Исследование систем охлаждения катода вакуумного дугового испарителя с вращающимся арочным магнитным полем
Способы нанесения металлических, керамических и композитных покрытий на катод вакуумного дугового испарителя. Расчет различных конфигураций систем охлаждения. Сравнение эффективности принудительного движения жидкости в виде змейки и двойной спирали.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.01.2021 |
| Размер файла | 4,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Факультет «Энергомашиностроение»
Исследование систем охлаждения катода вакуумного дугового испарителя с вращающимся арочным магнитным полем
Булыгин Р.П., студент магистратуры 2 курс,
Россия, г. Москва
Аннотация
В статье рассматривается вопрос исследование систем охлаждения катода вакуумного дугового испарителя с вращающимся арочным магнитным полем для умещения доли капельной фазы. Предложены три различные конфигурации систем для охлаждения катодного узла.
Ключевые слова: вакуумный дуговой испаритель, катод, система охлаждения, температура.
Annotation
The article considers the issue of studying the cooling systems of the cathode of a vacuum arc evaporator with a rotating arched magnetic field to accommodate the droplet phase fraction. Three different configurations of systems for cooling the cathode assembly have been proposed.
Key words: vacuum arc evaporator, cathode, cooling system, temperature.
Введение
В данной статье рассматривалась проблема охлаждения катода вакуумно-дугового испарителя с вращающимся арочным магнитным полем. Вакуумно-дуговой испаритель это устройства предназначенное для нанесения тонких пленок (металлических, керамических и композитных покрытий) путем испарения материала катода при помощи вакуумно-дугового разряда. Вращающееся арочное магнитное поле необходимо для увеличения выработки катода [4] и снижение доли капельной фазы с поверхности катода.
На катод приходит до 50% от электрической мощности (1кВт), по этому его необходимо охлаждать. Чем меньше температура катода и перепад температур в катоде, тем меньше доля капельной фазы [1].
Для исследования системы охлаждение катодного узла в данной работе производился тепловой расчет катода. Расчет охлаждение катода производится для трех различных конфигураций систем охлаждения: без лабиринта (без принудительного направления жидкости); c прямым лабиринтом (принудительное движение жидкости в виде змейки); с закругленным лабиринтом (принудительное движение жидкости в виде двойной спирали).
Расчет осуществлялся, метом конечных элементов. Для создания и расчета задачи нужно проделать следующие последовательные действия:
- выбрать размерность модели, определяем физический раздел;
- Определяем рабочую область и задаем геометрию;
- Задаём исходные данные, в зависимости переменных от координат и времени;
- Указываем свойства и начальные условия;
- Указываем граничные условия;
- Задаём параметры и строим сетку;
- Определяем параметры решающего устройства и запускаем расчет;
- Настраиваем режим отображения;
- Получаем результаты [2].
Постановка задачи
Для исследования и теплового расчета катодного узла при помощи метода конечных элементов нужно: задать математическую модель, создать расчетную модель, задать граничные условия и создать сетку.
Для математической модели используется следующие уравнения: уравнение неразрывности потока для несжимаемой жидкости, уравнение конвективной теплоотдачи, уравнение Фурье (уравнение теплопроводности).
Расчетную модель можно создать в любой среде для 3D проектирования. Данные модели представлены на рисунке 1, 2 и 3.
Рисунок 1. Расчетная модель №1 (без каналов)
На рисунках 1,2 и 3: 1 - катод; 2 - корпус; 3 - рубашка охлаждения; 4 - стенки рубашки охлаждения.
Рисунок 2. Расчетная модель №2 (с прямыми стенками)
Рисунок 3. Расчетная модель №3 (с кругообразными стенками)
Рисунок 4. Построение сетки
После построение 3D расчетной модели задаются характеристики материала. Материал катода - титан. Материал корпус, рубашка охлаждения и стенки рубашки охлаждения - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т [3]. Граничных условий. Мощность, поступающая поверхность катода QK = 1кВт. Массовый расход твх = 0,09 кг/сек. Температура воды на входе 293 К. Давление на выходе из канала равно одной атмосфере.
Статистика сетки. Вид элементов - тетраэдры, количество элементов сетки построенной в зависимости от модели (№1 - №3) 0,4- 106 - 0,6- 106 элементов. Минимальный размер элементов 1,01-10-4 м, а максимальный
Результаты исследования
Рисунок 5. Распределение температур внутри катода РМ №1 (два взаимно перпендикулярных сечения)
Рисунок 6. Распределение температур на верхней поверхности катода РМ №1
Рисунок 7. Распределение температур на нижней поверхности катода РМ №1
Рисунок 8. Распределение температур внутри катода РМ №2 (два взаимно перпендикулярных сечения)
Рисунок 9. Распределение температур на рабочей поверхности катода РМ №2
Рисунок 10. Распределение температур на охлаждаемой поверхности катода РМ №2
Рисунок 11. Распределение температур внутри катода РМ №3 (два взаимно перпендикулярных сечения)
Рисунок 12. Распределение температур на верхней поверхности катода РМ №3
Рисунок 13. Распределение температур на нижней поверхности катода РМ №3 вакуумный дуговой испаритель охлаждение
Заключение
Было произведено исследования охлаждения катода для трех различных конфигураций систем охлаждения: 1) без лабиринта; 2) с прямым лабиринтом; 3) с закругленным лабиринтом. В исследования в моделях без канала и с кругообразным каналом наблюдается неравномерность температур по ширине и по поверхности катода. При охлаждении катода с прямым каналом наблюдается более, плавный перепад температур по ширине и по поверхности (катод охлаждается более равномерно).
По результатам исследования минимальная температура на поверхности катода была у системы с прямым каналом. Максимальная температура катода с прямым каналом достигает примерно 105 °С при разнице температур в 18 °С.
Таблица 1.
Результаты теплового расчета катода
В результате исследования модель с прямым каналом оказалась наиболее оптимальной. Доля капельный фазы во второй модели будет меньше чем в других, что скажется на более равномерное нанесение пленки на материалы.
Список литературы
1. Андреев А.А., Саблев Л.П., Шулаев В.М., Григорьев С.Н. Вакуумнодуговые устройства и покрытия. - Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005. - 236 с.
2. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. - М.: Мир, 1979. - 392 с.
3. Григорьева И.С, Мейлихова Е.З. Физические величины: Справочник.. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.
4. Духопельников Д.В., Кириллов Д.В., Воробьев Е.В., Ивахненко С.Г.. Влияние выработки катода дугового испарителя на равномерность толщины покрытия и угловое распределение продуктов эрозии. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. № 4.
5. Духопельников Д.В., Кириллов Д.В., Булычев В.С.. Характеристики кремниевых микрокапель в покрытиях, осажденных методом вакуумного дугового испарения. Энциклопедический справочник. 2015. № 12.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Повышение стойкости катода воздушно-плазменного резака РХК 4,0 фирмы "Cemont". Исследование изменения ресурса работы катода плазмотрона при условии нанесения на рабочую поверхность катода различных термостойких покрытий. Характеристика структуры катодов.
дипломная работа [358,0 K], добавлен 30.06.2017Общая характеристика и сущность вакуумного напыления. Реактивный метод нанесения покрытий конденсацией с ионной бомбардировкой (метод КИБ). Обзор гальванического метода нанесения покрытий. Изнашивание при трении по стали и по полированной стали.
курсовая работа [993,4 K], добавлен 08.12.2012Сравнение выключателей масляного типа ВМГ 10/630 и вакуумного типа ВБЭ10/20, предназначенных для коммутации высоковольтных цепей на номинальное напряжение 10 кВ переменного тока частоты 50 гЦ в нормальном режиме работы. Технические данные и параметры.
реферат [51,3 K], добавлен 11.04.2009История и современное состояние испарителей холодильных установок. Камерные приборы тихого охлаждения. Классификация и конструкции основных типов испарителей холодильных установок. Камерные приборы тихого охлаждения. Модернизация атмосферных испарителей.
курсовая работа [5,3 M], добавлен 12.10.2013Принцип действия абсорбционных холодильных установок и нахождение удельной тепловой нагрузки дефлегматора. Вычисление испарителя для охлаждения жидкого хладоносителя - раствора аммиака. Гидравлический расчет тракта подачи исходной смеси в генератор.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 01.07.2011Виды систем охлаждения и принцип их работы, устройство и работа приборов жидкостной системы. Проверка уровня и плотности жидкости, заправка системы, регулировка натяжения ремня привода насоса. Основные неисправности и техническое обслуживание системы.
реферат [4,0 M], добавлен 02.11.2009Основные методы термического напыления: обычный резистивный нагрев испарителя, лазерный и электроннолучевой. Элементы системы вакуумного резистивного напыления. Решение проблемы нарушения стехиометрии тонкопленочного покрытия при резистивном испарении.
статья [98,7 K], добавлен 31.08.2013Изучение работы вакуумной системы автоцистерны и выявление недостатков ее работы: попадания воды в полость вакуумного насоса, расхода масла шиберным насосом в процессе его эксплуатации. Разработка направлений модернизации вакуумного шиберного насоса.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 07.10.2013Классификация теплообменных аппаратов применяемых в нефтегазопереработке. Назначение испарителей. Обслуживание и чистка теплообменников. Определение температур холодного теплоносителя. Расход греющего пара. Определение диаметров штуцеров испарителя.
курсовая работа [463,2 K], добавлен 14.03.2016Изучение назначения и устройства испарителей. Определение параметров вторичного пара испарительной установки, гидравлических потерь контура циркуляции испарителя. Расчет коэффициентов теплопередачи и кинематической вязкости, удельного теплового потока.
контрольная работа [377,4 K], добавлен 06.09.2015Зварка: поняття, види і класи. Історія розвитку зварювального виробництва. Опис технологічного процесу ручного дугового зварювання, характеристики сталей. Матеріали, інструменти, обладнання та пристосування, що використовується при зварювальних роботах.
курсовая работа [67,6 K], добавлен 10.12.2010Методы напыления и физические основы нанесения тонких пленок, основные требования и системы оборудования для нанесения тонких плёнок, элементы вакуумных систем и устройство вакуумных камер для получения тонких плёнок. Экономическое обоснование проекта.
дипломная работа [4,2 M], добавлен 01.03.2008Методика вакуумного нанесения серебросодержащего антибактериального покрытия на очистной картридж водяного фильтра. Антибактерицидные свойства биосовместимых покрытий, содержащих наночастицы серебра к резистентным микроорганизмам и водным грибкам.
дипломная работа [4,6 M], добавлен 24.04.2013Принцип действия холодильника, процесс охлаждения. Классификация бытовых холодильников, основные структурные блоки. Расчет холодильного цикла, испарителя, конденсатора и тепловой нагрузки бытового компрессионного холодильника с электромагнитным клапаном.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 23.03.2012Назначение процесса гидрокрекинга вакуумного газойля, его технологический режим, нормы. Требование к сырью и готовой продукции. Расчет материального баланса установки. Исследование влияния процесса гидрокрекинга на здоровье человека и окружающую среду.
курсовая работа [289,0 K], добавлен 13.06.2014Сравнительный анализ переплавных агрегатов для получения специальных сталей. Основные технологические возможности переплавных процессов. Сущность электронно-лучевого нагрева. Применение вакуумно-дугового, электрошлакового и плазменно-дугового переплавов.
контрольная работа [357,4 K], добавлен 12.10.2016Передові прийоми і прогресивні технології зварювання, високопродуктивні способи зварювання. Аналіз зварної конструкції. Вибір обладнання і пристосування, підготовка матеріалів до зварювання. Техніка дугового зварювання та контроль якості зварювання.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 25.03.2016Классификация и особенности конструкций вакуумных деаэраторов. Расчет и проектирование вакуумного деаэратора. Тепловой и гидравлический расчет струйного отсека. Расчет перепускной тарелки и процесса дегазации воды. Расчет барботажного устройства.
курсовая работа [464,0 K], добавлен 19.06.2022Изучение износостойких нанокомпозитных покрытий с использованием методов магнетронного распыления и вакуумно–дугового разряда. Изучение влияния содержания нитрида кремния на твердость покрытия. Измерение микротвердости поверхностного слоя покрытий.
курсовая работа [830,3 K], добавлен 03.05.2016Внутренняя коррозия металлических труб как главная причина неудовлетворительного состояния трубопроводных систем подачи воды. Основные виды антикоррозионных покрытий трубопроводов трассового нанесения. Битумно-мастичные и полимерные ленточные покрытия.
реферат [494,9 K], добавлен 09.04.2013
