10.1. Головні параметри вакуумних насосів

Для ефективної експлуатації насосів необхідно знати їх головні параметри. До головних параметрів насосів відносяться: початковий тиск, швидкодія насоса, найбільший випускний тиск, граничний тиск і робочий тиск, продуктивність насоса.

Початковим тиском насоса називається тиск, при якому він починає нормально працювати. Для відкачки об’єма треба видалити з нього молекули газу в оточуючу атмосферу, тобто перебороти протидію зовнішнього тиску. Деякі насоси можуть видаляти газ безпосередньо в атмосферу і їх називають форвакуумними, а інші не можуть створити протидію атмосферному тиску і при нормальній роботі створюють протитиск, що значно менший від атмосферного. Зазвичай такі насоси створюють високий вакуум і не можуть працювати самостійно, тому їх приєднують послідовно з форвакуумним. Початковий тиск ще називають тиском запуску насоса (рис.10.1).

Рис.10.1.

Найбільшим випускним тиском насоса називається такий тиск на випускному патрубку, при перевищенні якого насос перестає нормально працювати, оскільки зовнішній газ в цьому випадку проривається з боку випускного патрубка до насоса. Очевидно, що у форвакуумних насосів цей тиск трохи більший за атмосферний, тоді як у інших насосів він значно менший.

Граничним тиском називають найменший тиск, який може створити насос при тривалій роботі. Слід відрізняти граничний тиск насоса, тобто найменший тиск, який створюється при тривалій роботі насосом на впускному патрубку, що від’єднаний від вакуумної системи, і граничний тиск об’єкта, тобто найменший тиск, який створюється у вакуумній камері при тривалій відкачці. Перший залежить від конструктивних особливостей і газовиділення матеріалів насоса, а другий - ще й від вакуумної системи.

Робочий тиск насоса поділяють на найменший і найбільший. Найменший робочий тиск - це мінімальний тиск, за яким насос зберігає номінальну швидкодію при тривалій роботі. Зазвичай, найменший робочий тиск приблизно на порядок більше граничного. Використання насоса для роботи в межах між граничним і найменшим робочим тиском економічно невигідно. Найбільший робочий тиск - це максимальний тиск, за яким насос зберігає номінальну швидкодію при тривалій роботі. Цей тиск менший за тиск запуска і з економічних міркувань використання насоса найбільш вигідне при роботі в межах робочого тиску.

Продуктивністю насоса називають величину потока газу, що потрапляє до насоса за тиском на впускному патрубку, тобто добуток швидкодії насоса на впускний тиск:

. (10.1)

10.2. Розрахунок швидкодії вакуумного насоса

Як було вже зазначено, швидкодія насоса визначається завжди за відповідним тиском. Для значної частини насосів швидкодія дуже залежить від тиску газа, що відкачується. Але існують насоси, швидкодія яких незначно змінюється в широких межах тиску.

Рис.10.2.

Швидкодію насоса можна знайти експериментально. Справді, розглянемо таку теоретичну вакуумну систему (рис.10.2), що складається з поршневого насоса і камери відкачки, об’ємом V, яка безпосередньо приєднана до впускного патрубка насоса і тиск газа в ній . Будемо вважати, що температура газу не змінюється при відкачці, отже його стани можна описати за законом Бойля-Маріотта. При роботі насоса протягом проміжку часу з камери буде видалено газу об’ємом , що приведе до зниження тиску на . Оскільки , то можна записати

= = .

Нехтуючи нескінченно малою величиною другого порядку, отримаємо

= ,

тобто

.

Поділимо на обидві частини рівняння, тоді отримаємо

. (10.2)

Після розподілу змінних і проведення інтегрування в межах тисків від до , які відповідають моментам часу і , матимемо

. (10.3)

Рівняння (10.3) називають формулою Геде, за допомогою якої можна розраховувати швидкодію насоса за умови, що майже не змінюється в інтервалі .

Оскільки реальні насоси мають граничний тиск, що конструктивно обумовлений шкідливим простором і негерметичностями в місцях доторкання рухомих частин, то відлік тиску слід вести не від нуля, а від величини граничного тиску. Тоді, після внесення поправки, формула (10.3) буде більш точнішою

. (10.4)

Слід зауважити, що газовиділення і натікання при цьому не враховуються.

Якщо перейдемо до екпоненціальної функції, то отримаємо закон зменшення тиску в камері відкачки, що має об’єм V, за умови, що швидкодія залишається сталою, а початковий тиск дорівнює .

. (10.4)

Рис.10.3.

Як видно на рис. 10.3, навіть при такій умові, як би тривало не працював цей теоретичний насос, тиск на впускному патрубку його не зменшується до нуля, а наближається асимптотично до граничного.