Диссертация (1025802), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Максимальнаябыстрота действия всего насоса, определяемая работой первых ступеней, вчетыре раза больше максимальной быстроты действия первой ступени. Однакомаксимальное отношение давлений, создаваемое насосом равно максимальномуотношению давлений первой ступени.Такая схема проточной части позволяет увеличить быстроту действиянасоса приблизительно в два раза Sн = 0,240 м3/с по сравнению со схемой насосапредставленной на Рисунке 4.12.В комбинированный ТМН (Рисунок 4.20.) молекулярно–вязкостнаяпроточная часть устанавливается после турбомолекулярной проточной частинасоса [11 – 15, 29].
При этом молекулярно–вязкостная проточная часть можетработать во всех режимах течения газа. Для небольших по габаритнымразмерам ТМН возможно изготовление роторных рабочих колес и роторамолекулярно–вязкостной проточной части в виде единой детали. Такимобразом, уменьшается количество деталей в сборке и упрощается сама сборканасоса.Использование молекулярно–вязкостной проточной части в качествефорвакуумной ступени ТМН:позволяет обеспечить давление нагнетания насоса в диапазоне от 10 1 Па до105 Па и тем самым снизить давление всасывания форвакуумного насоса, либопроизводить нагнетание газа непосредственно в атмосферу и не использоватьфорвакуумную систему;позволяет увеличить диапазон рабочих давлений насоса в целом, понизивдавление всасывания не меняя давление нагнетания;появляется возможность запуска ТМН с атмосферного давления безпредварительного понижения давления в объекте откачки;существенно уменьшается диффузия паров смазки в откачиваемый объем,что позволяет получить безмасляную рабочую среду;уменьшаются массогабартиные параметры вакуумной системы.146Рисунок 4.20.
Конструктивная схема комбинированного ТМН с молекулярно–вязкостной проточной частью1 – ротор молекулярно-вязкостной проточной части; 2 – статор молекулярновязкостной проточной части; 3 – корпус; 4 – всасывающий патрубок;5 – нагнетательный патрубок; 6 – роторное колесо; 7 – статорное колесо4.5.Сравнениеоткачныххарактеристикмолекулярно-вязкостноговакуумного насоса с другими типами вакуумных насосовНа Рисунке 4.21. представлены откачные характеристики молекулярновязкостных вакуумных насосов, габаритные размеры и откачные параметрыкоторых приведены в Таблице 4.2.147Таблица 4.2.Габаритные размеры и откачные параметры МВВННасосПараметрыМВВН–МВВН–100020000,1390,2780,556500,10,10,11053·1033·1033·1033·103Dy, м> 0,35> 0,35> 0,125> 0,175> 0,250H, м0,1200,1200,210D1, м0,0750,080,1600,3600,3000,6000,500D2, м0,0610,0650,1450,2850,485D3, м0,0470,050,1150,2550,455L, м0,3500,2700,2700,2700,300L1, м0,1350,1350,1300,1300,130L2, м0,1200,1100,1200,1200,120L3, м0,1200,1100,1200,1200,120n, об/мин60000600003270017400104003,522224.12.4.12.4.12.МВВН–8МВВН–15МВВН–500Sн, м3/с0,00860,015ро, Па5pн, ПаN, кВтСхемапоказанана Рисунке4.10б4.10б4.12.Сравнение откачных параметров МВВН с другими насосами необходимопроводить при равных габаритных размерах насосов.При использованииалюминиевого сплава АК6 в качестве материала для изготовления роторов(предел текучести σ0,2 = 3,1∙108 Па, плотность ρ = 2,75∙103 кг/м3) при запасе потекучести k = 1,5 допустимая скорость вращения внешнего ротора определяетсяпрочностными свойствами материала u ≤ 274 м/с.
Диаметр всасывающего148патрубка (Dy) выбирается из условия минимальных допустимых потерь привсасывании газа (проводимость всасывающего патрубка больше 10·Sн).Величины осевых зазоров выполняются равными δ0 ~ 4∙103 – 5∙10-3 м, величинырадиального зазоров не превышают 0,15·10-3 м.Рисунок 4.21. Откачная характеристикамолекулярно-вязкостных вакуумных насосов1 – МВВН-15; 2 – МВВН-500; 3 – МВВН-1000; 4 – МВВН-2000На Рисунке 4.22. показаны экспериментальные данные молекулярновязкостной проточной части насоса из Рисунка 3.13.
в сравнении сэкспериментальными данными вихревой ступени насоса при одинаковыхгеометрических размерах ступеней.149Рисунок 4.22. Сравнение экспериментальных откачных характеристиквакуумных насосовСравнениеоткачныхпараметровМВВН-500сдвухроторнымивакуумными насосами типа РУТс приведены для моделей Okta 500 компанииPFEIFFER VACUUM [155] и Panda WV 0500 C компании Busch [156] основныепараметры которых приведены в Таблице 4.3. По результатам расчёта дляобеспечения заданных откачных параметров Okta 500 наиболее близкоподходит конструкция насоса МВВН-500 (максимальная быстрота действияSmax = 0,139 м3/с). При этом откачные характеристики насосов Okta 500 иМВВН-500 определены в условиях работы с одним форвакуумным насосомDUO 125 (Рисунок 4.23.). Также на Рисунке 4.23. показаны откачныехарактеристики насосов Panda WV 0500 C и МВВН-500 определены в условияхработы с одним форвакуумным насосом COBRA NC 0100 B.
Сравнение насосовпроведено для равных габаритных размеров насосов.150Таблица 4.3.Габаритные размеры и откачные параметры двухроторных насосовНасосПараметрыOkta 500Panda WV 0500 CSн, м3/с0,1360,139ро, Па0,10,3pн, Па105104Dy, м0,10,1H, м0,2980,4L, м0,90,9300030001,52.2DUO 125COBRA NC 0100 Bn, об/мин при 50ГцN, кВтФорвакуумный насосРисунок 4.23. Откачная характеристика вакуумных насосов1 – Okta 500; 2 – DUO 125; 3 – МВВН-500 с форвакуумным насосом DUO 125;4 – Panda WV 0500 C; 5 – COBRA NC 0100 B;6 – МВВН-500 с форвакуумным насосом COBRA NC 0100 B151Вывод к Главе 4Основными откачными параметрами МВВН являются быстрота действиянасоса и максимальное отношение давлений. В данной главе проведен анализвлияния геометрических и скоростных параметров МВВН на быстротудействия насоса и максимальное отношение давлений.В результате анализа теоретических и экспериментальных данных МВВНможновыделитьосновныерекомендацииприпроектированииновыхконструкций МВВН:1.Более высокие откачные параметры можно получить с проточной частьюнасоса, в которой каналы выполнены симметричнодруг другу пододинаковыми углами к торцевой поверхности ротора и статора;2.Формы профиля каналов ротора и статора выполняются одинаковыми сравными габаритными размерами.
Наиболее эффективны трапецеидальный,эллиптический и полукруглый каналы;3.Площадка кромки не должна оказывать сопротивления нормальнопадающему потоку частиц газа. Таким образом, ширина кромки δкр должнастремиться к нулю и не должна превышать 5% от ширины канала b;4.Угол γ выполняется равным 23° – 24°для каналов высотой 1·10-3 м, сувеличением высоты каналов значение угла может быть увеличено до 31°.5.Угол наклона боковой поверхности канала к высоте – α = 15° – 30°.6.Коэффициент отношения высота канала к его ширине ψ выполняетсяравным 0,5;7.Минимальный зазор в проточной части насоса определяется величинойлинейного удлинения диаметра ротора (ΔDр = 0,75·10–4 м при частоте вращенияротора до 72000 об/мин).
Зазор между ротором и статором в динамическомсостоянии определяется зависимостью δдин / h = 0,1. Величина зазора встатическом состоянии определяется зависимостью δст = δдин + ΔDp.8.Обработка рабочих поверхностей ротора и статора должна соответствовать6, 7, 8 классам точности шероховатости и по 6, 7 квалитету.9.Окружная скорость ротора должны быть более 80 м/с.152ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1.Разработана математическая модель процесса откачки газа проточнойчастью МВВН в молекулярно-вязкостном режиме течения газа, позволившаяопределить скорость течения газа в каналах проточной части насоса, влияниегеометрических и скоростных параметров проточной части насоса на егооткачную характеристику, влияние воздействия поверхности канала на течениегаза в проточной части МВВН.2.Создан метод расчета откачных параметров МВВН в молекулярно-вязкостном режиме течения газа, позволивший рассчитать конструктивные ифункциональныепараметрыновыхмолекулярно-вязкостныхвакуумныхнасосов, молекулярно-вязкостных проточных частей комбинированных ТМН.3.Проведеноэкспериментальноемолекулярно-вязкостныхисследованиевакуумныхнасосовиоткачныхпараметровисследовановлияниягеометрических и скоростных параметров проточных частей МВВН на егооткачные параметры.4.Получены экспериментальные данные для определения коэффициентаобмена количеством движения (ζ1 = 1) для рабочих поверхностей каналовпроточных частей МВВН в молекулярно-вязкостном режиме течения газа.Полученыэкспериментальныеданныекоэффициентаскольжения( 2 1ux 2 2ux 3 ) для рабочих поверхностей каналов проточных частейМВВН в молекулярно-вязкостном режиме течения газа (при давлениинагнетания pн = 103 Па и коэффициенте обмена количеством движения ζ1 = 1значения эмпирических коэффициентов определены величинами ξ1 = 3,1·10-9,ξ2 = 2,0·10-7, ξ3 = 5,88·10-4.5.Проведен анализ влияния геометрических и скоростных параметровпроточной части МВВН на его откачную характеристику.Разработаны рекомендации для создания новых типов молекулярновязкостный вакуумных насосов и молекулярно-вязкостных проточных частейкомбинированных ТМН:153−каналы выполняются симметрично друг другу под одинаковыми углами кторцевой поверхности ротора и статора;−формы профиля каналов ротора и статора выполняются одинаковыми, сравнымигабаритнымиразмерами(трапецеидальный,эллиптическийикруглый);−ширина кромки δкр должна стремиться к нулю и не должна превышать 5%от ширины канала b;−угол наклона канала к торцевой поверхности – γ = 23° – 31°;−угол наклона боковой поверхности канала к высоте – α = 15° – 30°;−коэффициент отношения высота канала к его ширине – ψ = 0,5;−минимальный зазор в проточной части насоса определяется величинойлинейного удлинения диаметра ротора (ΔDр = 0,75·10–4 м при частоте вращенияротора до 72000 об/мин).
Зазор между ротором и статором в динамическомсостоянии определяется зависимостью δдин / h = 0,1. Величина зазора встатическом состоянии определяется зависимостью δст = δдин + ΔDp.−окружная скорость ротора должны быть более 80 м/с.6.Разработаны конструктивные схемы многоступенчатых многопоточныхМВВН, комбинированного ТМН с молекулярно-вязкостной форвакуумнойступенью.7.Получены патенты на полезную модель RU 164000 U1 «Молекулярно-вязкостная проточная часть» и RU 166526 U1 «Молекулярно-вязкостнаяпроточная часть вакуумного насоса». Поданы заявки на патенты РФ наполезную модель № 2016149254, № 2016149256 от 15.12.2016 и патенты РФ наизобретение № 2016149250, № 2016149252 от 15.12.2016, описывающиеконструктивные схемы многопоточных МВВН.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
