Модернизация откачной системы - Нанесение антидеструкционных покрытий на топливные и кислородные баки космических аппаратов

Имевшаяся в установке откачная система, состоящая из двух частей - высоковакуумной и форвакуумной - обеспечивала в рабочей камере остаточное давление 6,67 - 10-3 Па, что недостаточно для проведения технологического процесса нанесения антидеструкционного покрытия.

В состав откачной системы входили три вакуумных насоса (механический газобалластный насос ВН-7, паромасляный бустерный насос БН-3 и высоковакуумный паромасляный диффузионный насос Н-8Т) и средства измерения вакуума (вакуумметр ионизационный термопарный типа ВИТ2-П, манометрическая лампа ионизационного типа ЛМ-2 и манометрические лампы термопарного типа ЛТ-2).

Вакуумная система имела общую установленную мощность 13,3 кВт и обеспечивала откачку камеру до остаточного давления 6,67 - 10-3 Па за 50 минут.

Для обеспечения устойчивой работы высоковакуумного насоса он был подсоединен к бустерному вакуумному насосу БН-3. Бустерный насос был соединен с форвакуумным газобалластным насосом ВН-7 (ВН-4). На трубопроводах между этими насосами были установлены запорные вакуумные вентили, служащие для отсоединения высоковакуумной части от форвакуумной. Для быстрого перекрывания трубопроводов при аварийном отключении электроэнергии за форвакуумным насосом ВН-7 был установлен аварийный клапан с ручным управлением.

Форвакуумная часть обеспечивала в камере получение остаточного давления 0,67 Па. Для контроля остаточного давления насосов и рабочей камеры на трубопроводах вакуумной системы имеются грибки под лампы ЛТ-2 и ЛМ-2.

Принципиальная схема вакуумной модернизации до модернизации приведена на рис.16.

Рис.16. Принципиальная схема вакуумной модернизации до модернизации

Рис. 17. Принципиальная схема вакуумной модернизации после модернизации

Объем;

BL Ї ловушка а зотная.

Как уже было сказано, старая вакуумная система не могла обеспечить достижение в вакуумной камере необходимого для проведения технологического процесса давления.

Кроме того, старый механический насос не мог обеспечить давление, достаточное для запуска процесса откачки диффузионным насосом. Для решения этой проблемы применялся третий насос - бустерный, игравший роль промежуточного звена между механическим и диффузионным насосами.

Современные вакуумные наносы позволяют отказаться от применения бустерного наноса, тем самым повышая быстродействие и экономичность вакуумной системы.

Для обоснованного выбора новых вакуумных насосов необходимо оценить газовыделение в вакуумной камере в ходе технологического процесса нанесения покрытия и определить расчетное быстродействие (скорость откачки) вакуумных насосов.

Оценочный расчет вакуумной системы

1. Определение суммарного газовыделения

Исходным (и наиболее ответственным) этапом вакуумного расчета является определение газовой нагрузки или потока газа, формирующегося в объеме рабочей камеры. Расчетный газовый поток определяется на момент достижения заданного рабочего вакуума.

Вообще газовый поток, воспринимаемый вакуумным насосом во время откачки камеры, имеет множество составляющих: газовыделение из конструкционных материалов, из которых изготовлена вакуумная камера; газовыделение из узлов и элементов, расположенных в камере; газовыделение из тепловыделяющих элементов; натекание атмосферного воздуха через неплотности в разборных, сварных, паяных соединениях; и так называемое технологическое газовыделение, обусловленное интенсивным температурным воздействием на изделия в процессе вакуумной обработки.

Для данного вакуумного расчета будем полагать, что газовый поток, откачиваемый вакуумным насосом при установившемся (стационарном режиме), имеет пять составляющих:

Q = QКам + QДмс + QИи +QБак + QНат.

QКам, QДмс, QИи - Это газовые потоки, обусловленные поверхностной десорбцией из конструкционных материалов, применяемых для изготовления соответственно рабочей камеры, дуальной магнетронной системы и ионного источника; QБак - Это газовый поток, обусловленный поверхностной десорбцией из конструкционных материалов, применяемых для изготовления обрабатываемого изделия (диффузией газов, растворенных в толще изделия пренебрегаем, т. к. технологический процесс нанесения антидеструкционного покрытия предусматривает предварительную операцию отжига изделия);

QНат - это поток газа, обусловленный натеканием атмосферного воздуха через сквозные микродефекты в сварных и паяных соединениях, а также через неплотности в разборных соединениях.

QДест = qДес - АПов,

Где

QДес - Удельный поток газа, десорбирующийся с единичной поверхности материала при комнатной температуре,

АПов - Площадь поверхностей стенок камеры и устройств, "обращенных" в вакуумную полость.

Lg qДес = A - B - t

А, B - эмпирические константы,

T - время десорбции, с.

QДес = 10 (A - B - t) = = 10-3,4 = 3,98 - 10-4

Поверхность камеры складывается из поверхностей собственно камеры, ведущего к диффузионному насосу патрубка и площади области над диффузионным насосом выше затвора.

АКам = А1 + А2 + А3 = 9,8 + 0,79 + 2,07 = 12,66 [м2]

QКам = qДес - АКам = 3,98 - 10-4 - 12,66 = 0, 0066 = 66 - 10-4

АДмс = 2 АМагнетрон = 2 - 0,8 [м2]

QДмс = qДес - АДмс = 3,98 - 10-4 - 0,8 = 3,18 - 10-4

QИи = qДес - АИи = 3,98 - 10-4 - 0,31 = 1,23 - 10-4

QБак = qДес - АБак = 3 - 10-3 - 3,1 = 93 - 10-4

QНат. В данном расчете полагаем постоянным и равным величине

5 - 10-4

Q = (66 + 3,18 + 1,23 + 93 + 5) - 10-4 = 0,0168 = 1,68 - 10-2

2. Выбор вакуумных насосов

Выбор вакуумных насосов или вакуумных агрегатов производится при установившемся режиме откачки, который отличается фиксированным газовым потоком при заданном рабочем давлении.

Расчетное значение быстродействия или скорость откачки высоковакуумного насоса будет определяться выражением:

SН (расч) =

PПред. - Предельное давление газа, поддерживаемое в сечении впускного патрубка вакуумного насоса, Па;

PРаб. - Рабочий вакуум, задаваемый условиями технологического процесса.

SН (расч) = = 0,25

Подбираем вакуумный насос или агрегат так, чтобы SН (агр) > SН (расч).

Выбранный насос НД-500 имеет быстродействие 0,9 м3/с.

0,9 > 0,25 => выполняется условие SН (агр) > SН (расч).

В качестве форвакуумного выбран насос 2НВР-250Д.

Характеристики вакуумного агрегата

Марка форвакуумного насоса

2НВР-250Д

Быстродействие насоса, м3/с

0,9

Рабочий диапазон давлений, Па

10-1 - 10-3

Предельное давление, Па

1,3 - 10-5

Диаметр входного патрубка, мм

500

Марка высоковакуумного насоса

НД-500

Похожие статьи




Модернизация откачной системы - Нанесение антидеструкционных покрытий на топливные и кислородные баки космических аппаратов

Предыдущая | Следующая