CC BY
37
УДК 621.521
А. А. Райков, С. И. Саликеев, А. В. Бурмистров
РАЗРАБОТКА ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА КУЛАЧКОВО-ЗУБЧАТОГО ВАКУУМНОГО НАСОСА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИНДИКАТОРНЫХ ДИАГРАММ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ
Ключевые слова: вакуумный насос, индикаторная диаграмма.
В статье предложена модификация конструкции кулачково-зубчатого вакуумного насоса, позволяющая получать индикаторные диаграммы давления и температуры рабочего процесса. Приведены марки используемых датчиков, схемы их расположения и области действия, а также вторичные приборы, позволяющие фиксировать и обрабатывать сигналы датчиков на ПЭВМ.
Key words: vacuum pump, indicator diagram.
The article suggests claw vacuum pump construction modification, allowing us to obtain the pressure and temperature indicator diagrams of the working process. Types of sensors, location scheme are given and secondary devices for record and process sensor signals on a PC selected.
Оптимизация конструкции кулачково-зубчатого вакуумного насоса (КЗВН) требует детального изучения влияния всех конструктивных и эксплуатационных факторов на от-качные характеристики. Для оценки этого влияния необходимо знать параметры газа в рабочей полости насоса в каждый момент времени, т.е. необходимо иметь индикаторные диаграммы насоса. Математическая модель рабочего процесса КЗВН позволяет получить расчетные вариантные индикаторные диаграммы различных конструкций и тем самым оптимизировать геометрию на этапе проектирования без дополнительных затрат на экспериментальные исследования. Однако сама математическая модель требует экспериментального подтверждения. К сожалению, в большинстве работ, посвященных исследованию вакуумных насосов, оперируют лишь усредненными («макроскопическими») параметрами - быстротой действия и давлением в откачиваемом объеме [1, 2]. В первую очередь, это объясняется тем, что при частоте вращения роторов до 50 Гц большинство датчиков, применяемых в вакуумной технике, вследствие своей инерционности не способно достоверно проводить измерения. Не менее важен также размер самого датчика.
В данной работе разрабатывается опытный образец КЗВН (рис. 1) и стенд его испытаний, которые позволяют получить экспериментальные значения давления и температуры в рабочей полости и оценить достоверность математического моделирования.
Снятие индикаторной диаграммы давления производится датчиками МИДА-ДИВ-13П (0-0,3 МПа) и МИДА-ДВ-13П (0-0,1 МПа, предел допускаемой основной погрешности датчиков + 0,5 %) с аналоговым выходным сигналом 0-10 В [3]. Для получения диаграмм температуры используется хромель-копелевая термопара с толщиной провода 0,02 мм. Синхронизирующий сигнал создается отметчиком оборотов лазерного типа при помощи контрастных меток, установленных на приводном валу насоса. Им же измеряется частота вращения роторов. Аналоговые сигналы с датчиков давления и температуры по-
ступают в измерительно-вычислительный комплекс MIC-026 [4], где проходят предварительную обработку и затем передаются на ПЭВМ. При помощи программного обеспечения '^пПОС «professional» проводится окончательная обработка измерительной информации, ее графическое представление и документирование.
Рис. 1 - Кулачково-зубчатый вакуумный насос
Датчики давления 1 и 2 (рис. 2) размещены таким образом, чтобы обеспечить максимальный охват рабочего процесса по углу поворота роторов. Каналы, соединяющие рабочую полость насоса с датчиками 1, 2, выполнены в торцевых крышках. Дополнительно на цилиндрической части корпуса насоса устанавливается датчик давления 3, который позволяет перекрыть область частичной неработоспособности первых двух датчиков, в период, когда они отсечены роторами от рабочей полости, и скорректировать их показания в конце процесса всасывания и начале нагнетания газа.
Термопара 4 охватывает часть процессов всасывания и нагнетания, в которых происходит наибольшее изменение температуры.
На рис. 3 представлена расчетная индикаторная диаграмма давления на всасывании и нагнетании и диапазон измерения датчиков давления и температуры по углу поворота роторов. Можно видеть, что в данном исполнении насос обеспечивает снятие экспериментальной индикаторной диаграммы давления во всем интересующем диапазоне.
Одновременно с параметрами в рабочей полости насоса при помощи образцового вакуумметра ВДТО-2 измеряется давление газа в откачиваемом объеме и температуры корпуса насоса и газа на выходе из насоса с использованием хромель-копелевых термопар и преобразователя УКТ38.
Полученные индикаторные диаграммы позволят оценить адекватность математической модели рабочего процесса КЗВН и провести в дальнейшем оптимизацию конструкции насоса, не прибегая к дорогостоящим экспериментальным испытаниям.
Рис. 2 - Схема расположения датчиков:1 - датчик давления в торцевой крышке в полости всасывания; 2 - датчик давления в торцевой крышки в полости нагнетания; 3 - датчик давления в цилиндрической части корпуса насоса; 4 - ввод термопары
Рис. 3 - Область действия датчиков и теоретическая индикаторная диаграмма давления: 1 - датчик давления в торцевой крышке в полости всасывания; 2 - датчик давления в торцевой крышке в полости нагнетания; 3 - датчик давления в цилиндрической части корпуса насоса; 4 - термопара в цилиндрической части корпуса насоса, 5 - расчетная индикаторная диаграмма давления
Литература
1. Саликеев, С.И. Разработка и экспериментальное исследование ступени кулачково-зубчатого вакуумного насоса / С.И.Саликеев, А.В.Бурмистров, К.Б. Панфилович // Вакуумная техника и технология. -2005. - Т. 15, № 1. - C. 21-27.
2. Райков, А.А. Экспериментальное исследование безмасляного двухступенчатого комбинированного вакуумного насоса / А.А.Райков, С.И.Саликеев, А.В. Бурмистров // Вестник Казанского тех-нол. ун-та - 2010 - № 7. - C.190-192.
3. Бушев, Е. Е. Серия микроэлектронных датчиков давления МИДА / Е. Е. Бушев, О. Л. Николайчук, В. М. Стучебников // Датчики и системы. — 2000. — № 1. — С. 21-27.
4. Комплексы измерительно-вычислительные MIC.: Руководство по эксплуатации — Королёв: ООО НПП «МЕРА», 2006. — 148 с.
© А. А. Райков - асп. каф. ВТЭУ. КГТУ; С. И. Саликеев - канд. техн. наук, доц. каф ВТЭУ КГТУ; А. В. Бурмистров - д-р техн. наук, проф. той же кафедры, burm@kstu.ru.
