НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o169.Pdf (1198.50Кб)

УДК 81.29.14

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

Зазор между ротором и статором молекулярно-вязкостного вакуумного насоса в статическом состоянии определяется технологией изготовления деталей насоса и технологией его сборки. При выходе ротора насоса на рабочие обороты статические зазор преобразуется в динамический. Динамический зазор значительно меньше статического за счет увеличения диаметра ротора насоса в результате действия центробежных сил и теплового расширения материала. Более того, динамический зазор меняется не равномерно по длине проточной части вакуумного насоса в зависимости от конструкции ротора. Для упрощения рассматриваемой модели в качестве объекта исследования выбран ротор одноступенчатого молекулярно-вязкостного вакуумного насоса, так как его рабочая часть представляет собой цилиндр. Определить влияние центробежных сил и теплового расширения материала достаточно просто, так как существует ряд методик позволяющих осуществить расчет. Ряд проблем возникает при наличии каналов на внешней поверхности ротора. Так как изменение диаметра гладкого цилиндра значительно отличается от изменения диаметра цилиндра с каналами. Поставленная задача решена с численных методов в программном комплексе SolidWorks Simulation. Для использования программы SolidWorks Simulation проведено сравнение аналитического расчета увеличения диаметра ротора и численный расчет. Полученные результаты согласуются в пределах допустимой точности 15%. Следовательно, данный программный комплекс может быть использован для решения задачи с цилиндром, имеющим каналы на внешней поверхности. В работе представлены результаты изменения диаметра ротора с прямоугольными каналами. Хотя в проточной части насоса возможны каналы и других профилей, в зависимости от требуемых откачных характеристик насоса.  Расчетные температуры поверхности ротора меняются от 300 К до 500 К, частоты вращения от 0 до 7000 об/мин. В качестве материал используется  углеродистая сталь, но при этом предполагается использование алюминиевых сплавов. Полученные результаты позволяют оценить величину динамического зазора в проточной части молекулярно-вязкостного вакуумного насоса на рабочих режимах работы. Создание методики определения величины зазора актуально для данных насосов, так как его величина оказывает значительное влияние на откачную характеристику насоса.

1. Демихов К.Е., Никулин Н.К., Свичкарь Е.В. Расчет течения газа в проточной части молекулярного вакуумного насоса // 8-я Международная научно-техническая конференция «Вакуумная техника, материалы и технология» (Москва, 2013 г.): матер. М.: НОВЕЛЛА, 2013. С. 111-118.
2. Демихов К.Е., Никулин Н.К., Дронов А.В., Дронова Т.В. Оптимальное соотношение частоты вращения ротора и осевого зазора в рабочем канале молекулярно-вязкостного вакуумного насоса // Вестник МГТУ им. Н . Э . Баумана . Сер . Машиностроение . 2010. № 1. С . 109-114 .
3. Giors S., Subba F., Zanino R. Navier–Stokes modeling of a Gaede pump stage in the viscous and transitional flow regimes using slip-flow boundary conditions // J. Vac. Sci. Technol. A. 2005. Vol. 23, no. 2. P. 336-346. DOI: 10.1116/1.1865152
4. Giors S., Colombo E., Inzoli F., Subba F., Zanino R. Computational fluid dynamic model of a tapered Holweck vacuum pump operating in the viscous and transition regimes. I. Vacuum performance // J. Vac. Sci. Technol. A. 2006. Vol. 24, no. 4. P. 1584-1591. DOI: 10.1116/1.2178362
5. Igarashi S. 3D Flow Simulation of a Spiral-Grooved Turbo-Molecular Pump // AIP Conference Proceedings. 2001. Vol. 585. P. 933-939. DOI: 10.1063/1.1407659
6. Sharipov F., Fahrenbach P., Zipp A. Numerical modelling of the Holweck pump // J. Vac. Sci. Technol. A. 2005. Vol. 23. P. 1331-1339. DOI:10.1116/1.1991882
7. Jacobs R.B. The Design of Molecular Pumps // J. Appl. Phys. 1951. Vol. 22, no. 2. P. 217- 220. DOI: 10.1063/1.1699927
8. Skovorodko P.A. Free molecular flow in the Holweck pump // AIP Conference Proceedings. 2001. Vol. 585. P. 900-902. DOI:10.1063/1.1407654
9. Skovorodko P.A. Some features of the flow in the Holweck pump // Proceedings of the 22nd International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, Sydney, 2001. P. 182-185.
10. Boon E.F., Tal S.E. Hydrodynamische Dichtung für rotierende Wellen // Chemie-Ingenicur Technik. 1959. Vol. 31, is. 3. P. 202-213. DOI: 10.1002/cite.330310315
11. Chen F.-Z., Tsai M.-J., Chang Y.-W., Jou R.-Y., Cheng H.-P. Using Plucker Coordinates for Pumping Speed Evaluation of Molecular Pump in the DSMC Method // International Journal of Rotating Machinery. 2001. Vol. 7, no. 1. P. 11-20. DOI: 10.1155/S1023621X01000021
12. Sawada T., Sugiyama W., Takano K. Measurment of axial pressure distribution on a rotor of hellical grooved molecular drag pump // J. Vac. Sci. Technol . A .   2002. Vol . 18, no . 4. P . 1772 - 1776 . DOI: 10.1116/1.582422
13. Подскребко М.Д. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа , 2007. 797 с.
14. Никулин Н.К., Свичкарь Е.В. Исследование радиальных деформаций ротора молекулярно–вязкостного вакуумного насоса // Инженерный вестник. 2014. № 9. Режим доступа: http://engbul.bmstu.ru/doc/740320.html (дата обращения 01.10.2014).
15. Vullo V., Vivio F. Rotors: Stress Analysis and Design. Springer Milan , 2013. 339 p. (Mechanical Engineering Series). DOI: 10.1007/978-88-470-2562-2
16. Елисеев Ю.С., Крымов В.В., Манушин Э.А., Суровцев И.Г. Конструирование и расчет на прочность турбомашин газотурбинных и комбинированных установок. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 519 с.