ВАКУУМНЫЕ ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ

Основные конструктивные соотношения. Методика определения основных размеров насоса

Основные показатели насоса зависят в большой степени от параметра т, относительной длины KL роторов, числа выступов и впадин, а также от способа их профилирования.

Увеличение параметра т приводит к компактности насоса вследствие возрастания коэффициента % использования попереч­ного сечения впадин роторов. С ростом относительной высоты выступа ведущего ротора повышается коэффициент откачки на­соса, так как уменьшается отношение периметра зазоров к объему рабочей полости. При большой относительной глубине впадины ведомого ротора уменьшается его момент инерции, что снижает инерционную нагрузку на синхронизирующие шестерни при из­менении окружной скорости роторов.

Однако увеличение параметра т ограничено прежде всего снижением создаваемого отношения давлений в полости ведущего ротора, особенно с возрастанием числа выступов ведущего ротора. Отрицательно влияет рост параметра и на экономичность работы насоса, так как существенно возрастает относительное количество газа, всасываемого в полости ведомого ротора и не подвергаемого внутреннему сжатию (возрастает коэффициент К внешнего сжатия). Увеличение параметра т ограничено подрезом вала ве­домого ротора, диаметр которого определяется из условий обе­спечения достаточной жесткости ротора. Кроме того, при относи­тельно большой глубине впадины снижается прочность и жест­кость центральной части ведомого ротора. Так, при числе впадин 22 = 3 и 4 происходит полное подрезание впадин ведомого ро­тора, при этом параметр т соответственно равен т = 0,867 и 0,707. Следовательно, параметр т следует выбирать в пределах 0,5 ... 0,7 (0,8); большие значения следует принимать для получе­
ния компактности и малой металлоемкости, а также при меньшем внутреннем отношении давлений и меньшем числе выступов и впадин роторов.

С увеличением длины роторов возрастает гео­метрическая быстрота дей­ствия насоса, но одновре­менно с этим растет рас­стояние между подшип­никами валов, что делает роторы менее жесткими и технологичными. При очень длинных роторах появляется опасность кру­тильных колебаний и, кроме того, возникает необходимость в больших торцовых зазорах. Уменьшение длины роторов при сохранении геометрической быстроты действия насоса приводит к уменьшению их прогиба и увеличению диаметра роторов, т. е. к уменьшению гидравлических потерь при всасы­вании и нагнетании и снижению быстроходности.

При малых значениях коэффициента KL внутренние перете­кания газа по торцам преобладают над радиальными и наоборот.

Расчетная схема внутренних перетеканий газа через радиаль­ные и торцовые щели в ВНЧС показана на рис. 95. Условный периметр сечения торцовой щели отмечен штриховой линией. Суммарная площадь / сечений щелей складывается из площадей /р сечений радиальных и /т торцовых щелей (м2):

F = /Р + /Р = (6Р1 + бр2 + бРз) L-

FT = (6TX + 6T2)(4tf+ r-2dB),

Где dB — диаметр вала, принимаемый равным диаметру впадин ведомого ротора, м, DB = 2 (1 — т) R.

Тогда

/т = 5 (8т1 + иТ2

Если в качестве первого приближения принять 6Т1 « бт2 = = бт и 6р1 » бра « бр3 = бр, то / = 3L6p - f l0mR8T.

В общем случае с учетом формулы (3.40) суммарная площадь сечения щелей

F = 6Р Vir (3/^/2 + 10т ъ /СГ'/2)'

С увеличением KL первое слагаемое возрастает, а второе уменьшается, т. е. суммарная площадь сечений щелей имеет минимальное значение:

Отсюда оптимальная относительная длина роторов (К л — 10т

KtL)опт - з (6р/6т) ■

При бр = бт, т = 0,6 и Zx = Z2 = 2 (KL)OnТ = 2.

Полученное из этого выражения значение (Ах)0пт предпола­гает лишь равенство площадей сечений радиальных и торцовых щелей. В действительности радиальные и торцовые зазоры на­соса обычно не равны, так же как и количество газа, перетекаю­щего через щели различных форм. Однако для каждого конкрет­ного случая может быть определена оптимальная длина роторов насоса и наибольшее значение коэффициента откачки.

Относительную длину роторов выбирают, исходя из кон­структивных и технологических условий с учетом компоновки:

Кь = 1,8 ... 5,0.

Принципиально возможно применение роторов с одинаковым и неодинаковым числом выступов и впадин. В последнем случае роторы должны иметь разные угловые скорости. С увеличением числа выступов ведущего ротора внутренние перетекания газа уменьшаются, так как в пространстве между нагнетанием и вса­сыванием находятся изолированные рабочие полости с относи­тельно небольшим перепадом давлений.

Наиболее компактным из рассмотренных комбинаций чисел выступов и впадин роторов является вакуумный насос со схемой (3 + 2). Однако в конструктивном отношении эта схема мало при­годна вследствие большого различия наружных диаметров рото­ров и их жесткости. Схемы (2 + 2) и (3 + 3) имеют практически одинаковые значения коэффициента использования поперечного сечения роторов. В схеме (2 + 3) значение этого коэффициента меньше. Но существенное преимущество данной схемы как с тех­нологической, так и с конструктивной точек зрения состоит в том, что наружные диаметры роторов могут быть одинаковыми. При этом между относительной высотой выступа ведущего ротора тх = = R1/R1 и относительной высотой головки ведомого ротора с дву­сторонним профилем m2 = R0IRx имеется зависимость тг = 0,5 + + т2. Принимая приемлемое значение т2 = 0,03 ... 0,06, нахо­дят тх = 0,53 ... 0,56. Однако в этом случае коэффициент % использования полезного сечения впадин роторов составляет всего лишь 0,30 ... 0,31.

С увеличением суммарного числа выступов и впадин роторов увеличивается равномерность откачивания газа и уменьшается
его пульсация, но вместе с тем возрастает трудоемкость изготов­ления роторов. Увеличение числа выступов и впадин роторов ограничено снижением создаваемого отношения давлений и эко­номичности работы насоса вследствие повышения относительной быстроты действия полостей ведомого ротора.

Соотношение выступов и впадин роторов и их числа влияют на технико-экономические показатели насоса, технологические и другие факторы, и поэтому их можно выбирать, исходя из конкретных условий. Наиболее предпочтительными схемами на­соса являются: 2 + 2, 2 + 3, 3 + 3.

По заданной теоретической быстроте действия насоса и вы­бранным значениям ти ZJZX, Къ, их (или Tlx) определяют ра­диус начальной окружности ведущего ротора (м) из уравнений (3.38) или (3.39):

Ri =

Или

*1 = 1/ г__________ 2 2SIg,,g1...,„ • (3-41)

[(1 +mlf+Zl/Z*}%ulKL

Радиус начальной окружности ведомого ротора (м) R2 = = R^/Zi, радиус окружности выступов ведущего ротора (м) Г = M1R1; радиус внешней окружности выступов ведущего ро­тора (м) гг = Rx + г; радиус внутренней окружности впадин ведомого ротора (м) r20 = R2 — г. Длина роторов (м) L — KLRI- Межцентровое расстояние (м) А = R± + R2 — (1 + Z2/Zx).