Реферат: Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной аппаратуры
составляющих.
Цели и критерии позволяют конструктору осуществлять направ-
ленный поиск и синтез технических решений ВКА. Исходя из целей,
определяют необходимые функции и функциональные модули, их реа-
лизующие. Вводя соответствующие отношения среди найденных функ-
циональных модулей, получают возможные структуры ВКА, из которых
с помощью критериев выбирают структуру, наиболее отвечающую
предъявленным требованиям ТЗ (происходит достижение проектной
цели).
- 8 -
Отсутствие среди известных удовлетворительной функциональ-
ной структуры или появление новых функций для достижения потре-
бительской цели проектирования ВКА приводит к необходимости син-
теза физического принципа действия ВКА, являющегося этапом ее
функционального проектирования, появлению новых функциональных
модулей и повторению этапов схемотехнического проектирования ВКА
для синтеза ее оптимальной элементной структуры.
Анализ приведенного алгоритма проектирования показал, что,
помимо отмеченного отсутствия системного описания ВКА, удобного
для постановки задач схемотехнического и функционального проек-
тирования, достижение поставленной цели осложнено также
отсутствием исследований процесса функционирования ВКА с позиций
схемотехнического проектирования; формального описания структур
ВКА и процесса их синтеза; формализованных научно обоснованных
методов принятия решений при конструировании ВКА, что позволило
сформулировать следующие основные задачи, подлежащие решению:
- проведение системного анализа ВКА;
- разработка системной модели процесса проектирования ВКА;
- разработка методики и математических моделей процесса проекти-
рования ВКА на уровне формирования ее структурных схем;
- построение и исследование модели функционирования ВКА;
- разработка формализованных методов выбора и критериев опти-
мальности при структурном синтезе ВКА;
- разработка комплекса программных средств автоматизации началь-
ных этапов проектирования ВКА;
- разработка новых конструкций ВКА на основе использования соз-
данного методического и информационно-программного обеспечений.
На защиту выносятся:
1. Системные модели ВКА и процесса ее функционального и
схемотехнического проектирования.
- 9 -
2. Методика и математические модели функционально-схемотех-
нического проектирования ВКА.
3. Математические модели ВКА на этапах функционального и
схемотехнического проектирования.
4. Методика и математическая модель оценки конструкций ВКА
и ее структурных составляющих.
5. Результаты исследования математической модели функциони-
рования ВКА и критерии оптимальности конструкций ВКА.
6. Новый класс ВКА переменной структуры и конструкции ВКА.
.
- 10 -
I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО СОЗДАНИЮ ВАКУУМНОЙ
КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ
I.I. Анализ связей ВКА с оборудованием электронной
техники. Основные требования, предъявляемые к
ВКА.
Вакуум как рабочая среда технологических процессов и научных
исследований находит возрастающее применение в различных отраслях
промышленности. При этом основным потребителем элементов, средств
и систем вакуумной техники является электронная техника, предъяв-
ляющая наиболее жесткие, зачастую противоречивые и трудно реализу-
емые требования к создаваемым ВС.
Используемое в электронной технике вакуумное технологическое
и научное оборудование, интервалы рабочих давлений основных типов
которого приведены на рис. I.I., по величине рабочего давления
можно условно разделить на три группы: 1) установки с рабочим дав-
лением до 5 10 Па; 2) установки с рабочим давлением до 1
10 Па; 3) оборудование с рабочим вакуумом выше 1 10 Па.
Как правило, получение вакуума в оборудовании первой группы
достигается применением паромасляных диффузионных насосов с ловуш-
ками, позволяющими исключить наличие углеводородных соединений в
рабочей среде; герметизация разъемных соединений осуществляется
резиновыми прокладками [I - 5]. Подобные установки относятся к
непрогреваемым системам, длительность откачки которых определя-
ется, в основном, десорбцией паров воды [6 - 8]. Дополнительными
требованиями к установкам данного типа могут служить необходимость
получения определенного спектра остаточных газов [9, 10], исключе-
ние привносимой дефектности на изделие электронной техники [11 -
15], высокая (до 1600 К) температура в рабочей камере и повышенные
- 11 -
требования к надежности работы из-за значительного экономического
ущерба в случае отказа [16 - 18].
Оборудование второй группы [19 - 24] обеспечивает получение
более низких парциальных давлений остаточных газов. В данной груп-
пе оборудования, в основном, используют безмасляные (турбомолеку-
лярные, магнито- и электро-разрядные насосы) и комбинированные
средства откачки [25 - 27]. В качестве уплотнений разъемных соеди-
нений применяются металлические прокладки и прокладки, изготовлен-
ные из термостойкой резины [28, 29]. Как правило, установки второй
группы прогреваются до 400 - 650 К (оборудование для откачки
электровакуумных приборов частично до 950 К), имеют достаточно
большое время достижения рабочего давления (от 5 до 20 часов) [19,
30 - 33] и более жесткие требования к привносимой на изделие де-
фектности [34].
К третьей группе оборудования принадлежат уникальные системы-
ускорители заряженных частиц [35 - 38], камеры для космических
исследований и ряд технологических установок и научных приборов
[39, 40]. Их отличие от вакуумных систем второй группы состоит в
необходимости предварительной обработки и очистки материалов для
вакуумных систем, длительном времени прогрева и откачки, использо-
вании только металлических уплотнителей в разъемных соединениях.
При этом время существования высокого вакуума в рабочем объеме мо-
жет длиться месяцами и годами [29, 41 - 43].
Общим требованием ко всем группам вакуумного оборудования яв-
ляется автоматизация технологических процессов и научного экспери-
мента [44 - 46].
В свою очередь, требования к вакуумному оборудованию формиру-
ют требования к его элементной базе, в том числе к ВКА, которая,
являясь неотъемлемой частью ВС вакуумного оборудования (например,
только в одно- и двухкамерных установках число коммутационных уст-
- 12 -
ройств колеблется от 5 до 10, достигая 15 [20, 47]), во многом оп-
ределяет его выходные характеристики. Так, производительность обо-
рудования первой и второй групп определяется не только его
конструкцией (однопозиционные установки периодического действия,
установки полунепрерывного действия со шлюзовыми камерами, уста-
новки и линии непрерывного действия и др.), но и сокращением вре-
мени достижения рабочего давления, зависящим, в частности, от про-
водимости ВКА [48, 49].
Следует отметить и наметившуюся в последнее время в произ-
водстве изделий электронной техники тенденцию к понижению рабочего
давления до 10 - 10 Па вследствие существенного влияния дав-
ления и парциального состава газовой смеси на параметры и свойства
изделий [1, 19, 40], т.е. к использованию высоко- и сверхвысокова-
куумного оборудования, требующего прогрева до 700 - 800 К и, сле-
довательно, применения цельнометаллической ВКА, позволяющей сокра-
тить время достижения сверхвысокого вакуума в 2,5 раза и упростить
обслуживание установок [25, 41]. С учетом отмеченного во введении
критического состояния проектирования цельнометаллической ВКА це-
лесообразно выделить для детального рассмотрения области ее приме-
нения, которые показаны на рис. I.2.
При этом, несмотря на достаточно четкую границу между группа-
ми оборудования с одинаковыми вакуумными характеристиками и усло-
виями эксплуатации, определяющими основные свойства ВКА, к ней
предъявляется множество разнообразных дополнительных требований,
зависящих от конкретного случая использования, что ведет к увели-
чению номенклатуры ВКА, затрудняя проведение унификации и стандар-
тизации вакуумного оборудования и повышая трудоемкость его проек-
тирования и изготовления.
Анализ длительности технологических циклов и ресурса работы
оборудования, проведенный по работам [19, 20, 24, 47, 48], позво-
- 14 -
ляет судить о требуемом ресурсе и цикличности работы ВКА и показы-
вает, что число циклов работы клапанов и затворов лежит в пределах
500 - 8000, а в ряде установок, имеющих длительность технологи-
ческого процесса порядка десятков секунд (например, электронно-лу-
чевых установок микросварки), их ресурс должен быть значительно
большим - 20000 - 50000. Кроме того, особенностью ВКА является
кратковременный циклический режим работы с большими промежутками
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21
