Диссертация (Разработка математической модели процесса откачки газа и метода расчета откачных параметров молекулярно–вязкостного вакуумного насоса в молекулярно–вязкостном режиме течения газа), страница 3

Достоверностьполученныхтеоретическихданныхподтвержденаэкспериментальнымиисследованиями, что позволяет, сопоставляя полученные теоретические иэкспериментальные данные, выявить факторы, влияющие на откачнуюхарактеристику МВВН.В заключении перечислены выводы по результатам исследований,проведенных с помощью разработанной математической модели процессаоткачки и метода расчета откачных параметров МВВН, рекомендации дляпроектирования проточных частей МВВН.17ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИИССЛЕДОВАНИЯ1.1.

Анализ современных безмасляных вакуумных насосов и оценкапроблемы их работы в молекулярно-вязкостном режиме течения газаВ настоящее время в большинстве областей промышленности, например,химическая, фармацевтическая, пищевая, машиностроение и многие другие,применяется вакуум. В связи с этим возникает вопрос о применении ввакуумной системе для обеспечения технологического процесса таких средствоткачки, которые обеспечат все требования самого процесса, безмасляностьоткачки с минимальными энергетическими, экономическими затратами,простотой эксплуатации и обслуживания.Поэтому прежде чем начать исследование МВВН необходимо провестианализ основных параметров существующих вакуумных насосов.

Такимобразом,можнопонятьпокакимпараметрамМВВНбудетиметьконкурентную способность, явные преимущества и какие параметры насосанеобходимо улучшать. Важнейшими параметрами вакуумной системы, которыеприходится определять при практическом использовании вакуумной техники,являются рабочее давление газа, предельное остаточное давление насоса,давлений всасывания и нагнетания, быстрота действия насоса. В то же времяограничиться только этими параметрами невозможно, понадобится учестьследующее: возможность загрязнения рабочей среды парами углеводородовили другими веществами, селективность откачки, необходимость регенерации,энергетические затраты, необходимость предварительной откачки (т.е.

наличиефорвакуумной системы) и многое другое.Анализ рынка вакуумных насосов показывает, что МВВН может составитьконкуренцию ряду вакуумных насосов: турбомолекулярныевакуумныенасосы(ТМН),комбинированные турбомолекулярные вакуумные насосы;втомчисле18 криосорбционные вакуумные насосы; электрофизические вакуумные насосы; диффузионные вакуумные насосы; молекулярные вакуумные насосы (МВН); низковакуумныемеханическиевакуумныенасосы(ротационно–пластинчатые, спиральные, кулачково–зубчатые, мембранные, двухроторные,винтовые, вихревые).В принципе с помощью практически любого высоковакуумного насосасовместносо«безмасляность»средствамисистемы.защитыможноСоответственнообеспечитькаждаядостаточнуювакуумнаясистемаприобретает свои преимущества и недостатки, а уже из их сопоставленияпроизводят компоновку системы, определяют условия эксплуатации [1-10].Во многих вакуумных системах для обеспечения чистого вакуумаприменяют криосорбционные насосы, т.к.

помимо безмасляности, ониспособны работать в широком диапазоне рабочих давлений и быстротдействия. Аналогично использование электрофизических вакуумных насосов,которые схожи по своим показателям с криосорбционными, за исключениемменьшихбыстротдействия.Применениекриосорбционныхиэлектрофизических вакуумных насосов ограничено селективностью откачкиразличных газов. Плохо сорбируемые газы необходимо удалять с помощьюдополнительных вакуумных насосов. Это усложняет конструкцию и стоимостьвакуумной системы, условия ее эксплуатации. В МВВН, ТМН и МВН нетселективности откачки по сравнению с другими насосами, но при этом составгаза влияет на откачную характеристику насосов.

Одним из преимуществ этихнасосов является то, что они переносят газ со стороны всасывания на сторонунагнетания не сорбируя его во внутренней полости насоса. Нет необходимостив регенерации насосов, что не требует дополнительных затрат на регенерациюилиустановкудублирующегооборудования.Криосорбционныеиэлектрофизические насосы сорбируют газ во внутреннем объеме элементов19насоса, чем ограничивают свой ресурс работы. В процессе регенерации впериод работы насоса возникает ряд проблем, делающих невозможнымиспользование этих насосов для некоторых технологических процессов.Например,когдапроисходитнасыщениерабочегоэлементагазом,увеличивается обратный поток газа.Существенной проблемой для вакуумных насосов является прорыв газапри атмосферном давлении.

МВВН, некоторые ТМН могут запускаться сатмосферного давления, т.е. на них незначительно влияет прорыв газа изатмосферы внутрь откачиваемой системы и не нужна форвакуумная система,что исключено в других рассматриваемых насосах. В насосах, где используетсяфорвакуумная система откачки нужно учесть защитные средства от паровуглеводородов, которые могут попасть в систему при пуске и останове насосов,либо прорыве газа при атмосферном давлении.Источником паров углеводородов в кинетических и низковакуумныхнасосах обычно служат опоры вращения роторов. Раньше в них в основномиспользовались подшипники качения на жидкой смазке.

Их использованиетребовало дозированной подачи смазки и специальных уплотнений для защитырабочей среды, но это не всегда спасает от диффузии паров углеводородовчерез лабиринтное уплотнение при остановленном насосе. Наиболее просты вэксплуатациии дешевымолекулярныхнасосовопорыточностьс подшипниками качения, хотя длявращенияподшипниковкачениянедостаточна.

Поэтому в последнее время в кинетические вакуумные насосыустанавливают гибридные подшипники качения с керамическими шариками наконсистентнойсмазке. С их помощью уменьшено количество паровуглеводородов, которые могут попасть в откачиваемый объем, увеличен ресурсработы насоса, но при этом существенно увеличена стоимость насоса. В сухихнизковакуумных насосах, для обеспечения условия безмасляности, используютклассические подшипники качения, гибридные подшипники не устанавливаютиз–заихстоимости.специализированныхИспользованиевакуумныхсмазоквподшипниковыхпозволяетснизитьузлахдавление20насыщенных паров углеводородов.

Помимо керамических подшипников вопорах вращения используют газовые и магнитные подшипники. В них такжене выделяются пары углеводородов и практически не ограничен срок работынасоса. Газовые и магнитные опоры позволяют обеспечить требуемую чистотувакуума, делают насос менее чувствительным к прорыву атмосферы.Некоторые фирмы производители сочетают в насосах опоры двух типов,например, магнитная опора со стороны всасывания и керамический подшипникна нагнетании (компания Intech).Высоковакуумные турбомолекулярные и молекулярные вакуумные насосыпрактически не затрачивают энергии на процесс откачки, а вся мощностьзатрачивается на привод насоса, в частности на трение в подшипниках.

Внасосах, работающих в области низкого вакуума, часть энергетических затратрасходуется на сжатие газа в проточной части насоса.Значительная сложность для обеспечения работы вакуумных насосов свращающимся ротором – это высокоточная балансировка, которую не всегдаудается провести на рабочих режимах при большой частоте вращения ротора.К недостаткам МВВН, ТМН и МВН можно отнести сложностьконструкции насосов и высокую точность при изготовлении проточных частей.В МВВН зазор в проточной части значительно увеличен по сравнению с МВН икомбинированными ТМН (с молекулярной проточной частью), что упрощаетизготовление, сборку насоса и делает его менее чувствительным к возможномупопаданию в проточную часть насоса твердых частиц из вакуумной камеры.Немаловажным достоинством комбинированных насосов становится сочетаниепроточных частей с различными откачными характеристиками, поэтомувышеуказанныенедостаткиперекрываютсяулучшениемоткачнойхарактеристики насоса и расширением диапазона работы.Широкое применение нашли диффузионные вакуумные насосы, т.к.

ониотличаются простотой конструкции, большим ресурсом работы. С помощьюловушек обеспечивают необходимую чистоту вакуума, но не дают полнойзащиты от загрязнения системы парами углеводородов. Эти меры приводят и к21увеличению стоимости, усложнению эксплуатации, а также к ограничениюобласти их использования.

Защитные средства от паров рабочих жидкостейувеличивают стоимость системы и энергетические затраты при эксплуатации.В ряде технологических процессов одно из основных требований –минимальное время выхода вакуумной системы на рабочий режим, либомаксимальное время работы вакуумной системы без останова на ремонтныеработы. Эти требования выдерживают механические вакуумные насосы.