Вакуумная система вакуумной термической печи редко даёт сбои из-за самого насоса — чаще причина в том, что предварительно не выяснены рабочие условия. Один и тот же насос производительностью 630 m³/h достаточен для закалочной печи, которая только что прошла сушку, но недостаточен для печи, у которой теплоизоляция набрала влагу, а загрузка содержит масляные загрязнения — разница не в насосе, а в газовыделении.
Разберём это в порядке фактического подбора оборудования: сначала перечень рабочих условий, затем расчёт скорости откачки, потом комбинации моделей и в конце — несколько ошибок, которые повторяются снова и снова.
1. Откачка печи фактически делится на два этапа
На участке от атмосферного давления до рабочего давления основной объём газа — это воздух в камере, он откачивается быстро; действительно много времени занимает газ, который при приближении к рабочему давлению непрерывно выделяют стенки печи, теплоизоляция, оснастка и сам материал, а также небольшие утечки на фланцах, смотровых окнах и вводах электродов.
Эти два этапа имеют разную природу, поэтому и основания для выбора оборудования различаются:
- на участке откачки объёма решающее значение имеет скорость откачки: чем больше насос, тем короче время, зависимость близка к линейной;
- на участке газовыделения важны эффективная скорость откачки насоса при рабочем давлении и то, до какого давления насос может откачать систему. На этом участке даже очень большой насос при недостаточном предельном давлении не сократит время — оно будет стремиться к бесконечности.
Поэтому сначала уточните, в какой участок попадает требуемое технологическое давление, а затем выбирайте типоразмер насоса. Механический насос отвечает за участок от атмосферного давления до 0.1 mbar (двухступенчатые модели — до уровня 10⁻⁴ mbar), более низкое давление обеспечивает высоковакуумный насос; в такой комбинации механический насос является форвакуумным.
2. Перечень рабочих условий, которые нужно уточнить перед началом задачи
| № | Пункт | Почему уточняем |
|---|---|---|
| 1 | Чистый объём камеры печи (за вычетом места под оснастку) | Определяет время откачки на участке объёма |
| 2 | Масса загрузки и площадь поверхности корзины с материалом | Поверхностное газовыделение материала — основной источник газовыделения на соответствующем участке |
| 3 | Материал и толщина теплоизоляции, время последней сушки печи | После сорбции влаги огнеупорным волокном газовыделение возрастает кратно |
| 4 | Технологическое рабочее давление и допустимый диапазон колебаний | Определяет выбор одно- или двухступенчатого насоса и необходимость насоса Рутса |
| 5 | Такт одной печи (от закрытия дверцы до возможности подъёма температуры) | Определяет верхний предел скорости откачки: чем ниже, тем лучше — неверно; скорость должна обеспечивать такт |
| 6 | Наличие в печи закалочного масла, смазок, остатков органики | Определяет необходимость газобалласта и предварительной холодной ловушки |
| 7 | Вид технологического газа, наличие обратной подачи азота/аргона/водорода | Для водорода и инертных газов требования к сжатию и выпуску различаются |
| 8 | Откачка непрерывная или разовая на каждую печь, число включений печи в сутки | При непрерывной работе нужно учитывать температуру масла и теплоотвод |
| 9 | Питание на площадке: напряжение, число фаз, частота | Некоторые модели неприменимы в регионах 60Hz; необходимо подтвердить перед заказом |
| 10 | Направление выпуска: в помещение, на улицу, в общую вытяжку | Противодавление на выпуске напрямую влияет на предельное давление |
| 11 | Место установки, размеры дверного проёма, несущая способность пола | Для агрегата массой 660 kg фундамент следует рассчитывать по массе |
| 12 | Несколько печей используют один вакуумный источник | При совместном использовании нужно учитывать коэффициент одновременности и буферную ёмкость |
Из этих 12 пунктов чаще всего пропускают пункты 3, 6 и 10, и именно они чаще всего приводят к переделкам на этапе пусконаладки.
3. Как рассчитать скорость откачки: откачка объёма даёт только нижнюю границу
Для участка объёма используют изотермическую оценку:
t = (V / S) × ln(p₁ / p₂)
V — чистый объём камеры печи, S — номинальная скорость откачки насоса (в пересчёте на m³/s), p₁ принимают 1013 mbar, p₂ — целевое давление.
Рассчитанное по этой формуле время оказывается неожиданно коротким:
| Чистый объём камеры печи | Основной насос | Номинальная скорость откачки | Теоретическое время 1013 → 0.5 mbar |
|---|---|---|---|
| 1.5 m³ | V0302 | 300 m³/h | около 2.3 min |
| 2.5 m³ | V0630B | 630 m³/h | около 1.8 min |
| 5 m³ | V0630B | 630 m³/h | около 3.6 min |
| 10 m³ | V0630B | 630 m³/h | около 7.3 min |
| 10 m³ | V0630B + LC1200 | 1200 m³/h (номинал насоса Рутса) | около 3.8 min |
Менее чем за десять минут можно откачать до 0.5 mbar, а на практике часто и за полчаса не выходят на режим. Разница — в газовыделении и натекании. Поэтому таблицу следует рассматривать только как нижнюю границу: она показывает, насколько затянется процесс при меньшем насосе, но не даёт фактического такта.
Для участка газовыделения нужно обратным расчётом использовать измеренные данные. Метод прост — метод повышения давления при закрытом клапане:
- Печь откачивают до рабочего давления, закрывают главный клапан и фиксируют начальное давление;
- Выдерживают 5 минут и фиксируют прирост давления Δp;
- Суммарный поток газа от газовыделения и натекания Q = V × Δp / Δt (единица mbar·m³/s);
- Требуемая эффективная скорость откачки при рабочем давлении p: S = Q / p.
Пример: в вакуумной закалочной печи объёмом 2 m³ при закрытом клапане за 5 минут давление возрастает с 0.5 mbar до 5.5 mbar, Δp = 5 mbar, тогда Q = 2 × 5 / 300 ≈ 0.033 mbar·m³/s. Чтобы удержать это газовыделение при 0.5 mbar, эффективная скорость откачки должна быть S = 0.033 / 0.5 ≈ 0.067 m³/s, что соответствует 240 m³/h.
Обратите внимание: это эффективная скорость откачки, а не паспортная. Необходимо учитывать потери в трубопроводах, отводах, клапанах и фильтрах; обычно принимают коэффициент трубопровода около 0.7, тогда обратный пересчёт к паспортной скорости даёт около 340 m³/h — в этом случае V0302 (300 m³/h) оказывается ровно на границе, а запас имеется только у V0630B.
У новой печи или печи после длительного простоя первое время откачки заметно больше из-за сорбции влаги теплоизоляцией. В таких случаях не спешите менять насос: сначала просушите печь по кривой сушки, и прирост давления сам снизится.
4. Таблица конфигураций моделей
Ниже приведена группа комбинаций для типовых печей; для конкретного проекта по-прежнему нужно сверяться с 12 пунктами выше:
| Тип печи | Чистый объём камеры печи | Участок рабочего давления | Конфигурация основного насоса | Примечание |
|---|---|---|---|---|
| Лабораторная камерная печь, трубчатая печь | 0.3 ~ 0.8 m³ | уровень 1 mbar | V0155 (150/175 m³/h, 4.0 kW, 0.3 mbar, G2") | Прямая откачка одним насосом, перед насосом установить фильтр; корпус шириной 388 mm удобно размещать рядом с рабочим столом |
| Печь среднего размера для отпуска, печь для отжига | 1 ~ 2 m³ | 0.5 mbar | V0302 (300 m³/h, 7.5 kW, 0.5 mbar) | Запас по скорости откачки небольшой, диаметр трубопровода нужно обеспечить в соответствии с G2" |
Смотрите также
- Достаточно ли 0.1 mbar для одноступенчатого маслозаполненного насоса: способ оценки форвакуумной ступени для напыления
- Когда открывать газобалластный клапан и как долго
- Двухступенчатый 2V80 и одноступенчатый V0100: стоит ли 4×10⁻⁴ mbar
- V0025A – V0100 Одноступенчатый пластинчато-роторный вакуумный насос с масляным уплотнением
- V0155 одноступенчатый пластинчато-роторный вакуумный насос с масляным уплотнением
- V0630B одноступенчатый маслозаполненный пластинчато-роторный вакуумный насос