Создание и исследование бесконтактных вакуумных насосов

3. Разработан комплекс стендов и получена база экспериментальных данных по откачным характеристикам ДВН, ДМН, КЗВН и агрегатов на их основе. Исследовано влияние на процесс откачки давлений на выходе и входе в насос, потока газа, частоты вращения роторов, быстроты действия форвакуумного насоса, режима течения газа в щелевых каналах и входном тракте. Для ДВН дополнительно изменялись: молекулярная масса откачиваемого газа, геометрические размеры, тип роторов, сопротивление входного патрубка, величина зазоров. Быстрота действия измерена с погрешностью 2% - 14%.

4. Разработан стенд и впервые проведено комплексное экспериментальное исследование проводимости щелевых каналов в молекулярном, переходном и вязкостном режимах течения газа, в том числе каналов с движущимися стенками на модели ДМН. Получено более 1500 значений проводимости 44-х щелевых каналов, которые в ламинарном режиме аппроксимированы уравнениями.

5. Разработана математическая модель для расчета коэффициентов проводимости щелевых каналов с движущимися стенками произвольной геометрии. В результате при молекулярном режиме: получены новые уравнения для расчета проводимости каналов, образованных цилиндрическими стенками; получены зависимости коэффициентов проводимости радиальных и межроторных каналов ДВН с различным профилем роторов при неподвижных стенках; впервые рассчитаны коэффициенты прямой и обратной проводимостей с учетом перемещения роторов и выявлен вклад каждого канала в обратные перетекания; установлено, что наибольший вклад (до 80%) в обратные перетекания вносит межроторный канал; определены участки на профиле ротора ДВН, которые при сопряжении, длящемся не более 1/10 от времени одного цикла откачки, образуют межроторный канал, поток газа через который составляет порядка 70% от суммарного обратного потока газа; для эллиптического профиля роторов определены геометрические соотношения, позволяющие получить минимальные перетекания через межроторный канал и максимальную степень повышения давления; показано, что перемещение стенок ротора радиальных и торцевых каналов увеличивает в несколько раз обратную проводимость по сравнению с проводимостью для неподвижных роторов.

6. Проведено моделирование течения газа в щелевых каналах при ламинарном и переходном режимах течения. Путем аппроксимации результатов численного решения дифференциальных уравнений движения, неразрывности, энергии и состояния получены новые уравнения для каналов, образованных цилиндрическими стенками, и для плоской прямоугольной щели, справедливые при докритическом и критическом режимах течения. Аналитически получено новое уравнение для проводимости каналов в ламинарном режиме при отношениях давлений близких к единице, результаты расчета по которому в пределах 2% согласуются с численным решением.

С учетом скольжения газа на стенках рассчитана проводимость щелевых каналов в околовязкостном режиме течения. Предложено уравнение для расчета проводимости в переходном режиме с поправкой, учитывающей отличие отношения давлений на концах щелевых каналов от единицы. Отклонение расчета по уравнению от численного и натурного эксперимента не превышает 15%. Предложены уравнения, учитывающие скорости стенок щелевых каналов в переходном режиме течения газа.

7. Разработан новый универсальный метод расчета проводимости щелевых каналов переменного сечения с неподвижными стенками при молекулярном, переходном и вязкостном режимах течения. Метод позволяет учесть изменение кривизны стенок каналов со стороны входа и выхода, и для практически значимых размеров каналов дает погрешность не выше 10% при сокращении времени расчета по сравнению с решениями численными методами.

8. Разработана методика расчета откачных характеристик ДВН и агрегатов на их основе. Методика позволяет рассчитать быстроту действия, рабочее и максимальное отношения давлений при изменении всех факторов, влияющих на процесс откачки без предварительных испытаний опытных образцов насосов. Проведено обобщение откачных характеристик по молекулярной массе откачиваемого газа. Максимальное отклонение расчетных и экспериментальных значений быстроты действия для исследованных насосов не превысило 20%.

9. Впервые разработана математическая модель процесса откачки кулачково-зубчатого вакуумного насоса и проведен анализ влияния основных геометрических и эксплуатационных факторов на его быстроту действия и степень повышения давления. Максимальное отклонение расчета и эксперимента составило 20%.

Основные работы по теме диссертации

Computer Simulation of Rarefied Gas Flow / A. V. Burmistrov, P. P. Osipov, F. Tazjukov, M. G. Fomina // Thin Films (Proc. 4 th Jnt. Symp. on Trends and new Applic. in Thin Films and 4 th Conf on High Vacuum). - 1994. - P.234-237.

Tazjukov, F.H. Theoretical and experimental investigation of rarefied gas flowin molecular pumps / F.H. Tazjukov, P.P. Ossipov, A.V. Burmistrov // Vakuum in Forschung und Praxis. - 1995. -V.7, №1. - S.53-56.

Применение метода угловых коэффициентов к расчету течения газа в каналах с движущимися криволинейными станками / А. В. Бурмистров, П. П. Осипов, Л. А. Беляев, Г. Х. Мухаметзянов // Тепло- и массообмен в хим. технологии: межвузовский сборник научных трудов; КГТУ. - Казань, 1995. - C. 57-64.

Combined experimental and calculation study of conductance of Roots pump channels / A. Burmistrov, L. Belyav, P. Ossipov, M. Fomina, R. Khannanov // Vacuum. - 2001. - V. 62. - P. 331-335.

Саликеев, С. И. Профилирование роторов кулачково-зубчатого насоса / С. И. Саликеев, А. В. Бурмистров, К. Б. Панфилович // Тепломассообменные процессы и аппараты химической технологии: межвузовский тематический сборник научных трудов. - Казань: КГТУ, 2001. - С. 139-144.

Бурмистров, А.В. Исследование проводимости каналов с криволинейными стенками / А.В. Бурмистров, П.П. Осипов, К.Б. Панфилович // Вакуумная техника и технология. - 2002. -Т.12, № 1. - С. 27-30.

Бурмистров, А.В. Влияние частоты вращения роторов на предельное остаточное давление двухроторных вакуумных насосов / А.В. Бурмистров // Материалы IX научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника». М.: МИЭМ, 2002. - С. 81-85.

Саликеев, С.И. Профилирование роторов и разработка безмасляного двухроторного кулачково-зубчатого вакуумного насоса / C. И. Саликеев, А.В. Бурмистров, К.Б. Панфилович // Материалы IX научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника». М.: МИЭМ, 2002. - С. 85-89.

Бурмистров, А.В. Концепция объемно-скоростной откачки. Метод расчета двухроторных вакуумных насосов / А.В. Бурмистров, Л.А. Беляев // Вакуумная техника и технология. - 2002. - Т. 12, № 2. - С.85-90.

Бурмистров, А.В. Исследование течения газа в каналах вакуумных насосов и систем / А.В. Бурмистров, С.И. Саликеев, К.Б. Панфилович // Известия Вузов. Машиностроение. - 2003. - №8. - С. 19-25.

Бурмистров, А.В. Исследование проводимости каналов роторного механизма двухроторных вакуумных насосов типа Рутс в молекулярном режиме / А.В. Бурмистров, Д.Г. Караблинов // Компрессорная техника и пневматика. - 2003. - № 4. - С. 25-28.

Бурмистров, А.В. Проводимость радиальных каналов двухроторных ва-

куумных насосов в молекулярном режиме / А. В. Бурмистров, А. В.Ушко // Вакуумная техника и технология. - 2003. - Т.13, № 2. - C. 83-87.

Бурмистров, А.В. Влияние геометрических параметров окружного профиля на характеристики двухроторного вакуумного насоса типа Рутс / А.В. Бурмистров, Д.Г. Караблинов // Компрессорная техника и пневматика. - 2003. - № 5. - С. 22-25.

Бурмистров, А.В. Уравнения для расчета проводимости различных видов щелевых каналов в молекулярном режиме течения / А.В. Бурмистров, Д.Г. Караблинов, М.Д. Бронштейн // Вакуумная техника и технология. -2004. - Т.14, № 1. - C.9-13.

Бурмистров, А.В. Влияние геометрических параметров эллиптического профиля на характеристики двухроторных вакуумных насосов типа Рутc / А.В. Бурмистров, Д.Г. Караблинов, М.Д. Бронштейн // Компрессорная техника и пневматика. - 2004. - № 6. - С. 38-40.

Бурмистров, А.В Обратные потоки через торцевые каналы бесконтактных вакуумных насосов / А.В. Бурмистров, Д.Г. Караблинов, М.Д. Бронштейн // Вакуумная техника и технология. - 2005. - Т.15, № 1. - C. 15-20.

Саликеев, С.И. Разработка и экспериментальное исследование ступени кулачково-зубчатого вакуумного насоса / С.И. Саликеев, А.В. Бурмистров, К.Б. Панфилович // Вакуумная техника и технология. - 2005. - Т. 15, № 1. - C. 21-27.

Исследование проводимости щелевых каналов бесконтактных вакуумных насосов в вязкостном режиме течения газа при малых перепадах давления / С.И. Саликеев, А.В. Бурмистров, К.Б. Панфилович, М.Д. Бронштейн // Компрессорная техника и пневматика. - 2005. -№ 2. - С. 13-16.

Бурмистров, А.В. Расчет проводимости каналов переменного сечения с движущимися стенками при молекулярном режиме / А.В. Бурмистров // Вакуумная техника и технология. - 2005.- Т.15, № 3. - C. 287-294.

Саликеев, С.И. Исследование протечек газа через щелевые каналы в вязкостном режиме / С.И. Саликеев, А.В. Бурмистров, М.Д. Бронштейн // Компрессорная техника и пневматика. - 2005. - № 7. - С. 19-23.

Расчет проводимости профильных каналов роторных бесконтактных вакуумных насосов / А.В. Бурмистров, Л.З. Шарафиев, М.Д. Бронштейн, С.И. Саликеев, Д.Г. Караблинов // Вакуумная техника и технология.- 2006. - Т.16, № 1. - C. 45-54.

Бурмистров, А.В. Расчет проводимости щелевых каналов переменного сечения в молекулярно-вязкостном режиме / А.В. Бурмистров, А.Р. Ва-

леев // Компрессорная техника и пневматика. - 2006. - № 5. - С.22-27.

Караблинов, Д.Г. Коэффициент заполнения отсеченных объемов двухроторного вакуумного насоса типа Рутс / Д.Г. Караблинов, А.В. Бурмистров, М.Д. Бронштейн // Компрессорная техника и пневматика. - 2006. - № 5. - С.48-51.

Размещено на Allbest.ru