, гелия)) Отсутствие загрязнения объекта в процессе проведения испытаний Простота автоматизации и документирования результатов испытаний, поскольку наличие течи регистрируется в форме электрического сигнала, легко поддающегося дальнейшей обработке. Высокая универсальность метода – возможность проверки объектов различного размера, объема и конфигурации, работающих как под вакуумом, так и под избыточном давлением. Высокая надежность обнаружения течей, не зависящая от физико-химических свойств материала проверяемого изделия. Высокая оперативность проведения испытаний Высокая мобильность применяемого оборудования 24