Лекция №11 Двухроторные насосы (насосы Рутса)

Принцип работы насосов Рутса, предложенный в 1857 г впервые был успешно использован в доменных воздуходувках, сейчас такие насосы успешно используются в вакуумной технике в качестве механических бустерных насосов ( т.е. вспомогательных насосов, улучшающих работу последовательно соединенных с ними высоковакуумных диффузионных) насосов.

Рис.25

1 - впускной патрубок (фланец),

2 - корпус,

3 – роторы, выполненные в форме “восьмерок”,

4 - вал,

5 - выпускной патрубок (фланец)

Насос использует два встречно-вращающихся ротора, выполненных в форме восьмерок . Принцип работы насоса (рис. 25) основан на том, что роторы 3 при вращении захватывают карманом, образованным боковой поверхностью ротора и статора, порцию откачиваемого газа из области, находящейся у впускного патрубка, и переносят его в область выхлопного патрубка. Обязательным требованием к конструкции роторов является чрезвычайно высокая точность их изготовления. При их встречном вращении величина зазора δ между поверхностями роторов не должна превышать 0,05 мм, при этом касание роторов недопустимо, т.к. приводит к их разогреву и заклиниванию. Увеличение зазора δ приводит к увеличению обратного потока газа и к снижению эффективности работы.

Обычно двухроторный насос устанавливают между механическим и диффузионным насосами. Двухроторный насос может работать с выхлопом в атмосферу, но это не рекомендуется из-за большого обратного потока газов через зазоры δ , а также из-за нагрева насоса, приводящего его к заклиниванию.

Геометрическая быстрота действия насоса:

S_Г = 2πRWn0.5/60 [м³*с^-1]

где R– радиус ротора , м

W - ширина ротора (статора), м

2 – количество роторов

0,5 – коэффициент, учитывающий относительный объем карманов ,

образуемых ротором и статором

n – частота вращения роторов, с^-1

(Частота вращения роторов составляет 1500 – 4000 об/мин или n 25-70 с^-1)

Суммарный поток газа, откачиваемый насосом:

Q = Q _пр – Q _обр [ м³*Па/с]

где Q _пр ,Q _обр – прямой и обратный потоки, соответственно.

Это выражение можно записать более подробно:

[м³*Па/с]

где P,P_обр – впускное и обратное давление насоса соответственно, Па

U_δ – суммарная проводимость зазоров (между роторами и между корпусом

и роторами), которые определяют обратный поток, м³*с^-1

Разделив левую и правую части уравнения на Р получаем значение быстроты откачки: [м³*с^-1]

График зависимости быстроты действия двухроторного насоса от впускного давления показан на рис. 26. Из этого графика видно, что наибольшей быстротой действия насос обладает в области 10² –10^-2 тор (10⁴-1Па), т.е. в той области где малоэффективными являются как механический (масляный), так и диффузионный насосы, что объясняет эффективность создания вакуумных агрегатов, состоящих из трех последовательно соединенных насосов: диффузионного, двухроторного, вращательного механического.

Рис.26

Типовые насосы: ДВН – 500 (Россия) быстрота действия S_H = 500 л*с^-1

ЕН – 500 (Англия “Эдвардс”) S_H = 500 л*с^-1