Вакуумные камеры были спроектированы для того, чтобы создавать уникальные «чистые» условия во время проведения опытов, то есть для полного разделения рабочей и внешней среды, или для изолирования любых технологических процессов от внешней среды.
Навигация:
Вакуумная камера — основа вакуумной системы, к которой предъявляются серьезные требования:
- вакуумная камера должна обеспечивать номинальные значения остаточного и парциального давления (p0 и pi) во время техпроцесса;
- вакуумная камера должна обеспечивать требуемые условия техпроцесса в определенное время t.
Для выполнения обязательных правил на стадии планирования вакуумной системы определяется поток откачиваемого газа Q, зная значение которого, затем рассчитывается быстрота откачивания газа системой S0 и производится выбор насосов, которые, в свою очередь, обеспечивают необходимые значения S0, p0, pi и t. Для вычисления числа Q нужно знать количество VBi, площадь величины FH, которая находится в вакууме, так же материал, из которого изготовлена камера, температуру и другие параметры, которые характерны для вакуумной системы.
Вакуумные камеры в зависимости от предъявляемых требований разделяют на следующие:
- низковакуумные камеры;
- высоковакуумные камеры;
- сверхвысоковакуумные камеры.
Существует также правило по «чистоте вакуума», то есть допустимость присутствия или отсутствия в остаточном газообразном веществе углеродосодержащих частиц. Чтобы получить чистый и сверхвысокий вакуум камеры предварительно прогреваются, что может привести к появлению температурных напряжений, поэтому, к ряду составных элементов вакуумной системы предъявляются особые требования по теплу.
Существует 2 вида камер:
- камеры, которые прогреваются;
- камеры, которые не прогреваются.
Материалами для изготовления вакуумных камер служат металлы, но в лабораториях нередко используется и стекло.
Составными частями вакуумных камер являются:
- днища;
- фланцы;
- обечайки;
- крышки;
- патрубки.
Для соединения составных элементов вакуумных камер, обеспечения надежности и герметичности также используется арматура для вакуумных систем, т.е. вакуумная арматура. При особых требованиях по обеспечению закрытости вакуумных систем может быть использована вакуумная арматура стандарта kf, арматура вакуумная с электромеханическим приводом или же специальная вакуумная арматура. Каталог, как и стоимость вакуумной арматуры и соединений находятся в свободном доступе в Интернете. Продается вакуумная арматура стандарта kf в розницу. Москва предоставляет широкий выбор данных соединителей.
Для уменьшения потерь может быть использовано уплотнение вакуумной арматуры паровой турбины. Для управления потоком рабочей среды используется вакуумная запорная арматура. Также существует и другое разнообразное вакуумное оборудование. Арматура, являясь вспомогательным элементом системы, также подвержена большим нагрузкам.
Составные части вакуумной камеры
Днище, связанное с обечайкой, является связующим элементом вакуумной камеры. Днище — деталь камеры, неразъемная с обечайкой, ограничивающая устройство с любой стороны. Форма днища делается от формы сопрягаемой обечайки, технологических требований. Форма может быть самой разнообразной:
- сферической;
- круглой;
- плоской;
- эллиптической;
- конической.
Эллиптические днища, которые штампуются из листового металла, наиболее характерны для цилиндрических обечаек, т.к. они лучше воспринимают давление. Если же техпроцесс не позволяет применить эллиптическое днище, то можно использовать коническое днище, для которого характерна особая вакуумная арматура, купить которую можно вместе со всеми компонентами, необходимыми для сборки вакуумной камеры. Конусные днища практически не используются.
Плоские днища имеют значительный недостаток — они обладают большой толщиной, что ведет к увеличению расхода материала в 3-5 раз. Для уменьшения расхода материала используются радиальные ребра жесткости. Однако, камеры с плоским днищем обладают наименьшими габаритами и просты в изготовлении, не требуя особой оснастки на заводе-изготовителе.
Крышка отличается от днища тем, что является разъемным главным элементом вакуумной камеры. Форма крышки в большинстве случаев зависит от формы и предназначения камеры. Обычно крышку непрогреваемой камеры соединяют с обечайками с помощью стандартных уплотнений. Также крышки большого диаметра могут быть приварены к обечайке при помощи лепесткового уплотнения. При единичном изготовлении крышки изготовляют при помощи точения, а при массовом — при помощи сварки стандартных днищ и выпуклых фланцев.
Нагрев камеры и ее охлаждение
Множество проведенных экспериментов свидетельствуют о том, что оптимальной температурой прогрева камеры является значение ~ +300 градусов по Цельсию. Наибольшее распространение получили наружные нагреватели. Так, коробчатый нагреватель имеет несложную конструкцию, состоящий из асбоцементных плит и спирального нагревателя. Наружный нагреватель, состоящий из проволоки из нихрома и керамических трубок, является более удобным и компактным.
Из-за особых требований, предъявляемых к вакуумным камерам, нагреватели могут быть размещены во внутреннем пространстве камеры, при этом, не загрязняя внутренний прогреваемый объем. Кабели КНМС используются для данной задачи самым удачным способом. Однако, при выводе подобных кабелей из камеры, могут возникнуть небольшие трудности.
Прочностной расчет камеры
Цилиндрические обечайки, которые рассчитаны на прочность при воздействии на них постоянного внешнего давления могут иметь «невидимые» опасные дефекты, которые могут привести к разрушению оболочки. Данное явление называется устойчивостью обечайки, а деформация обечайки или ее разрушение — потерей устойчивости обечайки. Существует понятие критического давления — это давление, при котором обечайка искажает свою начальную форму и теряет устойчивость. Величина критического давления определяется в зависимости от геометрии, физических и механических свойств материала обечайки.
Расчет на прочность цилиндрической обечайки представляет собой определение максимального допускаемого внешнего давления, которое она выдерживает без потери устойчивости.
