Исследование характеристик двухступенчатого «Сухого» вакуумного агрегата на базе ступеней двн и КЗВН

А. А Райков, С. И Саликеев, А. В Бурмистров

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДВУХСТУПЕНЧАТОГО «СУХОГО» ВАКУУМНОГО АГРЕГАТА НА БАЗЕ СТУПЕНЕЙ ДВН И КЗВН

Ключевые слова: вакуумный насос, безмасляный вакуум, средний вакуум, КЗВН, Рутс.

Исследуется разработанный двухступенчатый агрегат на базе кулачково-зубчатого и двухроторного насосов. Представлена схема стенда испытаний откачных характеристик. Обсуждаются полученные зависимости быстроты действия, предельного остаточного давления и температуры газа.

Keywords:vacuum pump, oil-free vacuum, average vacuum, Claw pump, Roots pump.

A newly developed two-stage unit on the basis of claw and Roots pumps was studied. The chart of the experimental unit for pumping characteristics measurement is presented. The obtained relationships of the pumping speed, ultimate pressure and gas temperature are discussed.

Среди механических средств откачки,

обеспечивающих получение безмасляного низкого вакуума, наиболее востребованными являются спиральный, кулачково-зубчатый, двухроторный и винтовой насосы. Кулачково-зубчатый вакуумный насос (КЗВН) за рубежом находит все более широкое применение. И это не смотря на то, что удельная стоимость быстроты действия КЗВН существенно выше, чем спиральных или винтовых [1]. Благодаря полному внутреннему сжатию он обладает более высоким адиабатным КПД, по сравнению с насосами с внешним сжатием. Сочетание двухроторной ступени типа Рутс на входе и одной или нескольких ступеней КЗВН на выходе позволяет значительно понизить остаточное давление, и повысить быстроту действия насоса. Примером таких машин являются трехступенчатые насосы серии «DRYSTAR» фирмы «Edwards» [2, 3], позволяющие получить давление от 4 до 40 Па, и четырехступенчатые машины серии «DRYVAC» фирмы «Leybold» [4] - от 3 10-1 до 3 Па. В России и странах СНГ подобные машины не выпускаются. Исследование одноступенчатого КЗВН и многоступенчатого агрегата на его основе проводилось в работах [5, 6].

Экспериментальный агрегат (рис. 1) был спроектирован и изготовлен на базе насоса НВД-200 (ДВН-50), серийно выпускаемого ОАО «Вакууммаш»

(г. Казань). Вторая ступень содержит кулачковозубчатые ротора, идентичные использованным в

одноступенчатом насосе [5]. Синхронное вращение роторов осуществляется за счет пары косозубых шестерен, расположенных на концах валов, и

размещенных в масляном картере, отделенном от

рабочей полости агрегата. Зазоры между роторами и роторами и корпусом составляют десятые и даже сотые доли миллиметра.

Всасывание газа в агрегате происходит через патрубок Ду 40, расположенный вертикально в

ступени типа Рутс. Окна всасывания и нагнетания второй ступени размещены в торцевых крышках. Длина роторов ступеней одинакова и составляет 50 мм. Ступени отделены друг от друга перегородкой, в которой выполнен канал, соединяющий их. Для измерения давления и температуры газа между ступенями в перегородку вмонтирован патрубок с закрепленным в нем датчиком давления и термопарой.

Рис. 1 - Экспериментальный агрегат на базе ступеней типа Рутс и КЗВН: 1- ротора типа Рутс; 2- кулачково-зубчатые ротора; 3- канал,

соединяющий ступени; 4- выходное отверстие; 5 - патрубок для присоединения датчиков измерения давления и температуры между ступенями; 6- входное отверстие; 7 -

синхронизирующие шестерни; 8 -

межступенчатая перегородка

Для измерения давлений использовались образцовые деформационно-термопарные

вакуумметры ВДТО-2 с максимальной

погрешностью ±10%. Расход газа измерялся газовыми счетчиками РГ-40 (кл. т.2) и ГСБ-400 (кл. т.1), ротаметрами РМ-0,04 (кл. т.2,5) и РМ-4 (кл. т.2,5) и бюретками. Температура фиксировалась при помощи хромель-копелевых термопар и устройства контроля температуры УКТ38-Щ4.Т.П

(погрешность ±0,5 %). Вакуумная схема стенда представлена на рис. 2. Частота вращения роторов измерялась фототахометром АКТАКОМ АТТ-6002 с погрешностью ±0,1%.

С использованием разработанного

экспериментального стенда были получены:

- быстрота действия агрегата в зависимости от давления на входе в ступень типа Рутс

Sl=fPl);

- быстрота действия кулачково-зубчатой

ступени агрегата в зависимости от

давления на входе в нее S2=f(P2);

- температуры газа между ступенями и на выходе из агрегата, а также температура

на рис,

корпуса в зависимости от продолжительности работы агрегата и давления на входе; предельное остаточное давление на входе первой и второй ступеней от частоты вращения роторов.

Некоторые результаты измерений приведены

3, 4.

Рис. 2 стенда

Вакуумная схема экспериментального

Путем плавной регулировки частоты вращения двигателя с помощью частотного преобразователя Е1-8001-005Н была получена зависимость остаточного давления по ступеням от частоты вращения ротора, которая представлена на рис. 3. Можно видеть, что двухступенчатая конструкция позволяет получить предельное остаточное давление ниже 2000 Па при 3000 об/мин.

я На входе в ступені эКЗВН

На входе в агрегат

На рис. 4 приведены зависимости

температур газа, измеренных между ступенями ї1 и на выходе из агрегата їВЬХ от давления на входе при различных частотах вращения ротора.

t °С

120

110

100

90

80

70

— —tr п=3000 об/мин " ' *вых’ п=3000 об/мин —о—11, п=1800 об/мин - о- tBb|X, п=1800 об/мин :  W

É

' O-rv

* V  V,

/ і Á і- 'і і і м А-" / o o o

' - ' / n 0^

ö с

F :

2500 П, Об/МИН

Рис. 3 - Зависимость остаточного давления от частоты вращения ротора

Полученные в работе [6] зависимости быстроты действия от давления на входе при различных частотах вращения роторов (в интервале от 500 до 3000 об/мин), показали, что при частоте вращения 3000 об/мин быстрота действия двухступенчатого агрегата составила 16 л/с.

© А. А. Райков - асп. каф. вакуумной техники электрофизических установок КНИТУ; С. И. Саликеев - к.т.н., доц. той же кафедры, salikeev_s@mail.ru; А. В. Бурмистров - д.т.н., проф. каф. вакуумной техники электрофизических установок КНИТУ, burm@kstu.ru.

юоо юооо Рвх, Па

Рис. 4 - Температура между ступенями и на выходе из агрегата в зависимости от давления на входе при частотах вращения 3000 и 1800 об/мин

Наблюдается достаточно серьезный нагрев газа при давлениях выше 10000Па и частотах вращения, близких к 3000 об/мин. Максимальная температура на выходе из агрегата составила 1400С.

Проведенные экспериментальные

исследования показали перспективность

использования двухступенчатого агрегата на базе ДВН и КЗВН в установках низкого вакуума, в частности, в системах получения безмасляного вакуума в химии и нефтехимии.

Литература

1. Бурмистров, А.В. Некоторые аспекты выбора средств

получения безмасляного среднего вакуума/ А.В. Бурмистров, С.И. Саликеев, А.А. Райков// Материалы VI Российской студенческой научно-технической

конференции «Вакуумная техника и технология», Казань, 2013. - С.37-45.

2. BOC Edwards product catalog, 2003/04. - 552 p.

3. GV/GVM Dry star Pumps // Edwards Limited. 2010 (http://www.edwardsvacuum.com/Products/List.aspx?r=10).

4. Leybold vacuum components, 1999/2000. - 470 p.

5. Райков А. А. Экспериментально- теоретическое

исследование индикаторных диаграмм кулачково-

зубчатого вакуумного насоса / А.А. Райков, С.И. Саликеев, А.В. Бурмистров // Вестник Казанского технологического университета - 2011 - № 15. - C. 210214.

6. Райков А. А., Саликеев С. И., Бурмистров А. В.

Экспериментальное исследование безмасляного двухступенчатого комбинированного вакуумного насоса // Вестник Казанского технологического университета -2010 - № 7. - C.190-192.