Диссертация (1025802), страница 17

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 17)

К тому жетреугольные каналы трудно изготовить, особенно выдержать угол вершиныканала.В результате в отношении технологии изготовления можно сказать, чтонаиболее просты в изготовлении каналы трапецеидальной и многограннойформ, чуть сложнее изготовление каналов эллиптической и круглой формы.Сравнение откачных параметров каналов разных форм проводится приравных (эквивалентных) площадях.Угол наклона боковой поверхности трапецеидального канала к его высотеα будет влиять на максимальное отношение давлений, как показано на Рисунке4.5. для канала высотой 1·10-3 м.Рисунок 4.5. Зависимость изменения максимального отношения давлений отскорости ux при разных углах α, ψ = 11 – α = 15°; 2 – α = 17°; 3 – α = 20°; 4 – α = 25°122При этом ширина малого основания трапецеидального канала остаетсянеизменной.

Для данного канала наиболее оптимальным можно считать уголα = 15°. При увеличении высоты канала возможно смещение оптимальногозначения канала до 30°. Это связано с тем, что такой угол соответствует тойформе трапеции, в которую можно вписать, либо описать окружность вокругтрапеции. Как правило, трапецеидальные каналы выполняются стандартнымитрапецеидальными резцами, которые обеспечивают угол α = 15°. Измененияугла α требует использования специального режущего инструмента, чтоудорожает стоимость изготовления.Угол наклона каналов проточной части к торцевой поверхности ротора истатора влияет как на максимальное отношение давлений, так и на быстротудействия насоса.

В теории угол γ может выполняться диапазоне от 0° до 90°, нона практике ни при γ = 0°, ни при γ = 90° выполнить каналы на роторе и статорене возможно. Поэтому значение данных углов смещается в диапазон от 15° до75°.Судя по полученным теоретическим и экспериментальным данным, угол γв первую очередь влияет на скорость газа в канале, т.е.ux  u  cos   .Скорость поверхности ux максимальна при значении угла γ около 15° иубывает при его увеличении. При увеличении угла γ происходит снижениемаксимального отношения давлений на ступени за счет снижения скоростиповерхности ux и уменьшения длины канала.

В этом случае быстрота действиянасоса увеличивается за счет того, что увеличивается проводимость каналов иуменьшается их длина. При уменьшении угла γ увеличивается величинамаксимального отношения давлений из-за увеличения длины каналов искорости фиктивной поверхности, но быстрота действия проточной частинасоса снижается за счет потерь на входе в проточную часть насоса. Наиболееэффективным становится выполнение данного угла от 23° до 34°.123Немаловажным фактором являются габаритные размеры каналов, т.е.

ихвысота и ширина. Высота каналов ограничивается влиянием подвижнойповерхности на течение газа в канале, так как при значительном увеличениивысоты канала снижается импульс количества движения, передаваемый потокугаза от подвижной поверхности.

Со снижением скорости газа в каналепроисходит уменьшение максимального отношения давлений. К тому жевозможно образование застойной зоны в канале (ближе к его верхней границе)и как следствие увеличение обратного потока газа.

Увеличение высоты каналаприводит к повышению быстроты действия насоса за счет изменения площадиканала.Ширинаканалавыбираетсятакимобразом,чтобыкоэффициентотношения высоты канала к его ширине был равен ψ = 0,5. В этом случаетрапецеидальные каналына ротореистаторе образуютправильныймногогранник. Аналогично улучшение характеристики для эллиптических иполукруглых каналов при ψ = 0,5. Возможность обеспечения формы каналов ввидеправильногомногогранника,представляющегособойдватрапецеидальных или полукруглых каналов ротора и статора, обеспечиваетсимметричный поток газа в каналах, что снижает возможные потери притечении газа в проточной части насоса и наилучшим образом сказывается наоткачных параметрах насоса.

Увеличение ширины канала повышает быстротудействия насоса за счет изменения площади канала и снижении влияниябоковых поверхностей газа на течение газа в канале. Однако максимальноеотношение давлений будет меньше.На Рисунке 4.6. представлена зависимость изменения быстроты действияототношениядавленийидавлениявсасываниядлякоэффициентатрапецеидальных каналов ψ = 1 и площадью каналов равной Fк = 7,3·10-7 м2.При низких скоростях вращения ротора быстрота действия, отношениедавлений значительно меньше, нежели при увеличении скорости.На Рисунке 4.7.

изображена зависимость изменения быстроты действия ототношения давлений для трапецеидальных каналов с коэффициентом ψ = 0,5,124но с разной площадью каналов площадью каналов. С увеличением площадиканалов Fк увеличивается быстрота действия проточной части насоса, несмотря на то, что коэффициент ψ одинаков.Рисунок 4.6. Зависимость быстроты действия насоса от отношения давленийдля трапецеидальных каналов1 – при u = 100 м/с; 2 – при u = 200 м/сРисунок 4.7. Зависимость быстроты действия насоса от отношения давленийдля трапецеидальных каналов при u = 200 м/с1 – при ψ = 0,5 и Fк = 1,7·10-6 м2; 2 – при ψ = 0,5 и Fк = 3,9·10-6 м2Важным этапом при конструировании насоса является выбор монтажногорадиального зазора между статором и ротором [17 – 19].

Его значениеколеблется в диапазоне от 0,5·10–4 м до 2·10–4 м в зависимости от габаритных125размеров каналов. В молекулярном режиме течения газа увеличение зазораприводит к увеличению газа перетекающего со стороны всасывания на сторонунагнетания, что значительно ухудшает откачные характеристики насосов. Приработе насоса в вязкостном и молекулярно-вязкостном режимах течения газавлияние зазора имеет меньшее значение. Однако сделать зазор слишком малымнепозволяетопасностьзаклиниваниянасосавследствиерадиальныхдеформаций ротора. В связи, с чем необходимо учитывать влияние зазора нетолько в статическом, но в динамическом состоянии.На суммарную радиальную деформацию ротора, а, следовательно, ивеличину зазора, оказывают влияние:максимально допустимое контактное давление на внутренней поверхностиротора и посадка с натягом ротора на вал, если ротор проточной частиустановлен на основном валу (т.е.

составной ротор);радиальнаядеформациявращающегосяротораподдействиемцентробежных сил инерции и нагрева рабочих поверхностей насоса;радиальная деформация вращающегося ротора из–за нагрева рабочихповерхностей насоса.При определении основных параметров изменения размеров роторарассматриваютсятолькоупругиедеформации,чтопозволяетсчитатьтемпературную деформацию и деформацию от действия центробежных силнезависимыми друг от друга.В большинстве конструкций МВВН ротор выполняется составным, т.е. настальной вал напрессовывается внешний ротор с винтовыми каналами,выполненный из алюминиевого сплава.

Чтобы соединить смежные поверхностивала и ротора, последний обычно нагревают.При одинаковой длине соединяемых цилиндров контактное давление pк[153] равномерно распределено по посадочной поверхности. Величина этогодавления может быть определена из условия совместности деформаций:126pк 11  D 2  D122 D1  1  1    2 2 2  2E2  D2  D1 E1,где D1 – внутренний диаметр ротора, м;D2 – наружный диаметр ротора, м;µ – коэффициент Пуассона;Δ – допустимый натяг.На Рисунке 4.8. показан график зависимости изменения радиальногоперемещения точек на внешнем радиусе ротора δТ от рабочей температуры вдиапазоне от 20 ºС до 100 ºС [25 – 27].Рисунок 4.8.

Зависимости изменения радиального перемещения точек навнешнем радиусе ротора от рабочей температурыВ результате вращения ротора насоса согласно принципу Даламберавозникает поле центробежных сил инерции его массы. Величина радиальногоперемещения точек на внешнем радиусе ротора δц равномерно нагретого ротораМВВН под действием центробежных сил инерции представлена на Рисунке 4.9.Подробный вывод изменения величины под действием центробежных сил итемпературного расширения приведен в [25, 27].В проточной части МВВН изменение температуры происходит в пределах40 ºС, что позволяет считать величину увеличения зазора в следствии теплового127расширения ротора не более чем на 0,25·10–4 м и под действием центробежныхсил инерции не более чем на 0,5·10–4 м при частоте вращения до 72000 об/мин.В результате проведенной работы было определено линейное удлинениевнешнего диаметра ротора в зависимости от частоты вращения (в пределах72000 об/мин), которое составит ΔDр = 0,75·10–4 м.

Полученные значенияявляются ориентировочными, ввиду того что согласно принятой методикерасчета [25, 27] значения перемещений ротора от центробежных сил завышены.Рисунок 4.9. Зависимость изменения перемещения во вращающемсяравномерно нагретом роторе1 – при температуре ротора 20 ºС; 2 – при температуре ротора 50 ºС;3 – при температуре ротора 100 ºС.Зазор в молекулярно-вязкостном вакуумном насосе можно рассматривать встатическом состоянии δст и в динамическом состоянии δдин, т.е.

при рабочейчастоте вращения ротора, которые можно описать зависимостью ст   дин  Dр .ВеличинаΔDропределяетминимальнуювеличинузазораприсоответствующей частоте вращения ротора и его габаритах.Величина зазора в динамическом состоянии зависит от высоты канала иопределяется соотношением динh 0,1 .1284.4. Конструктивные схемы молекулярно-вязкостного вакуумного насосаМВВН представляет собой машину динамического действия, где вкачестве основной проточной части используется молекулярно–вязкостнаяпроточнаячасть.Конструктивныевертикальным(Рисунокрасположениемротора,4.10.)схемыилиМВВН[29]горизонтальнымодноступенчатые(Рисуноквыполнены(Рисунок4.10.а,4.11.а)с4.11.)илимногоступенчатые (Рисунок 4.10.б, 4.12.).

Характеристики

Список файлов диссертации