Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. БауманаМосковский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана

Разработка быстродействующего высоковакуумного натекателя с блоком

управления и исследование динамических характеристик вакуумной

системы

Научный руководитель: к.т.н., доцент Невшупа Р.А.

Научный консультант: аспирант Савранский В.В.

Разработка быстродействующего высоковакуумного пьезонатекателя и исследование динамических характеристик вакуумной системы

Актуальность работы

- Проведение анализа быстропротекающих процессов газовыделения в вакууме (газовыделение при трении, система диагностики, технологические процессы, и др.)

- Учет влияния динамики вакуумной системы

- Проверка математических моделей

Разработка быстродействующего высоковакуумного пьезонатекателя и исследование динамических характеристик вакуумной системы

Цель работы

Разработка быстродействующего высоковакуумного натекателя и исследование динамических характеристик вакуумной системы

Разработка быстродействующего высоковакуумного пьезонатекателя и исследование динамических характеристик вакуумной системы

Задачи:

1. Разработать натекатель, способный напускать газ в вакуумную камеру в виде коротких импульсов прямоугольной формы.

2. Провести серию экспериментов с напуском газа в вакуумную камеру для проверки модели.

3. Провести анализ полученных экспериментальных данных и сравненить их с созданной ранее математической моделью.

Разработка быстродействующего высоковакуумного пьезонатекателя и исследование динамических характеристик вакуумной системы

Виды натекателей

На данных чертежах представлены схемы наиболее распространённых натекателей: слева – тарельчатый натекатель, в середине – игольчатый натекатель, справа - пьезонатекатель.

Разработка быстродействующего высоковакуумного пьезонатекателя и исследование динамических характеристик вакуумной системы

Экспериментальные исследованияИсследование динамики вакуумной системы. Оборудование

(Пьезонатекатель).

1-корпус;2-пьезостолбец; 3-шток;

4-крышка; 5-клеммы;

6-уплотнительное кольцо; 7-стопорный винт; 8-тарельчатая пружина;

Использована конструкция натекателя, разработанного д.т.н. Авдиенко А.А. компания ОАО «МЭТИС».

Разработка быстродействующего высоковакуумного пьезонатекателя и исследование динамических характеристик вакуумной системы

Экспериментальные исследованияИсследование динамики вакуумной системы. Оборудование

(Блок управления).

Разработка быстродействующего высоковакуумного пьезонатекателя и исследование динамических характеристик вакуумной системы

Расчёт времени импульса и времени паузы.

Тимп

0

2

4

68

10

12

14

16

0,41

9,64

8,87

48,1

97,3

46,6

95,8 45

94,3

43,5

Rимп

Тпауза

02468

1012141618

509

476

443

10,3

77,4

44,6

11,8 79

46,2

13,3

80,5

47,7

14,9

2,05

9,23

Rпаузы

Разработка быстродействующего высоковакуумного пьезонатекателя и исследование динамических характеристик вакуумной системы

Экспериментальные исследованияИзмерение быстроты откачки

методом постоянного давления

Схема установки для измерения быстроты откачки методом постоянного давления: 1-откачиваемая камера; 2-бюретка; 3-вентиль(натекатель); 4-вакууметр; 5-магниторазрядный насос;

V1

V2

V3

V4

PC

12 5

6

9

8

1 0

7

4

3

1 3

1 2

11

Разработка быстродействующего высоковакуумного пьезонатекателя и исследование динамических характеристик вакуумной системы

Экспериментальные исследованияИсследование динамики вакуумной системы.

Измерение быстроты откачки.

S=Kб.nt/(p.t)

Где S-быстрота откачки; nt-количество делений, на который поднялся уровень масла за время t; p-давление в вакуумной камере; Кб-коэффициент бюретки, который измеряется по следующей формуле:

Kб=pатм.V1

где pатм-атмосферное давление; V1-объём одного давления.

Разработка быстродействующего высоковакуумного пьезонатекателя и исследование динамических характеристик вакуумной системы

Экспериментальные исследованияИсследование динамики вакуумной системы.

Измерение быстроты откачки.Давление в вакуумной системе, 10-3Па

1,33 1,596 1,729 1,995 2,128 2,394 2,66 3,99

Быстрота откачки, л/с 76,1 67 56,2 66 61,8 73,8 69,9 79,1

Постоянная времени, с 0,53 0,60 0,72 0,61 0,65 0,55 0,58 0,51

1,0 1,5 2,0 2,5 3,00

20

40

60

80

100

S, l/s

p, 10-3 Па

Разработка быстродействующего высоковакуумного пьезонатекателя и исследование динамических характеристик вакуумной системы

Экспериментальные исследованияИсследование динамики вакуумной системы. Схема вакуумной

системы.

V1

V2

V3

V4

PC

12 5

6

9

8

1 0

7

4

3

1 3

1 2

11

Разработка быстродействующего высоковакуумного пьезонатекателя и исследование динамических характеристик вакуумной системы

Экспериментальные исследования Напуск сухого воздуха.

1 ,5

2

2 ,5

3

0 5 0 1 0 0 1 5 0

р u

А

р (

10П

а)-3

Up

z

t (с )

р m a x

р m in

Изменение давления при регулируемом напуске сухого воздуха как функции длительности импульса b для значений b=0,5; 4; 8; 15 с, при постоянном периоде Т=16 с.

а)

б)

Изменение давления в вакуумной системе при напуске импульсов газа

Управляющие импульсы пьезонатекателя, соответствующие импульсам газовыделения

Разработка быстродействующего высоковакуумного пьезонатекателя и исследование динамических характеристик вакуумной системы

Математическая модель

VSb /

VSTT t /

1)/exp(

)/exp(

1)/exp(

1)/exp(

VbS

VST

VST

VbSA t

t

А-амплитуда; - безразмерный аналог b (длительность импульса); Т- безразмерный аналог Тt(период между пиками).

0 5 1 0 1 5

0 , 2

0 , 4

0 , 6

0 , 8

1 , 0

A

b (c )

Т

b

Разработка быстродействующего высоковакуумного пьезонатекателя и исследование динамических характеристик вакуумной системы

Выводы

• Разработан пьезонатекатель с системой управления для импульсной подачи газа в вакуумную камеру, который показал хорошую работоспособность.

• Экспериментально методом постоянного давления была определена быстрота откачки в диапазоне давлений от 1 до 3*10-5 Па, которая составила 71 л/с.

• Проведены экспериментальные исследования, которые в целом подтверждают выдвинутые ранее теоретические предположения о поведении давления при импульсном газовыделении в

зависимости от изменения длительности импульса.

Разработка быстродействующего высоковакуумного пьезонатекателя и исследование динамических характеристик вакуумной системы

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!