Меню

Вакуумная техника электрофизических установок

Вакуумные системы и установки. Вакуумная техника. Установки напыления. Вакуумные насосы для установок и систем

Вакуумные системы, это комплекс взаимосвязанных элементов, обеспечивающих создание и поддержание заданного разрежения в определенном объеме. Все вакуумные системы разделяются по степени разрежения на системы низкого, высокого и сверхвысокого вакуума.

Кроме того, вакуумные системы

Основные компоненты вакуумных систем:

Некоторые элементы из перечисленных выше могут отсутствовать, все зависит от конкретных требований, предъявляемых к системе. Кроме того, могут дублироваться некоторые или даже все элементы, обеспечивая непрерывное поддержание заданного разрежения. Полностью автоматическая вакуумная система способна самостоятельно подключать дополнительные модули в работу, управлять запорной арматурой и постоянно поддерживать необходимую степень разрежения в заданных объемах.

Чертежи вакуумных систем в каждом конкретном случае разрабатываются с учетом требований заказчиков и должны соответствовать требованиям НТД. Они являются неотъемлемой частью любого проекта, учитывают все переменные факторы и разрабатываются обученными специалистами.

В качестве примера можно привести медицинские вакуумные системы, отключение которых может оказаться фатальным во время хирургической операции. Каждый датчик вакуумной системы такого типа обязательно дублируется, часто применяется полное дублирование системы и автономное питание. Автоматическая вакуумная система поддерживает необходимое разрежение, включая и выключая насосы, откачивающие воздух согласно показаний датчиков.

Основное применение вакуумные системы получили для:

Арматура для вакуумных систем различается на запорную, предохранительную и регулирующую. Некоторые виды регулирующей арматуры могут заменять запорную при необходимости. К запорной арматуре относится большинство вакуумных и обратных клапанов, имеющих 2 положения и обеспечивающих только отсекание (проход) рабочей среды, регулирующие и предохранительные устройства.

Рабочий макет вакуумной установки, применяемый для обучения студентов:

Вакуумная установка (напыление)

Вакуумные установки, применяемые для напыления, бывают периодического, полунепрерывного и непрерывного действия. Для массовой и серийной обработки деталей, применяются вакуумные установки непрерывного действия. Установки периодического и полунепрерывного действия могут иметь несколько загружаемых рабочих камер или одну, загружаемую несколькими позициями. Процесс напыления можно разбить на несколько операций:

  • загрузка деталей и герметизация рабочей камеры;
  • создание необходимого разрежения;
  • испарение или распыление напыляемого материала;
  • термическая обработка напыления;

Вакуумное напыление получило применение при изготовлении различных электронных плат, нанесении тонировки на стекла автомобилей и металлизации некоторых пластиков. Обычно вакуумные установки для напыления имеют в своей конструкции следующие элементы:

  • герметизируемое замкнутое пространство (рабочая камера);
  • источник испарения или распыления напыляемых материалов;
  • создающей разрежение системы, в которую входит насос и трубопроводы со всей запорной, регулирующей и предохранительной арматурой;
  • датчики, соединенные с управляющей процессом системой;
  • транспортера или другого подающего устройства;
  • дополнительных устройств (фильтров, манипуляторов, приводов, фильтрующих установок).
  • Вакуумное напыление может осуществляться с помощью:
  • катодного распыления материалов (электрический ток подается на распыляющийся катод, а так как деталь выполняет роль анода, распыленный материал напыляется на него);
  • магнетронного распыления;
  • ионно-плазменного распыления катодов;

Так как при повышении температуры поверхности обрабатываемой детали происходит отторжение наносимых частиц, поэтому очень важным является правильно организованное охлаждение. В зависимости от применяемого для создания разрежения оборудования, получает название вся установка. Например, вакуумная установка водокольцевая означает применение водокольцевых насосов при откачке газов из рабочей камеры.

Существует множество вакуумных установок, отличающихся принципом нанесения напыления, применяемым типом вакуумных насосов, степенью автоматизации, объемом и другими элементами. В качестве примера можно привести вакуумные установки УВ-24С, УВ-947, Булат-3Т, УВН-15, Магна 2М, Оратория-9 и множество других на их основе.

Схема вакуумной установки для магнетронного напыления металлов:

Оборудование вакуумных систем (арматура, фланцы, датчики)

Наиболее распространенной ошибкой при конструировании вакуумных систем является усложнение проекта и наличие множества лишних элементов. Это могут быть как лишние задвижки, повлекшие дополнительные места для герметизации, датчики, расположенные в неудобных местах и постоянно разрушаемые, фланцы, установленные там, где можно было обойтись цельной конструкцией.

Производители вакуумного оборудования в большинстве случаев изготавливают оборудование, отвечающее требованиям заказчика по производительности, максимально возможному разрежению и скорости откачки. На высокопроизводительных системах установка лишних элементов может вызвать их разгерметизацию и не обеспечить срабатывание предохранительных устройств. Поэтому, следует учесть, что вакуумная система, сконструированная непрофессионально, может быть не только неудовлетворяющей условиям эксплуатации, но и опасной для обслуживающего персонала.

Вся арматура, используемая при монтаже вакуумных систем, должна полностью соответствовать условиям эксплуатации и изготавливаться с применением соответствующих технологий. Производство вакуумного оборудования должно быть основным направлением работы предприятия, поставляющего все элементы системы.

Читайте также:  Техника безопасности штанговой установки

Датчик для работы в глубоком вакууме:

Вакуумная техника (техника создания и поддержания вакуума)

Вакуумная и компрессорная техника имеют во многом сходные свойства. Довольно часто производители компрессорного оборудования изготавливают вакуумные системы и их элементы. Производство вакуумной техники основано на дополнительных методах обработки оборудования, достижению максимальной герметизации систем.

Технологии создания и поддержания вакуума совершенствовались с течением времени. На данный момент вакуумная наука и техника позволяют создавать разрежение, соответствующее глубокому космическому вакууму.

Вертикальные и горизонтальные вакуумные насосы:

Вакуумные насосы (виды и применение)

Существует несколько применяющихся видов вакуумных насосов. Каждый из них обладает своими достоинствами и недостатками, что обеспечивает свою сферу применения.

Водокольцевой насос получил свое название из-за того, что разрежение в вакуумной системе создается при помощи постоянного кольца воды в рабочей плоски. Вал насоса расположен со смещением, благодаря чему с одной стороны насоса лопасти проходят вплотную к корпусу (не задевая его), а с противоположной стороны имеется значительное расстояние до стенки.

При вращении лопасти рабочего колеса захватывают жидкость(воду), закручивая ее в виде кольца. Действующие при этом силы трения вызывают нагрев жидкости, поэтому вода в кольце постоянно подменяется свежей. Так как отсос газа происходит с помощью водяного кольца, то большинство абразивных загрязнений откачиваемой среды отфильтровывается и выходит чистый газ.

Такие насосы очень просты в обслуживании, производят быструю откачку газов, нетребовательны к их составу, но не могут создавать глубокое разрежение, что ограничивает их применение в промышленности.

Схема работы водокольцевого насоса:

Где точка Н показывает место наивысшего сжатия откачиваемого газа (подсоединение выпускного патрубка), В – вход в насос, К – водяное кольцо.

Пластинчато-роторный насос осуществляет откачку газов за счет эксцентрично расположенного по отношению к корпусу вала. На валу имеются специальные отверстия, в которые установлены пружины. Под действием пружин лопасти постоянно прижимаются к корпусу, образуя герметичные по отношению друг к другу камеры. При вращении ротора каждая камера меняет свой объем от минимального (при этом происходит максимальное сжатие находящихся в ней газов) до максимального (создавая при этом разрежение). Для того, чтобы уменьшить трение пластин о корпус, применяется специальное масло.

Сфера применения ограничена, так как требуется фильтрующее устройство, гарантирующее отсутствие абразивных частиц в откачиваемых газах и в исходящих газах присутствуют пары масел.

Схема работы пластинчато-роторных насосов:

Форвакуумный насос может быть различного типа, например, роторно-пластинчатым, водокольцевым, золотниковым. Главной задачей таких насосов является максимально быстрое создание форвакуума (предварительного разрежения) для обеспечения работы насосов, обеспечивающих высокое разрежение. Это связано с тем, что некоторые модели насосов имеют незначительную скорость откачки при нормальном атмосферном давлении и им требуется максимально возможное разрежение для создания глубокого вакуума.

В качестве второй ступени в форвакуумных насосах применяются турбомолекулярные, паромасляные диффузные и другие виды насосов.

Насосы Рутса осуществляют откачку газовых смесей благодаря наличию двух, вращающихся синхронно, роторов. Один из роторов получает вращательное движение от двигателя, а другой приводится в действие шестеренчатой передачей, обеспечивающей синхронность вращения. Конструкция позволяет создавать даже высокое разрежение, но требует обязательной очистки поступающего в рабочую камеру газа.

Схема работы 2-хкулачкового (поз «а») и 3-хкулачкового (поз «б») насосов Рутса:

источник

Вакуумная техника электрофизических установок

Адрес : 420015, Казань, ул. Карла Маркса, д.72, корп. «В»

Понедельник — Пятница с 8:00 до 17:00

Кафедра «Вакуумная техника электрофизических установок» проводит подготовку бакалавров и магистров по направлению Технологические машины и оборудование (профиль Вакуумная и компрессорная техника физических установок, программа: Вакуумные машины и установки) для различных отраслей науки и производства.

Подготовка специалистов по этому профилю была начата на кафедре теоретических основ теплотехники, которую возглавлял заслуженный деятель науки и техники РСФСР и ТАССР, д.т.н., профессор А.Г. Усманов. Руководил курсом «Вакуумная техника» и занимался созданием новой специальности профессор К.Б. Панфилович. Был разработан и утвержден план специальности, разработаны рабочие программы учебных дисциплин, созданы основные лабораторные практикумы к ним, организованы курсовые и преддипломные практики, курсовое и дипломное проектирование, издан ряд методических пособий. Существенную помощь в организации подготовки специалистов оказало ОАО «Вакууммаш» (тогда НПО Вакууммаш). Первый выпуск специалистов-вакуумщиков состоялся в 1981г.

Читайте также:  Прайс установка и подключение встраиваемой техники

В июне 1985г. в соответствии с приказом Минвуза РСФСР курс «Вакуумная техника» выделен в самостоятельную кафедру «Вакуумная техника электрофизических установок». Первым заведующим кафедрой стал заслуженный работник высшей школы РФ, заслуженный деятель науки и техники ТАССР, д.т.н., профессор Г.Х. Мухамедзянов.

1986-90г.г. — годы становления кафедры. Кафедра обеспечивается новыми аудиториями, лабораториями, оснащается современным оборудованием и вычислительной техникой, совершенствуется методика преподавания специальных дисциплин. В состав кафедры с 1986г. входит филиал, действующий на базе ОАО «Вакууммаш» — головной организации в стране в области вакуумной техники и технологии.

С февраля 2001г. кафедру возглавил профессор В.А. Аляев, один из первых выпускников кафедры. В настоящее время в учебном процессе кафедры занято четыре профессора, восемь доцентов, один старший преподаватель и ведущие специалисты ОАО «Вакууммаш».

Лабораторный практикум проводится по 14 дисциплинам на 72 действующих стендах и установках в 8 специализированных лабораториях кафедры и филиале с использованием современного оборудования, технологий и приборов. Лабораторные работы, проводимые на промышленных установках, позволяют отрабатывать новые технологии с последующим внедрением в промышленность.

Большая часть курсовых и дипломных проектов выполняется по заявкам промышленных предприятий. Учебный план предусматривает непрерывную, в течение всех лет обучения, работу студентов с компьютерной техникой. На кафедре создан дисплейный класс, оснащенный современной вычислительной техникой. В процессе обучения студенты широко используют современные пакеты Solid Edge, MathCAD, Mathematica и AutoCAD.

Кафедрой подготовлено более 900 специалистов. Каждый пятый из них получил диплом с отличием. Выпускники кафедры работают на предприятиях ОАО «Вакууммаш», КОМЗ, ГИПО, «Элекон», «Радиоприбор», «Компрессормаш», предприятиях авиационной и химической промышленности, ближнего и дальнего зарубежья.

Научная деятельность кафедры, в основном, сосредоточена в области прикладных задач: исследование и разработка методик расчетов двухроторных и кулачково-зубчатых насосов, отработка технологий нанесения защитных покрытий, исследование термодинамических и теплофизических свойств жидких металлов и органических жидкостей. Подготовка кадров высшей квалификации осуществляется через аспирантуру и докторантуру.

источник

Каталог оборудования

Вакуумная техника — техника получения, поддержания вакуума и проведения вакуумных измерений [1] в вакуумных камерах технологического производственного и аналитического оборудования, а также в вакуумных системах ускорительной и термоядерной техники, имитаторах космического пространства.

Характер и интенсивность протекания физико-химических процессов зависит от содержания молекул газа в среде, в которой эти процессы протекают. Создаваемые разреженные среды в вакуумных камерах технологического оборудования должны либо исключать воздействие атмосферных газов на реализацию процессов, либо сводить эти воздействия к минимуму. В области управляемого термоядерного синтеза наряду с формированием дейтериево-тритиевой плазмы, возникают проблемы подготовки и переработки топлива, создания единого вакуумно-тритиевого комплекса для наработки трития, его сепарации и защиты окружающей среды.

Широкое распространение вакуумная техника получила в смежных областях промышленности, позволяя создавать материалы с новыми качествами в металлургии, машиностроении, пищевой и медицинской промышленности и других отраслях промышленности Диапазон давлений, создаваемый в вакуумных камерах технологических и аналитических установок, имитаторов космического пространства, ускорителей и термоядерных комплексов охватывает от 105 до значений меньше 10 -11 Па, что превышает 16 десятичных порядков. Для решения этих проблем используются различные типы вакуумных насосов, разнообразные методы вакуумметрии и масс-спектрометрии, цельнометаллическая вакуумная арматура, камеры имитаторов космического пространства с объемами превышающими 100 м 3 . Загрузка обрабатываемых изделий в вакуумную камеру осуществляется через загрузочные люки или шлюзы, которые герметизируются с помощью фланцев или затворов. Передача различных воздействий на изготавливаемый объект, а также съем информации о параметрах технологического процесса осуществляется с помощью вакуумных вводов, расположенных на вакуумной камере.

Типовые вакуумные системы представлены на рис. 1(a,b). Основное отличие двух представленных схем заключается в применении высоковакуумных насосов, использующих либо газоперекачивающий (рис. 1a) либо газоулавливающий принцип (рис. 1b) удаления газа. Как правило, все вакуумные системы состоят из типовых вакуумных элементов. Это — вакуумные насосы , вакуумметры , камеры, клапана, затворы, трубопроводы с фланцевыми соединениями , течеискатели и масс-спектрометры . Вакуумная камера строится исходя из решаемых технологических или научных задач. Камера комплектуется различными вакуумными вводами , обеспечивающими передачу в вакуумную камеру и из нее механических перемещений и усилий, а также передачу электрических и оптических сигналов, иллюминаторами для визуального контроля процесса.

Читайте также:  Вакансии мастера по установке бытовой техники


Рис.1. Принципиальные вакуумные схемы типовых высоковакуумных установок: a- высоковакуумная откачка осуществляется газоперекачивающим насососом; b- высоковакуумная откачка осуществляется газоулавливающим насосом. На схемах приняты следующие обозначения: CV вакуумная камера; HVP – высоковакуумный насос; G – течеискатель; NI- механический форвакуумный насос на схеме a и вакуумный насос предварительного разрежения на схеме b; PT1- тепловой вакуумметр; PM1- широкодиапазонный вакуумный датчик; S1- масс-спектрометр; VП-клапан угловой; V – затвор; DV- ввод вакуумный; AB- сильфонный вакуумный шланг.

На схеме a в качестве высоковакуумного газоперекачивающего насоса используется либо паромасляный диффузионный насос , либо высоковакуумный турбомолекулярный (гибридный) насос . Откачная система, построенная на высоковакуумном турбомолекулярном насосе с магнитным подвесом ротора и сухим форвакуумным насосом , обеспечивает безмасляную откачку камеры. Использование турбомолекулярных насосов с нижним смазываемым подшипником или паромасляного диффузионного насоса обеспечивает безмасляную откачку при реализации специальных методических приемов и использовании защитных ловушек:

  • запуск турбомолекулярного насоса следует осуществлять при давлении в вакуумной камере превышающем 1 мбар, а при остановке напускать в насос газ через клапан продувки;
  • между паромасляным насосом и откачиваемой камерой размещать защитные ловушки, охлаждаемые до температуры ниже 90 К.

Высоковакуумная откачка по схеме b осуществляется газоулавливающим насосом. В качестве газоулавливающего насоса, применяются либо магнитный электроразрядный насос , либо вакуумный криогенный насос.

При использовании высоковакуумного турбомолекулярного (гибридного) насоса вакуумная система может быть упрощена за счет исключения линии байпасной откачки с клапаном VП1 , а также затвора V между камерой и турбомолекулярным насосом. Использование масс-спектрометра связано с необходимостью контроля состава газовой среды, обеспечивающей реализацию технологического процесса или для контроля его протекания путем оценки газовых потоков, сопровождающих процесс. Течеискатель G соединен с вакуумной системой установки постоянно, либо подсоединяется к ней на время поиска течи. Применяются и более сложные вакуумные системы, в которых загрузка изготавливаемого изделия в рабочую камеру осуществляется через шлюз. В этом случае используются устройства, герметично перекрывающего шлюзовую и рабочую камеры и механизмы перемещения изделия между этими камерами , создается дополнительная вакуумная система для откачки шлюзовой камеры. Работа высоковакуумного насоса, начинается после предварительной откачки камеры до давления 0,005 ….0,1 мбар. Откачка камеры осуществляется через клапан VП3 газоперекачивающим форвакуумным насосом. Режим высоковакуумной откачки газоперекачивающего насоса осуществляется в тандеме с форвакуумным насосом через клапан VП4. Газоулавливающий насос в режиме высоковакуумной откачки работает при закрытых клапанах VП3 и VП4 и открытом затворе V. Откачка газоулавливающего насоса через клапан VП4 осуществляется при его регенерации.

При откачке периодически вскрываемых вакуумных камер, между ними газоулавливающими насосами следует устанавливать затвор. Для оперативного выхода на высокий вакуум магнитного электроразрядного насоса рекомендуется предварительную откачку с атмосферы осуществлять в два этапа: до давления 1 мбар – механическим насосом и далее до давления 10 -4 мбар криосорбционным насосом, эффективно удаляющим пары воды. Практика показывает, что при таком сочетании насосов, время выхода магнитного электроразрядного насоса на режим высоковакуумной откачки (10 -7 мбар) не превышает 4-х минут. Давление в вакуумной камере устанавливается в результате действия ряда конкурирующих процессов. С одной стороны откачка газа насосом, а с другой поступление газа в результате натекания через неплотности, газовыделения поверхностей камеры и газовыделения в результате реализации технологических процессов.

Зависимость давления в вакуумной камере от этих параметров выражается формулой:
(2)
где ΣQ — суммарное газовыделение в вакуумной камере, м 3 Па/с;
Sэ — эффективная быстрота действия вакуумного насоса, м 3 /с.
(3)
где U – проводимость коммуникаций, соединяющих насос с камерой, м 3 /с.
На практике при построении вакуумной системы необходимо выполнять следующее условие:
(4)

Исходя из особенностей реализуемого технологического процесса, для оптимального выбора быстроты действия вакуумного насоса, обеспечивающего заданного давление необходимо чтобы:

  • суммарное натекания и газовыделения с поверхностей камеры было меньше технологического газовыделения в (10…100) раз;
  • проводимость коммуникаций между насосом и камерой была максимальной.

Первое достигается созданием камеры с необходимой герметичностью и минимальным газоотделением ее внутренних поверхностей. Второе обеспечивается либо подсоединением насоса непосредственно к камере, либо установкой между ними шиберного затвора.

источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector