Глава 41.3 Снижение отношения давлений, создаваемых насосом

Выбор угла а наклона паза или установки лопаток и отноше­ния alb ширины межлопаточного канала к его длине при опре­деленных значениях u/v_K определяется требованиями, которые предъявляют к рабочему колесу насоса.

Первые со стороны всасывания рабочие колеса насоса должны создавать максимально возможную быстроту откачки, так как определяют быстроту действия насоса в целом. В то же время последующие рабочие колеса должны обеспечивать повышенное отношение давлений, чтобы общее заданное отношение давлений насоса осуществлялось в возможно меньшем числе рабочих колес.

Из приведенного анализа следует:

1) для обеспечения высокой вероятности перехода молекул через рабочее колесо, а следовательно, повышенной быстроты откачивания при сохранении приемлемых значений максималь­ного отношения давлений необходимо выбирать угол а наклона паза или установки лопатки в пределах 35 ... 40° при alb = = 1,0... 1,4;

2) для достижения повышенных значений т_тах при обеспече­нии достаточно высоких значений К_мах необходимо выбирать угол а в пределах 10 ... 20° при значениях alb = 0,6 ... 0,8;

3) для увеличения быстроты откачки рабочего колеса и от­ношения давлений необходимо повышать его частоту вращения;

4) для улучшения откачной характеристики рабочего колеса практически нецелесообразно осуществлять закрутку лопаток по радиусу.

Полученные на основании теоретического анализа рекоменда­ции по выбору геометрии межлопаточных каналов важны при формировании пакета рабочих колес насоса. Применение в пакете рабочих колес с малыми значениями а и albоправдано при малом потоке выделения газов с внутренней поверхности деталей ротора и корпуса насоса. При большом потоке выделения газов с боль­шой молекулярной массой для всего пакета рабочих колес может оказаться целесообразным применение колес с открытыми меж­лопаточными каналами.

На рис. 166 приведены зависимости результирующей вероят­ности К_мах перехода молекул через рабочее колесо и максималь­ного отношения т_мах давлений от отношения окружной скорости колеса к наиболее вероятной скорости теплового движения моле­кул, определенные соответственно по уравнениям (7.7) и (7.8). При увеличении ulv_H значение т_махувеличивается по экспонен­циальному закону, а изменение результирующей вероятности перехода молекул через рабочее колесо близко к линейному закону (в интервале отношения скоростей от 0 до 0,8 отклонение от него не превышает 9 %).

Вследствие этого с достаточной степенью точности можно пред­ставить зависимость результирующей вероятности К_махперехода

При работе на газах с различной молекулярной массой ра­бочая быстрота действия насоса может меняться в зависимости от скорости теплового движения молекул откачиваемого газа, влияющей на сопротивление участка от входного сечения всасы­вающего патрубка до первого рабочего колеса со стороны всасы­вания. На быстроту действия насоса влияет также проводимость кольцевого зазора, через который перетекает откачиваемый газ; поток газа возрастает при уменьшении молекулярной масеы газа.

Снижение отношения давлений, создаваемых насосом, тем значительней, чем меньше молекулярная масса откачиваемого газа. Так, отношение давлений большинства конструкций насоса по водороду составляет 10³... 10⁴, по азоту 10⁸ ... 10⁹, а по тяже­лым газам (М = 50 ... 100) — 10¹² ... 10¹⁵ [18]. Эта особенность насоса обусловливает характер спектра остаточных газов в от­качиваемых вакуумных системах: основные составляющие спект­ра — легкие газы, главным образом водород; массовые числа больше 44 отсутствуют.

Уменьшение температуры откачиваемого газа незначительно влияет на рабочую быстроту действия насоса и существенно уве­личивает создаваемые им отношения давлений,

При охлаждении тракта откачки насоса до температуры жид­кого азота удается увеличить создаваемое отношение давлений, особенно по легким газам, в 10² ... 10³, тем самым снизить предель­ное остаточное давление.