Выбор электронной пушки и расчёт основных ее элементов

Тип:
Добавлен:

Министерство Образования Российской Федерации

Московский Энергетический Институт

(технический университет)

Кафедра технологии металлов

Курсовой проект по курсу:

Проектирование специализированного оборудования и оснастки для обработки материалов КПЭ

Тема проекта: Выбор электронной пушки и расчёт основных ее элементов

Студент: Коссе И.М.

Группа: С-10-09

Руководитель: Рыжкин Р.А.

Москва 2012

Содержание

Задание на курсовое проектирование

Введение

. Выбор электронной пушки

. Расчет проволочного прямонакального катода

2.1 Цель расчета катода

.2 Справочные данные

2.3 Расчет проволочного прямонакального катода, выполненного из тантала

.4 Сравнительный анализ параметров катодов из вольфрама и тантала

. Расчет параметров фокусирующей катушки

4. Выбор насосов вакуумной системы и ее схемы для откачки электронной пушки

.1 Выбор схемы откачки

4.2 Выбор насосов вакуумной системы

4.2.1 Определение суммарного газового потока натекающего в электронную пушку

.2.2 Определение быстроты откачки

.2.3 Выбор высоковакуумного насоса

.2.4 Выбор насоса предварительного разряжения

4.2.5 Расчет времени откачки электронной пушки

.2.6 Графическая проверка выбора вакуумных насосов и определение совместности их работы

Заключение

Список литературы

Задание на курсовое проектирование

по курсу: Проектирование специализированного оборудования и оснастки для обработки материалов КПЭ

Тема проекта: Выбор электронной пушки и расчёт основных ее элементов

Содержание задания:

. Выбрать электронную пушку (из имеющихся в литературе) для выполнения технологического процесса - сварка; привести схему - чертеж и описание конструкции.

. Выполнить расчет проволочного прямонакального катода из вольфрама и для сравнения из тантала. Разработать конструкцию катодного узла.

. Рассчитать основные параметры фокусирующей катушки.

. Выбрать насосы вакуумной системы и ее схему для откачки пушки.

Объем проекта (минимальный):

  • графическая часть - 2 листа формата А1;
  • пояснительная записка - не менее 20 страниц формата А4.

Исходные данные: ЭП для сварки, проволочный прямонакальный катод,

Uуск=45 кB; I=200 мA.

Введение

Электронно-лучевая установка - это технологическая машина для обработки материалов с помощью электронного пучка. Его формирование осуществляется в специальном устройстве, называемом электронно-лучевым генератором или электронной пушкой, для чего используют электрические и магнитные поля. Пучок представляет собой ускоренный поток электронов. Плотность мощности, достигаемая в нем … Вт/см2, позволяет отнести его к концентрированным потокам энергии, которые обеспечивают быстрый нагрев, плавление и испарение материалов.

В определенном смысле, в силу его свойств и широкого спектра технологических возможностей, пучок электронов можно считать идеальным термическим инструментом для обработки материалов. Это подтверждается преимуществами пучка по сравнению с лазерным лучом и плазменной дугой, такими как:

высокий эффективный К.П.Д. нагрева (0,9…0,98);

большая концентрация мощности в пятне нагрева (у лазерного луча достижимы на порядок большие значения);

хорошая управляемость мощностью, распределением плотности мощности в пятне нагрева и положением самого пятна;

вакуумная защита зоны обработки (достоинство, приводящие к значительному усложнению технологической установки).

. Выбор электронной пушки

К высоковольтным пушкам относятся все пушки, созданные в ФРГ К. Штейгервальдом. Особое внимание Штейгервальд уделяет созданию ряда типовых электронно-лучевых пушек для сварки и размерной обработки, а также специализированных пушек и аппаратуры управления лучем, считая, что пушки, источники питания и аппаратура управления лучем являются автономными блоками и могут использоваться на любой установке.

Сварочные пушки К. Штейгервальда работают при ускоряющем напряжении до 150 кВ. В качестве прототипа была выбрана электронная пушка К. Штейгервальда [1] мощностью 9 кВт (Uуск=45 кВ; I=200 мА). Отличием новой конструкции является модификация катодного узла. Электронная пушка представлена на рис.1.

Данная электронная пушка отвечает следующим требованиям:

а) быстрая замена катодного узла без разборки всей пушки и последующей юстировки электронно-оптической системы;

б) возможность работы в любом пространственном положении, для чего высоковольтный ввод выполнен без масляной изоляции;

в) блочная структура конструкции позволяет легко приспосабливать пушку к изменяющимся условиям производства.

Формирование пучка происходит в электронно-лучевой пушке. Источником электронов является термоэмиссионный катод, который выполнен из тантала. Катодный узел (2) и управляющий электрод (3) закреплены на высоковольтном изоляторе (4). На некотором расстоянии от катода находится анод (5), выполненный в виде массивной детали с отверстием на оси, которая крепится на корпус электронно-лучевой установки. Между катодом и анодом прикладывается ускоряющее напряжение 45 кВ. Ускоряющее напряжение разгоняет эмитированные электроны, которые пройдя отверстие в аноде в дальнейшем движутся по инерции. Фокусирование электронного пучка происходит с помощью фокусирующей системы (7), которая выполнена в виде магнитной линзы- соленоида, создающего магнитное поле специальной формы. Фокусирующая система изменяет траекторию пролетающих электронов, при этом пучок сходится на изделии и обладает высокими удельными энергетическими показателями. Отклоняющая система содержит две пары отклоняющих катушек (8), расположенных во взаимно перпендикулярных направлениях, и отклоняющих сфокусированный пучок по изделию.

В этой пушке для смены катода нужно освободить токопровод от уплотнителей, открыть верхнюю крышку корпуса (1), извлечь сменный катодный узел и установить новый. Конструкция катодного узла, чертеж которого приведен на рис.2, и высокая точность его изготовления обеспечивают попадание луча в ту же самую точку, что и до смены катодного узла. Лучепровод пушки (6) снабжен вакуумным затвором (9), позволяющим перекрывать область катодного узла при сварке в промежуточном вакууме. С целью поддержания в области катодного узла высокого вакуума (примерно мм. рт. ст.) пушка снабжена дифференциальной системой откачки.

Катодный узел является одним из основных функциональных элементов электронно-лучевой установки, т.к. от его стабильной работы (постоянство эмиссии электронов) зависит успех технологического процесса.

Рис.1. Модифицированная электронно-лучевая пушка Штейгервальда

Рис.2. Конструкция катодного узла

. Расчет проволочного прямонакального катода

.1 Цель расчета катода

Целью расчета катода является определение, с учетом конкретной конструкционной схемы и материала, его геометрических размеров и электрических параметров источника накала, которые обеспечивают заданную силу тока эмиссии катода. В свою очередь, ток эмиссии катода определяет значение тока электронного пучка для пушки, использующей данный катод.

Суть расчета заключается в вычислении электрических и геометрических параметров катода при различных температурах. Данная методика расчета проволочного прямонакального катода приведена в учебном пособии [1].

.2 Справочные данные [1]

Таблица 2.1

Таблица 2.2

Поправки на охлажденные концы катодов из W и Ta:

Т, К2200230024002500260027002800∆Uн, В0.2150.2250.2370.2480.2590.2690.280∆Uе, В0.8180.8550.8900.9300.9701.0101.050

2.3 Расчет проволочного прямонакального катода, выполненного из тантала

Таблица 2.3

Константы и теплофизические свойства тантала при Т = 2200°С [1]

Наименование параметраОбозначение и размерностьЗначениеЭмиссионная постоянная Ричардсона-ДэшманаА, Работа выхода электронаеj, ДжПостоянная Больцманаk, Интегральный коэффициент излученияe0.22Удельное сопротивлениеr, Удельная скорость испаренияm, Постоянная Стефана- Больцманаs, Температура плавленияТпл, К3300

Расчет единичного катода

Гипотетический единичный катод - это катод, у которого длина и диаметр равны используемой единице длины.

В соответствии с рекомендациями [1], расчёт начинаем с вычисления параметров единичного катода :

Достижимая плотность тока термоэлектронной эмиссии нагретого тела (плотность тока насыщения) зависит от температуры по закону Ричардсона - Дэшмана:

(2.1)

где Т - температура нагрева;

Удельное излучение с поверхности (величина, определяемая теплофизическими характеристиками катода и не зависящая от его величины) определяется по формуле:

(2.2)

Электрофизические параметры единичного катода определяются по следующим формулам.

Мощность, подводимая от источника питания для нагрева катода:

(2.3)

.

Сопротивление нагретого катода:

(2.4)

Ток накала катода:

(2.5)

Напряжение накала катода:

(2.6)

Сила тока эмиссии катода:

(2.7)

Скорость испарения материала катода:

(2.8)

Расчет геометрических параметров катода

Для идеального катода ток эмиссии равен току пучка с учетом потерь эмиссионных свойств на 20%.

(2.9)

Идеальный катод имеет по всей длине постоянную температуру в отличии от реального катода, который имеет участки, находящиеся в непосредственной близости от держателей с меньшей температурой, чем температура центральной части. Снижение температуры ведет к изменению всех характеристик идеального катода, в том числе наиболее важных с практической точки зрения - силы тока эмиссии катода и падения напряжения на его длине.

Напряжение накала идеального катода несколько больше напряжения накала реального катода в связи с уменьшением удельного сопротивления материала на охлажденных концах:

где UHR - напряжение источника питания накала (напряжение накала реального катода);

DUH - поправка по напряжению накала на точку крепления (на охлажденные концы катода);

n - количество точек крепления (охлажденных концов).

n = 2; DUH = 0.215 B; UHR = 8 В;

В.

Соответствующие изменение тока эмиссии учитывают коэффициентом идеальности:

(2.10)

где DUe - поправка по напряжению накала, вызванное поправкой по току эмиссии, DUe = 0,818.

Из этого уравнения выражается значение тока эмиссии идеального катода:

В соответствии с формулами:

- падение напряжения на идеальном катоде;

- сила тока эмиссии идеального катода;

Диаметр проволоки и длина катода определяются:

(2.11)

(2.12)

Расчет параметров идеального катода

Электрофизические параметры идеального катода определяются по следующим формулам.

Мощность подводимая от источника питания для нагрева катода:

(2.13)

Сопротивление нагретого катода:

(2.14)

(2.15)

Скорость испарения материала катода:

(2.16)

Срок службы катода

По мере эксплуатации материал подвергается распылению и испарению. Учесть распыление - важнейший фактор разрушения катода проблематично. Действие же испарения, которое уменьшает диаметр нити и снижает силу тока эмиссии, возможно оценить на основании эмпирической зависимости срока службы от температуры и диаметра катода:

(2.17)

где В - коэффициент, зависящий от критерия принимаемого при оценке срока службы (, если критерием считать уменьшение эмиссии на 20%).

.4 Сравнительный анализ параметров катодов из вольфрама и тантала

Таблица 2.4

Сравнительная характеристика материалов катода:

ТанталВольфрамДостоинства1.Требует более низкую температуру нагрева и, следовательно затрачиваемую мощность. 2. Обеспечивает значительно более высокие плотности тока эмиссии.Обеспечивает большую стабильность характеристик пучка за счет меньшей подверженности испарению.НедостаткиОтносительно низкая стабильность характеристик пучка.1.Относительно меньшая достижимая плотность мощности пучка в пятне нагрева в силу высоких тепловых скоростей эмитировавших электронов. 2. Требуется относительно большая мощность нагрева.

Таблица 2.5

Сравнительный анализ параметров катодов из вольфрама и тантала, полученных при расчете:

Т-ра нагрева Т,°СВольфрамТанталd, ммl, ммJet, А/м2Ie, Аτ, чd, ммl, ммJet, А/м2Ie, Аτ, ч22001.505397127.733401.28560180.2333122670.143210564.78423000.8206236393.736123787.070.129578188259130.55324000.48561421109348426.090.07411534868152900.08825000.275696288590632.9310.046083511710367800.00646926000.1671656994219700.9940.028542526400829300.00212927000.10734515930503000.9060.018319562001766000.000019728000.070432342801077000.320.01306131137003571000.0000070

Зависимости τ, l, d от температуры Т для проволочного прямонакального катода из вольфрама и тантала, представленных на рис.3,4,5.

катод насос катушка откачка

Рис.3. График зависимости срока службы катода от температуры

Рис.4. График зависимости длины катода от температуры

Рис.5. График зависимости диаметра катода от температуры

Вывод: Исходя из полученных данных, был выбран проволочный прямонакальный катод из тантала с параметрами: температура нагрева катода Т=2200 К, диаметр проволоки d=2.333 ·10-4 м, длина катода l=0.122 м, срок службы τ=64.784 ч.

Катод имеет вид бифиллярной спирали. Форма эмитирующей части катода показана на рис.6.

Рис.6. Форма эмитирующей части катода

. Расчет параметров фокусирующей катушки

Целью расчета является выбор конструктивных параметров второй магнитной линзы, обеспечивающих фокусное расстояние.

Современные электронные пушки строятся по двух линзовой схеме:

Первая линза - иммерсионный электростатический объектив; вторая - магнитная линза. Ход лучей в двух линзовом генераторе показан на рис.7.

Рис.7. Схема траекторий в двух линзовом генераторе

Усилием первой линзы, образуемой полем ускоряющего промежутка между катодом и анодом, формируется изображение катода CD в за анодном пространстве. Перед этим изображением расположено наименьшее сечение пучка АВ, являющееся точкой фокуса первой линзы со стороны изображения и называемое кроссовером. Радиус кроссовера может быть в десятки раз меньше радиуса катода. Поэтому, именно кроссовер является объектом второй линзы для формирования изображения AB [6].

Полученный с помощью электростатического генератора (первой линзы) пучок, как правило, не может быть использован для технологических целей. Необходимо спроектировать изображение кроссовера на поверхность, предназначенную для обработки. При этом нужно обеспечить заданный размер пятна нагрева. Требуемые преобразования и манипуляции с полученным в генераторе пучком осуществляет система провидения пучка. Реализуется система провидения пучка с использованием магнитного поля. Вторая линза в двухлинзовом генераторе пучка обычно называется главной проекционной или фокусирующей линзой. Ее назначение - отображение кроссовера, создаваемого первой линзой - имперсионным объективом на поверхность мишени. Магнитная фокусирующая линза, представляющая собой короткую катушку с током, не меняет энергию электронов и, следовательно, уменьшаются хроматические искажения при отклонении пучка в расположенной следом за фокусирующей - отклоняющей системе.

Рис.8. Формирование электронно-оптического изображения в тонкой магнитной линзе

Будем рассматривать магнитную линзу симметричную относительно средней плоскости и слабопреломляющую (длиннофокусную), тогда можно считать: главные плоскости совпадающими со средней; главные фокусы симметрично расположенными ( |ƒ1|=|ƒ2|=ƒ ), а потенциалы электрического поля по обе стороны линзы одинаковыми и равными U.

Из учета мощности электронной пушки примем [1]:

f = 500 мм - фокусное расстояние;

IФ = 250 мА - ток фокусировки;

Rср = Dлп = 30 мм - средний радиус фокусирующей катушки;

jФ = 2 А/мм2 - плотность тока фокусировки.

Число ампер-витков фокусирующей катушки определяется по формуле:

(2.18)

Плотность тока:

(2.19)

отсюда найдем диаметр проволоки обмотки фокусирующей катушки:

Примем значение диаметра проволоки обмотки фокусирующей катушки по ГОСТу: dпр = 0.4 мм

Площадь поперечного сечения проволоки:

(2.20)

Уточним значение плотности тока фокусировки:

(2.21)

Плотность тока в проводе не должна превышать 2..5 А/мм2. Условие выполняется.

Вычислим площадь поперечного сечения катушки:

(2.22)

где k - коэффициент, учитывающий способ намотки проволоки;

Определим длину H и ширину B поперечного сечения катушки:

(2.23)

Примем H = 15 мм, тогда

(2.24)

Рис.9. Схема фокусирующей катушки

. Выбор насосов вакуумной системы и ее схемы для откачки электронной пушки

.1 Выбор схемы откачки

Вакуумные системы технологических ЭЛУ построены в основном по двум схемам: с общей или раздельной дифференциальной откачкой рабочей ВК и ЭП [2,4]. Первая схема обычно используется при обработке в высоком вакууме в рабочих камерах относительно небольших объемов или в случае подвижной пушки. В этом случае внутренняя полость ЭП соединена с камерой и откачивается общей ВС. Недостатки схемы в необходимости обеспечивать высокий рабочий вакуум (10-2…10-3 Па) в значительном объеме и худших условиях работы катода ЭП, который подвергается термоциклированию и периодическому напуску воздуха в процессе загрузки-выгрузки изделия. Более совершенной является ВС с раздельной откачкой, которая применима в случае стационарной пушки. В этой схеме для удаления газа из пушки используется дополнительная (как правило, меньшей производительности) откачная система, которая позволяет проводить обработку изделия при промежуточном вакууме (1…10-1 Па) в ВК, сохраняя при этом высокий вакуум в ЭП. Величина последнего будет определяться величиной натекания газа из камеры в ЭП и производительностью этой дополнительной ВС. Между пушкой и камерой устанавливается вакуумный затвор, который позволяет герметично отделить их откачиваемые объемы. Это дает возможность перезагрузить камеру без напуска воздуха в полость ЭП или заменить катодный узел пушки без напуска воздуха в камеру. При этом предварительный вакуум в пушке может достигаться через рабочую камеру при открытом затворе в результате работы насоса.

Выберем схему с раздельной дифференциальной откачкой рабочей ВК и ВК ЭП.

Схема вакуумной системы (рис.10), включает: вакуумную камеру СV и ЭП, вентиль VП4 для напуска воздуха и датчики вакуума PA5, PT2; форвакуумный насос NI2, который посредством вентиля VП5 подсоединён к ЭП, а через кнопку Вкл.3, подсоединенной к электрической сети - управляется; PA6 и PA4 - датчики вакуумной системы трубопровода и диффузионного насоса ND2, который соединён через вентиль VП6 с насосом предварительного разряжения NI2, а посредством затвора VП с внутренним объёмом ЭП. Кроме того ND2 через кран VП9 подключён к магистрали водопровода для охлаждения и управляется через кнопку Вкл.4, подсоединенной к электрической сети для питания нагревательного элемента.

Рис.10. Схема вакуумной системы электронной пушки.

Откачка ЭП на высокий вакуум осуществляется в следующей последовательности. Исходное положение: электропитание отключено, вентили и затвор закрыты. Для пуска установки необходимо подключить сеть к NI2 с помощью кнопки Вкл.3. Начинается откачка системы трубопроводов до низкого вакуума, затем выполняем откачку до высокого вакуума. Для этого требуется открыть вентиль VП5. Начинается откачка пушки. Достигнув низкого вакуума в ЭП, необходимо закрыть VП5 и открыть вентиль VП6 для откачки до низкого вакуума рабочего объёма ND2. Обеспечив низкий вакуум в ND2, необходимо подготовить его к работе, для чего следует открыть кран VП9 подачи воды в ND2 и подключить кнопкой Вкл.4 сеть к нагревательному элементу ND2. Диффузионный насос будет готов к работе спустя 45 минут после включения его нагрева. Затем необходимо открыть затвор VП, соединяющий ЭП с ND2. Начинается откачка пушки до высокого вакуума (~10-3 Па ), после чего установка готова к работе.

Для отключения ЭЛУ необходимо: закрыть затвор VП; отключить кнопку Вкл.4, что приводит к остановке и охлаждению ND2, которое длится 45 минут; закрыть кран VП9 подачи воды (при температуре корпуса ND2 ниже 50 oC); закрыть клапан VП6; отключить электропитание NI2 кнопкой Вкл.3. Откачка CV производится аналогично.

Для замены изделия необходимо закрыть затвор VП7, соединяющий CV с ЭП и вентили VП3, VП соединяющие ND1 c CV, открыть вентиль VП1 для напуска воздуха в вакуумную камеру, после чего открыть люк и достать свариваемое изделие. Загрузив следующее изделие, закрыть вентиль VП1 и люк. Повторить цикл откачки имея в виду, что ND1 готов к работе и необходимо осуществить только откачку CV на низкий и высокий вакуум.

.2 Выбор насосов вакуумной системы

Выбор насосов вакуумной системы осуществляется в соответствии с расчетом характерных параметров диффузионного и форвакуумного насосов, таких как эффективная быстрота откачки насоса Sэф и быстрота действия насоса Sн , л/с.

Весь процесс откачки подразделяется на два периода: период предварительной откачки от атмосферного давления до давления, при котором начинает работать высоковакуумный насос (1·10-1…1·10-3 мм.рт. ст.) и период откачки от давления 1·10-1…1·10-3 мм.рт.ст до заданного рабочего давления Р=10-5 мм.рт.ст.

.2.1 Определение суммарного газового потока натекающего в электронную пушку

Давление р=10-3 Па в электронной пушке определяется равновесием между удаляемым с помощью вакуумного насоса потока Q и потоком, поступающим в откачиваемый объем QS, последний складывается из потока газа натекающего по лучепроводу из рабочей вакуумной камеры Qлп; газовыделения с внутренних стенок электронной пушки Qгаз и потока газов Qнат , натекающих из атмосферы.

(2.25)

Примем .

Определим поток газов, выделяющийся со стенок электронной пушки по формуле:

, где (2.26)

- площадь поверхности боковых стенок пушки, м2

-скорость удельного газовыделения (для боковых стенок из коррозионностойкой стали).

, где (2.27)

=0.16 м - диаметр внутренней стенки пушки

=0.32 м- высота электронной пушки.

Натекающий поток газа определяется по формуле:

(2.28)

, где

= 2 - число последовательно проверенных соединений;

=0.2 -вероятность существования течи, которую нельзя определить с помощью течеискателя;

- наименьший поток, регистрируемый течеискателем

Таким образом, суммарное натекание газа будет равно:

.2.2 Определение быстроты откачки

Быстротой откачки объекта или эффективной быстротой откачки насоса называется объем газа, поступающий в единицу времени из откачиваемого объекта в трубопровод через сечение при давлении p.

Если считать, что суммарное натекание газа постоянно во времени, то необходимая эффективная быстрота откачки из электронной пушки равна:

, (2.29)

где - рабочее давление в пушке;

- суммарное натекание газа;

Коэффициент использования насоса Ки=0.4;

Найдем номинальную быстроту действия SH1,

(2.30)

По быстроте откачки и рабочему давлению подберем подходящий насос.

.2.3 Выбор высоковакуумного насоса

Диффузионные насосы применяют для откачки вакуумных систем до остаточных давлений Па. И ниже. Механизм удаления газа в диффузионных насосах обусловлен диффузионными процессами. Под действием разности концентраций газа над паровой струей и в струе (концентрация газа в струе вблизи сопла пренебрежимо мала) происходит диффузия газа в струю. Попав в струю, молекулы газа получают импульсы от молекул пара в направлении парового потока и уносятся вместе со струей к стенке корпуса насоса; при этом пар конденсируется на охлаждаемой стенке, а газ, сжатый в струе до выпускного давления ступени, перетекает вдоль стенки в пространство над следующей ступенью насоса. Наряду с прямой диффузией газа происходит и обратная диффузия в струю со стороны форвакуума. Однако в этом случае молекулы газа, движущиеся в обратном направлении, сталкиваются с движущимися им навстречу молекулами пара и оттесняются обратно в сторону форвакуума; лишь небольшая часть молекул может продиффундировать через струю в обратном направлении. Число молекул газа, диффундирующих через струю в обратном направлении, при оптимальном режиме работы насоса несоизмеримо мало по сравнению с числом молекул газа.

Нам подходит паромасляный диффузионный насос НВД-025[2] с номинальной быстротой откачки близкой к расчетной, основные характеристики которого приведены в табл.4.1.

Таблица 4.1

Основные характеристики диффузионного насоса НВД-025[2]

ПараметрЗначениеБыстрота действия, м3/с0.25Предельное остаточное давление, Па2·10-6Наибольшее выпускное давление, Па65Расход охлаждающей воды (при Т=283…293 К), л/ч30Мощность нагревателя, кВт0.5Напряжение, В220Dy, Впускного фланца, мм:100Требуемая быстрота действия форвакуумного насоса, м3/с0.002Габаритные размеры, мм320х210х421Масса, кг14

.2.4 Выбор насоса предварительного разряжения

Требуемая быстрота действия . Нам подходит агрегат вакуумный ротационный 2НВР-5ДМ [2], характеристики которого приведены в табл.4.2.

Таблица 4.2

Насос вакуумный ротационный 2НВР-5ДМ [2]

ПараметрыЗначениеБыстрота действия при давлении 1.06·105 - 1.3·102 Па, м3/с0.005Предельное остаточное давление, Па, не более: полное парциальное по воздуху 2.6·10-1 1.3·10-2Мощность двигателя насосов, кВт0.55Габаритные размеры, мм555х170х280Вес насоса, кг27

=0.7

Насос типа 2НВР-5ДМ (Н- насос, В- вакуумный, Р- ротационный, Д- двухступенчатый, М- модернизированный).

.2.5 Расчет времени откачки электронной пушки

Общее время откачки электронной пушки определяется быстродействием вакуумных насосов. Так как в данном случае два насоса, то следует подсчитать время откачки от каждого в отдельности, а потом сложить.

Время достижения рабочего вакуума определяется по следующей формуле:

, где (2.31)

-объем электронной пушки, м3,

-эффективная быстрота откачки агрегата НВД-025, м3/с,

диффузионного насоса, Па.

- коэффициент запаса

Объем электронной пушки

Время достижения промежуточного вакуума определяется аналогично:

, где:

- эффективная быстрота откачки форвакуумного насоса, м3/с,

- давление, необходимое для пуска диффузионного насоса и рабочее давление в вакуумной камере, Па.

Суммарное время откачки от двух насосов:

.2.6 Графическая проверка выбора вакуумных насосов и определение совместности их работы

Согласование последовательно работающих насосов осуществляется:

по потоку откачиваемых газов;

по выпускному давлению основного насоса;

по диаметру соединяющего трубопровода, который обычно выбирают

несколько большим диаметра выпускного патрубка основного насоса.

Проверяем совместность работы насосов графически.

С целью проверки совместности работы вакуумных насосов в системе, включающей ее элементы, построим графики зависимости Sн1(p), Sн2(p), Sэф1(p), Sэф2(p), SQ(p), представленных на рис.11.

Рис.11. Графическая проверка совместности работы вакуумных насосов

Точка пересечения кривых Sэф1 и SQ, показанная на графике, соответствует установившемуся режиму работы первого насоса. Давление в точке пересечения равно рабочему давлению первого насоса. Аналогично по пересечению кривых Sэф2 и SQ находим рабочее давление второго насоса. Так как оно меньше, чем максимальное выпускное давление первого насоса, следовательно, насосы работают совместно.

Условием запуска системы можно считать отсутствие двойного пересечения кривых SQ и Sэф1 в промежутке рабочих давлений. Следовательно, система запускается.

Заключение

В ходе проделанной работы, для сварки изделий в промежуточном вакууме была выбрана электронно-лучевая пушка Штейгервальда мощностью 9 кВт. Произведен расчет и сравнение проволочных прямонакальных катодов из фольфрама и тантала. В результате сравнения был выбран катод из тантала, работающий при Т=2200 К.

Также был произведен расчет отклоняющей катушки, позволяющей получить в условиях высокого ускоряющего напряжения, большие плотности мощности пучка (n=2078 витков, Fкат=311.7 мм2, Н=15 мм, В=20.78 мм, Iф=0.25 А).

Для непрерывного поддержания разрежения в полости пушки 10-3 Па и в сварочной камере, где периодически создается разряжение 10-3 Па была разработана схема откачки и подобраны насосы (диффузионный НВД-025 и форвакуумный 2НВР-5ДМ). Также произведена проверка возможности совместной работы насосов.

Список литературы

1. Ластовиря В.Н. Оборудование для обрабатки материалов электранным пучком. Учеб. Пос. по курсу "Технологические машины и оборудование". Изд. МЭИ. 1997.-132с.

. Вакуумная техника: Справочник/ Е.С. Фролова, В.Е. Минайчева.- М.: Машиностроение, 1992.-132с.

. Шиллер 3., Гайзиг У., Панцер 3. Электронно-лучевая технология: Пер. с нем. - М.: Энергия, 1980 - 528с.

. Розанов Л.Н. Вакуумная техника: Учеб. Для вузов.- 2-е изд..-М.: Высш. шк. 1990.~320с.

. Электронно-лучевая сварка./ Назаренко О.К., Кайдалов А.А., Ковбасенко С.Н., и д.р.; Под ред. Б.Е. Патона. - Киев: Наук. Думка, 1987. -256с.

6. Мамутов Е.Л. Электронно-лучевая сварка деталей большой толщины. - М.: Машиностроение, 1992.

Copyright © 2018 WorldReferat.ru All rights reserved.