книги из ГПНТБ / Балицкий А.В. Технология изготовления вакуумной аппаратуры

А. В. БАЛИЦКИЙ

ТЕХНОЛОГИЯ

ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ВАКУУМНОЙ

АППАРАТУРЫ

ИЗДАНИЕ ТРЕТЬЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ К ТРЕТЬЕМУ ИЗДАНИЮ

За годы, истекшие со дня выхода в свет второго издания, было внесено много нового в область вакуум­ ной техники, в которой работает автор книги. В нашей стране очень мало публикаций по вопросам высокова­ куумного и сверхвысоковакуумного уплотнения разъем­ ных соединений. Публикации в других странах вовсе не освещают наших отечественных достижений, хотя и из­

уплотнений, разработанных в СССР.

В книге по возможности исправлены ошибки и про­ белы, которыми явно страдало второе издание. Книга предназначается главным образом в помощь тех­ нологам, мастерам и квалифицированным рабочим-ма- шиностроителям, которым приходится сталкиваться с изготовлением, ремонтом, наладкой и эксплуатацией высоковакуумных систем.

В книге довольно много места уделено описанию простых технологических приемов изготовления вакуум­ ных установок, поскольку до .сих пор нередко приходит­ ся осуществлять их в цехах и мастерских иного про­ филя.

Главы 12 и 13, описывающие металлические уплот­ нения, написаны автором совместно с инженером Л. А. Филатовским, много внесшим в отечественные разработки вакуумных уплотнений.

Автор приносит глубокую благодарность всем това-. рищам, своей критикой и помощью содействовавшим улучшению книги, а также научному редактору изда­ ния камд. техн. наук В. Я. Плисковскому.

Автор

конструкций перегонные и ДистиЛляционные установки, установки для напыления металла, установки для обез­ воживания, вакуумные системы электронных микроско­ пов, установки п автоматические линии для изготовле­ ния радиоламп и электронно-лучевых трубок, установки для изучения термоядерных процессов, ускорители эле­ ментарных частиц, высоковакуумные насосы для всех этих и многих других установок, вентили, ловушки для масляных и ртутных паров. Несмотря на разнообразие систем, в них есть одна общая и главнейшая особен­ ность: внутри установки должно быть низкое давление воздуха или каких-либо других газов, причем часто, чем ниже давление газа внутри установки, тем лучше уста­ новка. Эта общая особенность всех вакуумных устано­

внутри откачанного объема абсолютной .пустоты. В подавляющем большинстве случаев, встречающихся во всех производствах и лабо­ раториях, стремление получить ее было бы совершенно излишним. Однако не безразлично для всех, кто на практике сталкивается с вакуумной техникой, какое количество газа или смеси газов остает­ ся в .каждой единице объема данного аппарата после его откачки (вакуумирования). Количеством остаточного давления в единице объема определяется степень разреженности (вакуума) в данном объеме и то, как будут протекать в нем различные физические явле­ ния и технологические процессы.

Технологи привыкли представлять себе давление как определен­ ную, эффективно действующую силу, приходящуюся на единицу пло­ щади поверхности тела. В вакуумной технике приходится иметь дело с такими остаточными давлениями, которые реально представить себе нелегко.

Если нормальное атмосферное давление равно 760 мм рт. ст. и,

1-3. НИЗКИЙ, СРЕДНИЙ, ВЫСОКИЙ И СВЕРХВЫСОКИЙ ВАКУУМ

Естественно, что в условиях, когда на днище установки, на­ пример, диаметром в h i от внутреннего давления газов приходится общее усилие в одну сотую грамма, давление газа следует рассма­ тривать с несколько иных точек зрения.

6

Согласно ГОСТ 5197-70 различаются четыре состояния разре­ женного газа.

Низкий вакуум — область давлений выше 100 н/м2, чему соответ­ ствуют давления выше 1 мм рт. ст., при которых средняя длина свободного пути частиц во много раз 'Меньше линейного размера, су­ щественного для рассматриваемого процесса, X/d<C4.

Средний вакуум — область давлений от 100 до 10_| н/м2, чему соответствуют давления от 1 до 7,5 - 10-4 мм рт. ст., при которых средняя длина свободного пути частиц соизмерима с линейным раз­

происходит заметного изменения свойств поверхности, первоначально свободной от адсорбированного газа за время, существенное для ра­ бочего процесса.

В отечественной литературе выделялись три основных состояния сильно разреженного газа, в которых физичеокие явления протекают по-разному (низкий, средний и высокий вакуум ') в зависимости от имеющегося в каждом рассматриваемом случае соотношения между средней длиной свободного пути молекул газа, обозначаемой обыч­ но к, и нормирующим размером (линейным) откачиваемого объема d.

Таблица 1-й дает представление о средней длине свободного пути молекул воздуха при различных давлениях [Л. 1].

Для комнатной температуры, т. е. для 20 °С, можно приближенно

1 Некоторые зарубежные авторы придерживаются деления ва­ куума на большее число ступеней (например, Я. Горшковский, Подьща).

7

установку неработоспособной. Чувствительность к проникновению в откачиваемый объем малейших количеств газа и отличает вакуум­ ную аппаратуру от любой другой, в том числе и от аппаратуры вы­ соких давлений.

Может показаться, что сосуды или соединения, выдерживающие высокое, например в -несколько сотен килограмм на 1 смг, давление без сколько-нибудь заметных течей, будут во всяком случае герме­ тичными, если из них выкачать газ, т. е. -при обратном перепаде дав­ лений всего в 760 мм рт. ст. Ведь перепад давлений в этом случае будет в сотни раз меньше и установка должна обладать, казалось бы, огромным запасом вакуумной плотности своих стенок. В действи­ тельности это не так.

Механическая прочность в этом случае будет заведомо обеспече­ на, но вакуумная плотность в подавляющем большинстве случаев будет совершенно недостаточной.

Самый лучший, надежно склепанный и даже сваренный обычным способом котел, воздухосборник высокого давления, цилиндр гидрав­ лического домкрата или гидропресса, отлитый из стали со стенками толщиной до 20—30 мм, с точки зрения высокого вакуума могут представлять собой негодную конструкцию.

Очень малая утечка газа, проникающего из сосуда через его стенки, соединения и уплотнения при работе на высоких давлениях, часто не имеет практического значения, так как ома совершенно не­

в нем.

Если, например, из нормального кислородного баллона с геоме­

часть, или всего на 0,000017%, что в огромном большинстве случаев практического значения не имеет.

Теперь посмотрим, что получится, если такое же количество газа впустить в такой же баллон, но предварительно откачанный до дав­ ления 10~° мм рт. ст.

В откачанном баллоне до впуска (или натекания) содержалось количество газа, занимающее при давлении 760 мм рт. ст. объем, равный 40 00010_0/760 = 1/19 000 см3. Следовательно, впускаемый или

говорить, что вакуумные системы должны быть -практически совер­ шенно герметичными, газонепроницаемыми, т. е. течи должны быть столь малы, что обнаружить -их невозможно даже самыми чувстви­ тельными приборами.

Требование герметичности заставляет обратить особое внимание ■ на все соединения деталей и узлов вакуумной системы друг с другом. Естественно, что в соединениях можно скорее всего ожидать образо­ вания щелей, пазух или неровностей, будь то постоянные или разъ­ емные соединения.

Постоянными (неразъемными) соединениями мы -называем свар­ ные и паяные соединения. Разъемными называем болтовые, винтовые или запрессованные соединения деталей или узлов, уплотняемые в вакуумной технике резиновыми, пластмассовыми или металлически­ ми прокладками-уплотнителями.

9