Разработка методов проектирования миниатюрных низковакуумных насосов для оборудования электронной техники

• Автор: Ветров, Владимир Алексеевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Содержание

Обозначения и сокращения

Введение.

Глава 1. Анализ современных миниатюрных вакуу мных насосов

1.1 Миниатюризация оборудования электронной техники

1.2 Современные миниатюрные вакуумные насосы

1.2.1 Классификация ВН по признаку уровень габаритных размеров

1.2.2 Миниатюрные высоковакуумные насосы

1.2.3 Миниатюрные низковакуумные насосы.

1.3 Постановка задачи.

1.4 Выводы
Глава 2. Структурный синтез МНН
2.1 Поиск физического принципа действия МНН.
2.1.1 Классификация вакуумных насосов.
2.1.2 Методика выбора вида ТО для проектирования нового класса
2.1.3 Выбор физического принципа действия МНН.
2.2 Эволюционный синтез структурноконструктивных схем МНН
2.3 Выбор вида и структурноконструктивной схемы регулирующего
клапана.
2.4 Выводы
Глава 3. Теоретические исследования функционирования МНН.
3.1 Методика формирования математических моделей функционирования многокамерных вакуумных систем
3.2 Математическая модель функционирования МНН
3.3 Моделирование работы МНН
3.4 Выводы
Глава 4. Экспериментальные исследования МНН
4.1 Методика экспериментальных исследований и испытательная
установка
4.2 Результаты экспериментальных исследований.
4.3 Выводы
Глава 5. Разработка конструкции МНН.
5.1 Методика расчета МНН
5.1.1 Выбор диаметра условного прохода.
5.1.2 Определение максимального значения объемов откачных ступеней
и частоты работы насоса
5.1.3 Определение геометрических параметров откачных ступеней
5.1.4 Оценка предельного остаточного давления
5.1.5 Оценка наименьшего рабочего давления.
5.1.6 Выбор мембраны.
5.1.7 Выбор и расчет привода.
5.1.8 Проверка соответствия массогабаритных характеристик .
5.1.9 Расчет и проектирование регулирующих клапанов
5.1. Проверочный расчет
5.2 Расчет регулирующих клапанов
5.2.1 Расчет впускного клапана.
5.2.2 Расчет перепускного клапана
5.3 Конструкция МНН.
5.4 Выводы
Заключение
Список использованных источников


За последние тридцать лет при помощи газовых масс-спектрометров были проведены исследования атмосферы Марса, Венеры, Юпитера, спутника Сатурна Титана, шлейфа кометы Галлея []. В настоящее время ведутся разработки миниатюрного оборудования, объединяющего в себе принципы газовой хроматографии и масс-спектрометрии, потенциально применимого для научных исследований в рамках беспилотных межпланетных миссий [-]. Стремление к снижению массогабаритных характеристик оборудования требует миниатюризации всех его систем, как функциональных, так и систем энергопитания, контроля, управления, вакуумной системы, и др. Последние достижения в области сенсорных технологий привели к созданию газовых масс-спектрометров размерами со спичечный коробок, однако, вакуумные системы для поддержания их работы по-прежнему остаются большими, массивными и потребляющими большую мощность. Существующие и разрабатываемые миниатюрные технологические и контрольно-аналитические системы испытывают недостаток вакуумных систем с низкими массогабаритными характеристиками. Оборудование ЭТ такого класса предъявляет требования к вакуумным системам по размерам, массе, энергопотреблению, экологической безопасности и интеграции. Необходимость миниатюризации вакуумных систем оборудования ЭТ накладывает новые требования на массогабаритньте характеристики элементной базы вакуумных систем - насосов, коммутационно-регулирующей аппаратуры, контрольноизмерительных устройств, ловушек, коммуникаций. Основными и незаменимыми элементами вакуумных систем являются ВН. Во многом ог возможности снижения их массогабаритных характеристик будет зависеть успех миниатюризации вакуумных систем и оборудования ЭТ. Поскольку габаритные размеры ВН на протяжении истории развития вакуумной техники оставались в практически неизменном диапазоне значений, классификация В И по признаку "уровень габаритных размеров" до недавнего времени не вводилась. Однако сегодня, в связи с процессами миниатюризации, затронувшими и вакуумную технику, эта потребность возникла. Для определения термина "миниатюрный ВН" и проведения анализа насосов этого класса предлагается классификация ВН по признаку "уровень габаритных размеров", представленная в таблице 1. Разделение на классы проведено в соответствии с характером физического взаимодействия человека (оператора, монтажника) с ВН, которое отражает массогабаригныс характеристики ВН. Каждому классу соответствует диапазон значений параметра "характерный габаритный размер". Габаритный размер, принимаемый в качестве характерного, для каждого вида ВН свой (например, для турбомолекуляриого насоса - внешний диаметр корпуса, для магнитного электроразрядного - максимальный габаритный размер). Выбор характерного габаритного размера зависит от принципа действия ВН. Помимо этого он не должен включать в себя размеры фланцев, станин, держателей и вспомогательных элементов ВН, которые могут отсутствовать или быть заменены на аналогичные элементы других размеров. При этом другие габаритные размеры могут превосходить характерный. Характерный габаритный размер ВН включает в себя габаритные размеры его привода. Таблица 1. Миниатюризация высоковакуумных насосов успешно осуществляется на основе турбомолекулярных, гибридных турбомолекулярных, магнитных электрораз-рядных, испарительно-ионных насосов и ВН с нераспыляемым геттером. Среди всех миниатюрных насосов наиболее полно реализованы турбомолеку-лярные (ТМН) и гибридные турбомолекулярные ВН. Лидеры мирового рынка ТМН, компании Alcatel Vacuum Technology (Франция), Pfeiffer Vacuum, Oerlikon Leybold Vacuum (Германия) и Varian, Inc. CILIA) осуществляют серийный выпуск миниатюрных насосов [-]. Более высокого уровня миниатюризации удалось достичь компаниям Сгеаге, Inc. Германия) и Phoenix Analysis and Design Technology (США) [-]. Снижение габаритных размеров и энергопотребления разрабатываемых ими насосов влечет за собой значительное уменьшение быстроты действия. Благодаря высоким коэффициентам сжатия (до по азоту) ТМН остаются одними из лучших средств достижения сверхвысокого вакуума.