冷阱的主要參數設計計算

冷阱流導的設計

        在真空系統的<160管道上, 我們認為流導應等效于等長(cháng)管道的流導。根據金屬冷阱的計算方法和現行的有關(guān)規定, 冷阱的流導計算只限于分子流范圍內。所以, 此冷阱也只在分子流范圍內計算流導。經(jīng)計算并考慮其它因素的影響, 取液氮膽內壁半徑R = 14 cm。經(jīng)驗算, 該冷阱的實(shí)際流導與等效管道流導的誤差為1114%,基本符合要求。

液氮膽與外殼的設計

        液氮膽內壁是一個(gè)只承受外壓的不銹鋼筒殼體,按穩定條件計算其壁厚,并考慮到壁厚的附加量和其它實(shí)際因素, 實(shí)際壁厚取215mm。液氮膽外壁為內壓力容器, 經(jīng)計算并考慮到內壁厚及其它因素的影響,取膽外壁厚為215mm。

      冷阱外殼是一個(gè)外壓的不銹鋼圓筒殼體,經(jīng)計算并考慮到壁厚的附加量和冷阱承受分子泵及管道的重量等因素, 取冷阱外殼的厚度為5mm。

      此冷阱為垂直方向使用,若用液氮進(jìn)出口管作為內膽的支承, 經(jīng)計算進(jìn)出口管受到的拉應力為R= 215M Pa, 遠小于許用應力[R]= 144M Pa, 故進(jìn)出口管可以作為內膽的支承。

冷阱熱負荷的計算

液氮膽的熱負載主要有以下幾項:

(1)進(jìn)出口管和薄壁筒的固體熱傳導;

(2)冷阱外殼對內膽和障板的熱輻射;

(3)吸附氣體和油分子的熱損失;

(4)外殼對內膽氣體分子的熱傳導;

(5)氣體通過(guò)障板帶走的熱量。

通過(guò)對冷阱各部分的熱負荷計算, 可以得到各部分熱負荷所消耗的液氮量, 分別為m 1,m 2, m 3, m 4, m 5。

障板的設計

        障板的結構對冷阱的擋油效果起決定性作用, 人字形障板結構的最佳尺寸是H= 60°, A /B ≥5, 另外障板的設計還要滿(mǎn)足光學(xué)屏蔽的效果。從以上最佳尺寸選取來(lái)看, 關(guān)鍵在于B 的選擇, 它對擋油效果和流導都有較大影響。一般來(lái)講, B 的選擇依據主要是氣體分子平均自由行程, 也就是與冷阱的工作真空度有密切關(guān)系, 冷阱的工作真空度與極限真空度就成為選擇B的主要依據。對于低溫泵再生真空系統來(lái)講, 一般工作在10～ 011 Pa 范圍內。根據經(jīng)驗和光學(xué)屏蔽條件, 取障板高度為100mm。

障板的熱損失主要有以下幾項:

(1)上下法蘭口對障板的熱輻射損失;

(2)吸附氣體和油分子的熱損失;

(3)氣體通過(guò)障板帶走的熱量。

由這些熱量損失可求得障板的厚度為1mm。