ВАКУУМНЫЕ ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ

ПРИМЕР РАСЧЕТА НАСОСА

Рассчитать проточную часть турбомолекулярного вакуумного насоса с бы­стротой действия по азоту S = 1000 дм3/с в рабочем диапазоне давлений 1,0-10_в... 0,1 Па, определить основные размеры рабочих колес и их число. Предельное остаточное давление насоса 1,0-10~? Па. Температура откачиваемого газа T = 20 "С. Материал рабочих колес — алюминиевый сплав. Определить дей­ствительную откачную характеристику вакуумного насоса.

Последовательность и данные расчета сведены в табл. 7.3.

Способ определения

1. Быстрота действия S, м»/с

2. Рабочий диапазон дав­лений р. Па

3. Расположение ротора

4. Материал рабочих колес

5. Предел текучести а0,2 при растяжении для Д16А, МПа

6. Плотность р, кг/м3

7. Коэффициент k запаса текучести

8. Соотношение % диаме­тров

9. Соотношение Ij) толщин

Лопатки

10. Соотношение 6 тол­щин рабочего колеса

11. Окружная скорость и2 рабочего колеса на наружном диаметре, м/с

12. Угол установки ло­патки а, °

13. Толщина Н± колеса у корня лопатки, м

14. Толщина h± лопатки у корня, м

15. Соотношение ajbl Ширины межлопаточного канала и лопатки у кор­невого сечения

16. Наружный диаметр D2 колеса, м

Исходные данные по техническому заданию То же

Выбирают

Исходные данные по техническому заданию То же

Принимают

Формула (7.14)

Выбирают

Задают

»

Выбирают

Формула (7.15), где Кх Определяют по табл. 7.1 Или уравнениям (7.3) I

(7.7) A ^xK-dxn 1

1

Ы(Г«... 0,1

Вертикальное Д16А

2,7-Ю2

2,7-103

5

0,65 1,0 1,0

263

40 0,004 0,001 0,9

0,2847 (округляют до 0,285)

| К - dx заменяют сум-

Я

Г=б

Мами £ + X 1=0

1-Я 12

Способ определения

17. Начальный диаметр лопаток колеса Dlt м

18. Число г лопаток

19. Действительное соот­ношение Ajbi ширины межлопаточного канала и лопатки у корневого се­чения

20. Действительное зна? чение максимальной бы­строты откачки Sjnax, м3/с

21. Максимальное отно­шение ттах давлений на рабочем колесе

22. Радиальный зазор Бр, м

23. Проводимость мрот кольцевого зазора между роторным колесом и кор­пусом, и? 1с.

24. Проводимость кст кольцевого зазора между статорным колесом и ро­тором, м3/с

25. Максимальное отно­шение Тщах р давлений роторного колеса с уче­том перетеканий

26. Максимальное отно­шение тшах ст давлений статорного колеса с уче­том перетеканий

27. Осевой зазор 601, м

28. Удельное газовыде­ление Qjxie для материала Д16А, Па-м^с-м2)

D1 = %D2

Формула (7.18) Пересчет по формуле (7.17) при х = %

Пересчет по формуле (7.20), где вычисление 1 1 К~х, xK~dx и J K~xdx

Аналогично п. 16 Формула (7.19), где /С,- и /CJj^ определяют по уравнениям (7.3) и (7.7) или табл. 7.1 1 1 { dx, J ХКГх dx, К К

1 1 JKu-dxH jxKIIxdx К к

Вычисляют аналогично п. 16 Задают

Формула (7.25)

Формула (7.28)

Задают

Исходные данные по техническому заданию

0,185

Округляют до 81 0,905

1,103

2,061

МО"3 4,229-Ю"2

2,724-10"2

2,020

2,034

МО"3 5-10-'

Способ определения

29. Удельное газовыде­ление 9ст Для материала 12Х18Н10Т, Па-м^с-м2)

30. Площадь /^вс. Дм по­верхности газовыделения материала Д16А со сто­роны всасывания, м2

31. Площадь /^вс. ст по­верхности газовыделения материала 12Х18Н10Т со стороны всасывания, М2

32. Газовыделение QrB. вс со стороны всасывания, Па-м3/с

33. Структура пакета

34. Площадь Fnp Дм поверхности газовьвделе - ния материала Д16А ме­жду колесами, м2

35. Площадь Fnp. ст по­верхности газовыделения материала 12Х18Н10Т между колесами, м2

36. Газовыделение QrB. пр между соседними колеса­ми, Па-м3/с

37. Площадь д16 по­верхности газовыделения материала Д16А после последнего колеса, м2

38. Площадь Рф ст по­верхности газовыделения материала 12Х18Н10Т после последнего коле­са, м2

39. Газовыделение (?ф после последнего колеса, Па-м3/с

40. Форвакуумное дав­ление /7ф, Па

41. Минимальное созда­ваемое давление рпр вса­сывания, Па

Исходные данные по тех­ническому заданию

Из конструкции насоса

То же »

Принимают

Из конструкции насоса То же

QrB. пр = 9д16^Пр. д16 + "Ь 9ст^пр. ст

Из конструкции насоса То же

Qф = ^дм^фдм +

Ст

Исходные данные по техническому заданию То же

2.10-8 3,684-10"?

1,025-10"1

2,047-10-8

Весь пакет состоит из колес одинаковых раз­меров

7,368-10" а

7,47-Ю-3

3,699-10-е 3,684-10-2

9,285-Ю-1

3,699-10-е

0,1 1-10"'

42. Число колес п

43. Быстрота действия

После 21-го колеса при РЛ=0,1 Па и

SH=(T

44. Действительное пре­дельное остаточное давле­ние рПр всасывания, со­ответствующее SH = 0 и рф = 0,1 Па

45. Быстрота действия насоса SH (м®/с) и давле­ние рх (Па) перед первым рабочим колесом при за­данной быстроте действия после последнего колеса при форвакуумном давле­нии (расчет откачной ха­рактеристики)

46. Построение откачной характеристики ТВН 5н = / (,Р)

Для при

Тельно, начиная с пер­вого, определяют Pt — = Рпр при T > 1, Pi по (7.29); = QrB. BC/Pi при I > 1, St — по (7.26); тT — по (7.27) до тех пор, пока после п-го колеса не будет рп+1 ^ > Рф

Qrb. i

=

Оф__________

Рф ~г Рф

(w—1) QrB. Пр

РФ

+

Аналогично расчету п. 42, но, начиная с по­следнего 21-го колеса, определяют рг по (7.29), St по (7.26), хг — по (7.30) до давления перед первым колесом

Аналогично расчету рпр (п. 44), но для S22 > > 7,972-10"« м3/с при Рф = 0,1 определяют рг, Si и Tt

Задаваясь рядом значе­ний быстроты действия после последнего (21-го) колеса при заданном фор­вакуумном давлении, определяют расчетные точки кривой

Первое колесо — ротор­ное: рх = рпр = = Ы0-' Па, Sx = = 0,2047 м3/с, тх= 1,831; второе колесо — статор - ное: р2 = 1,831-10-' Па, S2 = 0,3139 м3/с, т2 = = 1,740; третье колесо— роторное: р3 = 3,185 X X 10"7 Па, Ss = = 0,2965 м3/с, т3= 1,746 И т. д.; 21-е колесо — роторное: р21 = 6,686 X X 10"® Па, S2J = = 1,137-Ю-® м3/с, T2I = = 2,020; 22-е колесо — статорное: р22 = = 0,1351 Па, т. е. р22> > рд, при я = 21 W 7,972-10" ?

После 21-го колеса: S22 = 7,972-10" 6 Ms/C, р22 = рф = 0,1 Па; перед 21-м колесом:

521 = 1,536-10" 6 м3/с, P2I= 4,951-10"? Па, т21 = 2,020 и т. д. перед 1-м колесом: Sx =

= 0,2343 MS/C, Pi = = 8,736-10-8 Па, Xt = = 1,803, SK= 0 После 21-го колеса:

522 = 1,8-10" 6 м3/с,

Р22=/'ф=0>1 Па; пе - ред 21-м колесом: S21 — = 3,561-КГ^/с, P2I = = 4,951-10-3 Па, T2I = = 2,020; перед первым колесом: рх = 9,968 X X 10-' Па, Si = = 1,027 м3/с, SH = = 1,006 м8/с Рис. 18

[1] + е0 ei + (е0 зол + ®зол)

О =

80 + EI + KV (80 зол + езол)

Действительные характеристики насосов системы МВТУ при­ведены на рис. 12.

[2] + Ко П

Рт V Ке ) •

Где п — показатель политропы процесса сжатия.

В начальный период сжатия (линия 3—За) суммарный объем полостей роторов больше объема рабочей полости ведущего ро­тора. Так как индикаторная диаграмма строится для полости ведущего ротора объемом, принимаемым равным V = 1, то в начальный период сжатия повышение давления при неизменном объеме изобразится в координатах р... Уг вертикальной линией.

Линия 4—5 — выравнивание давлений.

Линия 5—6 — нагнетание газа при постоянном давлении. Относительный объем рабочей полости уменьшается с К с До (Ко + Ки), где Кп — относительное перекрытие, определяемое углом перекрытия ап. Коэффициент Кп принимают в пределах 0,01 ... 0,03. При этом ап « 1 ... 3°. Процесс нагнетания закан­чивается в тот момент, когда кромка впадины ведомого ротора перекрывает нагнетательное окно.

ОДА/е tn->Kcm^m. вх

[5] — при давлении нагнетания 10' Па; 2 — при

Давлении нагнетания 0,1 Па