Разработка и экспериментальное исследование вакуумного насоса внешнего сжатия с трехлопастным профилем роторов

Рассмотрен двухроторный вакуумный насос внешнего сжатия с трехлопастным профилем роторов. Такой профиль имеет преимущества перед традиционным двухлопастным, обеспечивая меньшие перетекания газа с выхода на вход и более равномерную откачку. Проведены расчеты в программном пакете ANSYS CFX при различных значениях давления газа на входе роторов и частоты их вращения. Получены экспериментальные зависимости быстроты действия роторов от давления газа на входе. Рассмотрены профили скоростей и особенности течения газа в рабочей полости насоса. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показало, что они согласованы в пределах 10 %. При работе с выхлопом в атмосферу насос с трехлопастными роторами обеспечивает почти в 2 раза большее отношение выходного давления к входному, чем насос с двухлопастными роторами. Полученные данные будут использованы при разработке отечественных насосов и многоступенчатых агрегатов на базе ступеней типа Рутс.
EDN: NIRNTL, https://elibrary/nirntl

Литература

[1] Хабланян М.Х., Саксаганский Г.Л., Бурмистров А.В. Вакуумная техника. Оборудование, проектирование, технологии, эксплуатация. Ч. 1. Инженерно-физические основы. Казань, Изд-во КНИТУ, 2013. 232 с.

[2] Hoffman D.M., Singh B., Thomas J.H. Handbook of vacuum science and technology. Academic Press, 1998. 835 p.

[3] Xing L., Feng J., Tang H. at al. Performance improvement of a large capacity Roots blower based on profile modification. Proc. Inst. Mech. Eng. C, 2021, vol. 235, no. 13, pp. 2386–2394, doi: https://doi.org/10.1177/0954406220953175

[4] Valdes L.C., Barthod B., Perron Y.L. Accurate prediction of internal leaks in stationary dry Roots vacuum pumps. Vacuum, 1999, vol. 52, no. 4, pp. 451–459, doi: https://doi.org/10.1016/S0042-207X(98)00330-3

[5] Thees R. Roots pumps: design and performance features. Vacuum, 1955, vol. 5, pp. 25–34, doi: https://doi.org/10.1016/0042-207X(55)90005-1

[6] Hsieh C.F., Zhou Q.J. Fluid analysis of cylindrical and screw type Roots vacuum pumps. Vacuum, 2015, vol. 121, pp. 274–282, doi: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2015.04.037

[7] Xing L., Feng J., Chen W. at al. Development and testing of a roots pump for hydrogen recirculation in fuel cell system. Appl. Sci., 2020, vol. 10, no. 22, art. 8091, doi: https://doi.org/10.3390/app10228091

[8] Fan Z., Shi-wei Z., Feng H. at al. Thermodynamics analysis of roots vacuum pump. J. Phys.: Conf. Ser., 2020, vol. 1519, art. 012016, doi: https://www.doi.org/10.1088/1742-6596/1519/1/012016

[9] Бурмистров А.В., Караблинов Д.Г., Бронштейн М.Д. Влияние геометрических параметров эллиптического профиля на характеристики двухроторных вакуумных насосов типа Рутс. Компрессорная техника и пневматика, 2004, № 6, с. 38–40.

[10] Исаев А.А., Райков А.А., Бурмистров А.В. и др. Проводимость каналов роторного механизма двухроторного вакуумного насоса типа Рутс при молекулярном режиме течения газа. Наноиндустрия, 2022, т. 15, № 1, с. 58–63, doi: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2022.15.1.58.63

[11] Исаев А.А., Саликеев С.И., Бурмистров А.В. и др. Двухроторная машина. Патент РФ 2730769. Заявл. 19.02.2020, опубл. 25.08.2020.

[12] Бурмистров А.В., Райков А.А., Саликеев С.И. и др. Стенд исследовательских испытаний безмасляных спиральных вакуумных насосов. Вестник Казанского технологического университета, 2013, т. 16, № 14, с. 174–177.

[13] TwinMesh CFX Berlin license file for Kazan National Research Technological University. C/n 13449.

[14] Исаев А.А., Райков А.А., Бурмистров А.В. и др. Исследование перетеканий в двухроторном вакуумном насосе типа Рутс с эллиптическим профилем роторов при молекулярном режиме течения газа. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2023, № 4, с. 38–45, doi: https://doi.org/10.18698/0536-1044-2023-4-38-45

[15] Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA J., 1994, vol. 32, no. 8, pp. 1598–1605, doi: https://doi.org/10.2514/3.12149