Опис лабораторної вакуумної установки

Лабораторна робота №1

Визначення граничного значення вакуума для дослідної установки. 4

Лабораторна робота №2

Визначення швидкост відкачки вакуумних насосів. 8

Лабораторна робота №3

Тарування приладу для безконтактного вимірювання температури /БВТ-2/ 11

Лабораторна робота №4

Виготовлення та визначення постійної часу трьохелектродної термопари. 14

Лабораторна робота №5

Визначення коефіцієнтів тепловіддачі у термосифоні 17

Лабораторна робота №6

Визначення термічного опору термосифону. 22

 

Мета лабораторних робіт: дати можливість докладно ознайомитися з роботою та характеристиками приладів і обладнання, які є об’єктом лабораторної практики: навчити техніці проведення експериментального дослідження фізичних моделей та промислових зразків теплофізичного устаткування; виробити вміння оцінити робочі характеристики та ступінь придатності досліджуваного обладнання для вирішення завдань.

До виконання лабораторних робіт студенти допускаються після засвоєння відповідного матеріалу та складання конспектів-звітів, які повинні мати опис схеми дослідної установки; короткі теоретичні відомості та таблиці для запису результатів досліду. Перед виконанням наступної роботи студенти повинні завершити оформлення попередньої роботи та здати ї на перевірку викладачеві. Студенти, які не здали звіт, до чергової роботи не допускаються. Захист звітів проводиться після завершення циклу робіт в строки, вказані викладачем.

 

Лабораторна робота №1

ВИЗНАЧЕННЯ ГРАНИЧНОГО ЗНАЧЕННЯ ВАКУУМА ДЛЯ ДОСЛІДНОЇ УСТАНОВКИ

 

Мета роботи: ознайомитися із лабораторною вакуумною установкою; ознайомитися із правилами та порядком її включення, роботи і зупинки, а також із технікою вимірювання вакууму за допомогою вакуумметра ВІТ-2; визначити граничне значення вакууму, що створюється механічним форвакуумним насосом ВН-416М та пароструменевим дифузійним насосом ЦВЛ-100С.

 

Теоретична підготовка

 

Вивчити по конспекту та технічній літературі розділи, в якій описані методи створення та вимірювання вакууму. Потрібно знати схеми, конструкції, принципи роботи механічних та пароструменевих дифузійних вакуумних насосів, а також термопарних іонізаційних вакуумметрів.

 

Основні поняття

 

В фізиці та техніці прийнято називати вакуумом стан газу, коли його тиск менший атмосферного. Для вимірювання тиску використовують різноманітні одиниці виміру:

1 Н/м² = 1Па = 1·10^-5 бар =1,01972·10^-5 кгс/см² = 0,98692·10^{-5 мм.рт.ст. = 750,06·10-5} торр

Весь діапазон тиску від атмосферного до найменшого, який можна досягти, розподіляється на чотири області: низький (10⁵…10² Па), середній (10²…10^-1 Па); високий(10^-1…10^-5 Па) та надвисокий (нижче 10^-5 Па) вакуум.

Для успішного проведення експерименту в умовах вакууму інженер-теплофізик повинен вміти створити, тривалий час підтримувати та контролювати вакуум в експериментальному устаткуванні. Це складне технічне завдання, яке потребує уміння працювати із вакуумною установкою. Створення високого вакууму полягає в швидкому видаленні газу з об’єму за допомогою вакуумних насосів. Створений вакуум необхідно підтримувати тривалий час, що є достатньо складною задачею, оскільки відбувається натікання газу у систему крізь нещільні з’єднання, а також через газовиділення із конструкційних матеріалів.

Під час роботи вакуумної установки потрібно зменшувати тиск від 10⁵ до 10^-3…10^-4 Па, тобто змінити тиск на 8-9 порядків. Таку значну зміну тиску виконують, як правило, в два кроки. Спочатку зменшують тиск від атмосферного до 1…10^-1 Па за допомогою механічного насосу попереднього вакууму. Далі зниження тиску здійснюється пароструменевим дифузійним насосом. Для одержання більш низького тиску потрібно застосовувати спеціальні вакуумні насоси та пастки.

При проектуванні вакуумних систем потрібно вірно обирати насоси. Для цього треба знати параметри цих насосів. Одним із основних параметрів вакуумних насосів є граничний тиск. Граничним тиском насоса називають такий найменший тиск, який можна досягти в насоів при його роботі без навантаження, тобто коли на вхід насосу не поступає ззовні газ або пара. Неможливість необмеженого зниження тиску обумовлена тим, що кожний реальний насос має невелике натікання (зворотній потік) газів до власного входи. Зворотній потік може складатися з пари робочої рідини, газів, які виділяються з конструкційних матеріалів або натікають з навколишнього середовища через нещільності. З пониженням тиску потік газу, що відкачується насосом зменшується, в той же час зворотній потік залишається майже незмінним. Тому настає час, коли ці потоки стають однаковими і тиск на вході залишається незмінним. Це і є граничне значення вакууму, якого може досягти вакуумний насос.

Кожна вакуумна система повинна відповідати основній вимозі – забезпечувати можливість одержання потрібного тиску в об’ємі, що відкачується. Для вимірювання низького тиску застосовують спеціальні манометри, які використовують різноманітні фізичні закономірностиі, пов’язані із тиском або густиною газу. наприклад, ВІТ-2 має два манометри: термопарний, принцип дії якого заснований на пропорційності теплопровідності і тиску газу при низькому тиску, і іонізаційний, в основі дії якого лежить пропорційність при низькому тиску (нижче 10^-1 Па) між тиском і іонним струмом (при незмінному електронному струмі).

 

Опис лабораторної вакуумної установки

 

Вакуумна одно постова установка ВОУ-1А призначена для вакуумування різноманітних приладів, розпилення у високому вакуумі, відтінення електронно-мікроскопічних об’єктів.

Установка дозволяє отримувати вакуум під ковпаком не вище 6·10^-3 Па без пастки та не вище 6·10^-5 Па при використанні азотної пастки.

Лабораторна вакуумна установка (див. рис.1.1) складається із вакуумного ковпака 1, іонізаційного 2 та теплоелектричного 3 манометрів (вони складають іонізаційно-термопарний вакуумметр ВІТ-2), азотного уловлювача 4, дифузійного насосу ЦВЛ-100С 5, форвакуумного бачка 6, форвакуумного насоса ВН-461М та п’яти кранів А, Б, В, Г, Д.

 

1 – вакуумний ковпак; 2 – іонізаційний манометр; 3 – термоелектричний манометр; 4 – азотна пастка; 5 – дифузійний насос; 6 – форвакуумний бачок; А, Б, В, Г, Д - крани

Рисунок 1.1 – Вакуумна установка

Установка зроблена в каркасній конструкцій. На столі змонтовані вакуумметр ВІТ-2, електровимірювальні прилади, сигнальні лампи та тумблери управління установкою. В правій тумбі змонтована вакуумна частина установки, управління кранами виведено на лицьову панель. В лівій тумбі змонтовані трьохфазний вимикач, регулятор напруги печі дифузійного насосу та трансформатор.