§ 4.4.5. Ротационные вакуумные насосы с обкатываемыми профилями

По способу сжатия газа ротационные вакуумные насосы с обкатываемыми профилями можно разделить на насосы с внешним, частичным внутренним и внутренним сжатием. В насосах с внешним сжатием газ сжимается только в процессе нагнетания. К таким насосам относятся двухроторные насосы (насосы Рутса), имеющие роторы с леминискатными профилями (рис. 4.17). За один оборот каждый из роторов дважды перебрасывает заштрихованный объем газа из области высокого вакуума в область предварительного разрежения. Роторы вращаются в разные стороны Синхронность их вращения обеспечивается зубчатой передачей с передаточным числом, равным единице (обозначена на рисунке пунктиром).

Объем рабочей камеры насоса

где R — максимальный радиус ротора; l — длина ротора; Кл= Δ/nR2; Δ— площадь впадин в площади круга, описанного вокруг ротора.

  Умножая объем рабочей камеры насоса Vк (4.21) на частоту вращения роторов п, можно определить геометрическую быстроту откачки насоса ST. Обратный поток газа в этих насосах в основном определяется технологическими зазорами в роторном механизме:  

U₃ — проводимость зазоров в роторном механизме. Считая зазоры тонкими щелями, запишем проводимость (для воздуха) (3.58) при молекулярном режиме (м3/с):

— суммарная площадь зазоров, м². Здесь б_р — зазор между роторами; бРк — зазор между роторами и корпусом; б_Т1 и б_Т2 — торцевые зазоры между роторами и крышами. Величина зазоров между ротором и статором обычно равна 0,004R, а между роторами и торцевыми крышками — 0,006R.

Обратный поток газа в насосе можно также выразить через предельное давление и максимальную быстроту действия насоса: Q_0б= S_maxP_np. Решая это уравнение совместно с (4.22) при р_Вх=Р_пр найдем коэффициент компрессии насоса: K=Р_вых/Р_пр=1+S_mах/Uз.  

Значение коэффициента компрессии зависит от проводимости зазоров, возрастающей с повышением давления. В высоком вакууме K≈50, а при атмосферном давлении ~1,5. В связи с этим зависимость быстроты действия от давления, представленная на рис. 4.18, имеет характерный спад в области высоких давлений. Нормальная работа насоса такого типа возможна только при наличии насоса предварительного разрежения.

Предельное давление одноступенчатых насосов 5-10^-1 Па, двухступенчатых — 4-10"² Па с учетом давления насыщенных паров вакуумного масла, применяемого для смазки подшипников. При работе с ловушкой предельное давление составляет 10~³ Па. Наибольшее выпускное давление одноступенчатых насосов от 10² до 10³ Па.