Оценка эффективности откачных систем плазменно-вакуумных насосов
|
Введение 3
Глава 1 ПАТЕНТНЫЙ ОБЗОР 6
Заключение 20
Глава 2 ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБЗОР 21
2.1 Откачные средства и контрольно-измерительная аппаратура
Механические вакуумные насосы и агрегаты 22
2.2 Струйные насосы 31
2.3 Сорбционные и конденсационные насосы и агрегаты 42
Заключение 55
Глава 3 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 56
3.1 Общая характеристика методов получения вакуума 57
3.2 Проектный расчет вакуумной системы 60
3.3 Описание и технические характеристики выбранных вакуумных
насосов 64
Заключение 69
Глава 4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 70
4.1 Характеристика отрасли 71
4.2 Анализ отрасли 73
4.3 Сравнительный анализ характеристики вакуумных насосов 79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 86
Приложение А
Глава 1 ПАТЕНТНЫЙ ОБЗОР 6
Заключение 20
Глава 2 ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБЗОР 21
2.1 Откачные средства и контрольно-измерительная аппаратура
Механические вакуумные насосы и агрегаты 22
2.2 Струйные насосы 31
2.3 Сорбционные и конденсационные насосы и агрегаты 42
Заключение 55
Глава 3 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 56
3.1 Общая характеристика методов получения вакуума 57
3.2 Проектный расчет вакуумной системы 60
3.3 Описание и технические характеристики выбранных вакуумных
насосов 64
Заключение 69
Глава 4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 70
4.1 Характеристика отрасли 71
4.2 Анализ отрасли 73
4.3 Сравнительный анализ характеристики вакуумных насосов 79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 86
Приложение А
Вакуумная техника - прикладная наука, изучающая проблемы получения и поддержания вакуума, проведения вакуумных измерений, а также вопросы разработки, конструирования и применения вакуумных систем и их функциональных элементов. В технике вакуум создают с помощью вакуумных насосов различных принципов действия.
Понятие «вакуум» (от лат. vacuum - пустота) имеет три различных значения - для техники, космических исследований и физики.
В космических исследованиях на высоте 50 000 км над поверхностью Земли давление составляет около 10-19 Па, т.е. концентрация молекул равна примерно четырем штукам в 1 см3. Такая концентрация уже близка к состоянию космического вакуума. В околоземном межпланетном пространстве концентрация атомов порядка нескольких штук в 1 см. В основном они являются компонентами солнечного ветра и поэтому ионизированы. В межзвездном пространстве, вне газовых облаков, концентрация атомов в десять раз меньше. Внутри газовых облаков она примерно такая же, как в межпланетном пространстве. Таким образом, с учетом существования космической пыли, космический вакуум - это отнюдь не пустота.
Физическим вакуумом называется пространство, в котором отсутствуют частицы вещества, и установилось низшее энергетическое состояние. Однако в вакууме экспериментально обнаружены рождающиеся и тут же исчезающие виртуальные элементарные частицы, влияющие на протекающие физические процессы.
В технике вакуумом называется состояние газа, при котором его давление ниже атмосферного. Количественной характеристикой вакуума служит абсолютное давление. Единицей измерения давления в системе СИ является 1 Па.
В зависимости от значения давления различают вакуум низкий, средний
и высокий.
Низкий вакуум характеризуется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул газа значительно меньше характерного линейного размера сосуда, существенного для рассматриваемого процесса (X <
Высокий вакуум характеризуется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул значительно превышает характерный линейный размер (X >>L). Высокому вакууму обычно соответствует область давлений от 0,1 до 10-5 Па.
Сверхвысокий вакуум характеризуется давлением газа, при котором не происходит заметного изменения свойств поверхности, первоначально свободной от адсорбированного газа, за время, существенное для рабочего процесса. Сверхвысокому вакууму обычно соответствует область давлений менее 10-5 Па.
Необходимость вакуума надо рассматривать, исходя из требований для протекающих процессов.
В электронной технике вакуум является необходимым для работы осветительных ламп, генераторных и СВЧ - приборов, телевизоров и рентгеновских трубок. В производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем широко используют вакуумные технологии для нанесения тонких пленок.
В машиностроении сварка в вакууме позволяет соединить керамику с металлом, сталь с алюминием, что невозможно в обычных условиях. В вакууме осуществляется нанесение упрочняющих покрытий на режущий инструмент, износостойких покрытий на детали машин.
Оптическая промышленность при производстве оптических и бытовых зеркал перешла с химического серебрения на напыление алюминия в вакууме.
Просветленная оптика, защитные слои и фильтры получают напылением тонких слоев в вакууме.
В легкой промышленности напылением в вакууме металлизируют пластмассу, фольгу, бумагу и ткани для получения декоративных покрытий.
В пищевой промышленности для длительного хранения и консервирования пищевых продуктов используется вакуумная сушка вымораживанием. Выпаривание в вакууме применяют при производстве сахара, при опреснении воды, солеварении. Также используют вакуумные упаковки.
В медицине вакуум применяют для сохранения лекарств, при получении ряда препаратов, в хирургии его используют для заживления ран и т.д.
Новые типы полупроводниковых структур, особо чистые материалы, сплавы, сверхпроводящие пленки, специальные покрытия изготавливаются в вакууме. Вакуум является идеально чистой технологической средой, в которой можно осуществить электрофизические процессы при изготовлении изделий микро- и нано электроники.
Понятие «вакуум» (от лат. vacuum - пустота) имеет три различных значения - для техники, космических исследований и физики.
В космических исследованиях на высоте 50 000 км над поверхностью Земли давление составляет около 10-19 Па, т.е. концентрация молекул равна примерно четырем штукам в 1 см3. Такая концентрация уже близка к состоянию космического вакуума. В околоземном межпланетном пространстве концентрация атомов порядка нескольких штук в 1 см. В основном они являются компонентами солнечного ветра и поэтому ионизированы. В межзвездном пространстве, вне газовых облаков, концентрация атомов в десять раз меньше. Внутри газовых облаков она примерно такая же, как в межпланетном пространстве. Таким образом, с учетом существования космической пыли, космический вакуум - это отнюдь не пустота.
Физическим вакуумом называется пространство, в котором отсутствуют частицы вещества, и установилось низшее энергетическое состояние. Однако в вакууме экспериментально обнаружены рождающиеся и тут же исчезающие виртуальные элементарные частицы, влияющие на протекающие физические процессы.
В технике вакуумом называется состояние газа, при котором его давление ниже атмосферного. Количественной характеристикой вакуума служит абсолютное давление. Единицей измерения давления в системе СИ является 1 Па.
В зависимости от значения давления различают вакуум низкий, средний
и высокий.
Низкий вакуум характеризуется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул газа значительно меньше характерного линейного размера сосуда, существенного для рассматриваемого процесса (X <
Высокий вакуум характеризуется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул значительно превышает характерный линейный размер (X >>L). Высокому вакууму обычно соответствует область давлений от 0,1 до 10-5 Па.
Сверхвысокий вакуум характеризуется давлением газа, при котором не происходит заметного изменения свойств поверхности, первоначально свободной от адсорбированного газа, за время, существенное для рабочего процесса. Сверхвысокому вакууму обычно соответствует область давлений менее 10-5 Па.
Необходимость вакуума надо рассматривать, исходя из требований для протекающих процессов.
В электронной технике вакуум является необходимым для работы осветительных ламп, генераторных и СВЧ - приборов, телевизоров и рентгеновских трубок. В производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем широко используют вакуумные технологии для нанесения тонких пленок.
В машиностроении сварка в вакууме позволяет соединить керамику с металлом, сталь с алюминием, что невозможно в обычных условиях. В вакууме осуществляется нанесение упрочняющих покрытий на режущий инструмент, износостойких покрытий на детали машин.
Оптическая промышленность при производстве оптических и бытовых зеркал перешла с химического серебрения на напыление алюминия в вакууме.
Просветленная оптика, защитные слои и фильтры получают напылением тонких слоев в вакууме.
В легкой промышленности напылением в вакууме металлизируют пластмассу, фольгу, бумагу и ткани для получения декоративных покрытий.
В пищевой промышленности для длительного хранения и консервирования пищевых продуктов используется вакуумная сушка вымораживанием. Выпаривание в вакууме применяют при производстве сахара, при опреснении воды, солеварении. Также используют вакуумные упаковки.
В медицине вакуум применяют для сохранения лекарств, при получении ряда препаратов, в хирургии его используют для заживления ран и т.д.
Новые типы полупроводниковых структур, особо чистые материалы, сплавы, сверхпроводящие пленки, специальные покрытия изготавливаются в вакууме. Вакуум является идеально чистой технологической средой, в которой можно осуществить электрофизические процессы при изготовлении изделий микро- и нано электроники.
В первой главе дипломного проекта рассмотрен патентный обзор.
Патенты являются действующими технологическими установками и позволяют производить экспериментальные исследования для различных технологических процессов. Изобретения относятся к области машиностроения и могут быть использованы для создания вакуумных насосов.
Во второй главе проведен информационный обзор. Рассмотрены разновидности вакуумных насосов, а также их характерные параметры: предельное (минимальное) давление, создаваемое насосом; производительность насоса - количество газа, удаляемое в единицу времени; скорость откачки - отношение производительности к давлению, измеренному во впускном сечении насоса.
В третьей главе разработаны расчеты вакуумной системы, подобраны подходящие откачные средства и рассмотрены их технические характеристики.
При рассмотрении различных типов насосов видно, что наиболее полно требованиям к идеальному откачному устройству отвечают криогенные насосы. Этот вывод подтвержден практикой: самый высокий вакуум получен с помощью криогенных насосов, только криогенные насосы дали возможность получить быстроту откачки 106 - 107 л/с и обеспечить получение сверхчистых вакуумных условий во всей области вакуума.
В четвёртой главе рассмотрены технические и эксплуатационные характеристики, а также проведена оценка эффективности откачных средств вакуумных установок.
На основе проведенного анализа было выявлено, что криогенные насосы относятся к перспективным средствам получения вакуума. Криогенный насос - единственный тип насоса, позволяющий получить очень высокий вакуум и обеспечивать сверхчистые вакуумные условия при откачке с атмосферного давления.
Патенты являются действующими технологическими установками и позволяют производить экспериментальные исследования для различных технологических процессов. Изобретения относятся к области машиностроения и могут быть использованы для создания вакуумных насосов.
Во второй главе проведен информационный обзор. Рассмотрены разновидности вакуумных насосов, а также их характерные параметры: предельное (минимальное) давление, создаваемое насосом; производительность насоса - количество газа, удаляемое в единицу времени; скорость откачки - отношение производительности к давлению, измеренному во впускном сечении насоса.
В третьей главе разработаны расчеты вакуумной системы, подобраны подходящие откачные средства и рассмотрены их технические характеристики.
При рассмотрении различных типов насосов видно, что наиболее полно требованиям к идеальному откачному устройству отвечают криогенные насосы. Этот вывод подтвержден практикой: самый высокий вакуум получен с помощью криогенных насосов, только криогенные насосы дали возможность получить быстроту откачки 106 - 107 л/с и обеспечить получение сверхчистых вакуумных условий во всей области вакуума.
В четвёртой главе рассмотрены технические и эксплуатационные характеристики, а также проведена оценка эффективности откачных средств вакуумных установок.
На основе проведенного анализа было выявлено, что криогенные насосы относятся к перспективным средствам получения вакуума. Криогенный насос - единственный тип насоса, позволяющий получить очень высокий вакуум и обеспечивать сверхчистые вакуумные условия при откачке с атмосферного давления.