Создание и исследование бесконтактных вакуумных насосов

В последние годы актуальна проблема получения безмасляного, незагрязненного парами рабочей жидкости насоса, вакуума. Это объясняется новыми требованиями к чистоте среды в таких областях науки и техники, как микроэлектроника, фармацевтика, медицина, нанотехнологии, термоядерный синтез и ряде других. В работах [1,2] отмечается, что дальнейшие успехи в развитии вакуумных технологий непосредственно зависят от возможности обеспечения безмасляной среды в откачиваемом объеме.

Безмасляный вакуум при давлениях ниже КГ'-М Па получают сорбционными, электрофизическими, криогенными и турбомолекулярными насосами. В большинстве случаев они требуют предварительной откачки технологического объема или установки форвакуумных насосов (ФВН). Чаще всего, для этой цели применяются вакуумные насосы с масляным уплотнением — пластинчато-роторные или золотниковые, а для уменьшения обратного потока паров рабочей жидкости в откачиваемый объем на вход в насос устанавливают различные типы ловушек или подавляют обратный поток паров масла встречным потоком газа (чаще всего инертного), напускаемым во входной патрубок насоса при давлениях от 50 до 200Па. Оба способа снижают быстроту откачки, требуют большой осторожности при эксплуатации вакуумных насосов и не гарантируют полной защиты от обратного потока паров масла. Ещё один существенный недостаток насосов с масляным уплотнением — необходимость защиты масла от токсичных и химически активных продуктов откачки.

Более перспективным направлением является разработка насосов, в конструкции которых полностью исключено применение масла или оно отсутствует в его рабочем объеме. Такие насосы могут использоваться не только в качестве форвакуумных в безмасляных высоковакуумных агрегатах, но и как самостоятельное средство откачки в таких важных процессах как упаковка, сушка, дистилляция, металлургия, плазменные технологии и и других. Анализ показал, что за последние годы наибольший прирост мирового объема выпуска вакуумного оборудования (6,6%) приходится именно на сектор безмасляных форвакуумных насосов [3]. В дальнейшем, говоря о безмасляных насосах, будем подразумевать механические средства откачки.

В течение последних лет опубликованы работы [3−9], систематизирующие сведения об использующихся или находящихся в стадии разработки безмасляных насосах и агрегатах. В работе [5] указывается двенадцать видов таких откачных средств, среди которых поршневые, мембранные, винтовые, спиральные, осевые, центробежные, пластинчатые, двухроторные типа Руте, кулачково-зубчатые.

Исходя из основного назначения рабочей жидкости в механическом насосе — уменьшения трения, уплотнения зазоров и охлаждения — задача получения безмасляной среды может быть решена двумя путями:

1.Создание новых или модернизация существующих насосов контактного типа, использующих специальные материалы, твердые смазки или термообработку, с целью обеспечения низкого коэффициента трения;

2.Разработка и использование бесконтактных насосов с выносом деталей и узлов, требующих смазки, в изолированные от рабочей камеры полости.

Главное достоинство насосов контактного типа — высокая степень повышения давления, слабо зависящая от выходного давления, а недостаток — ограниченный ресурс работы и невысокие допустимые частоты вращения ротора. Бесконтактные насосы, напротив, характеризуются малым износом рабочих органов, высокой частотой вращения, но имеют за счет обратных перетеканий через зазоры низкую степень повышения давления. Для этих насосов увеличение степени повышения давления достигается, как правило, за счет последовательного соединения нескольких ступеней.

Выбор типа насоса необходимо проводить с учетом особенностей их использования в конкретном технологическом процессе. При этом во взаимосвязи рассматривается комплекс эксплуатационных и конструктивных факторов, а именно, диапазон рабочих давлений, величины потоков и характер откачиваемой среды (в первую очередь, агрессивность, токсичность, наличие твердых включений), требуемое предельное остаточное давление и время его достижения, длительность непрерывной работы, стоимость, габариты, уровень шума и вибрации, эксплуатационные расходы. Кроме того, часто необходимо решать вопрос: должен ли насос обеспечивать постоянную быстроту действия и в каком диапазоне давлений?

На первый взгляд, предпочтительно выглядят насосы контактного типа, способные создать степень повышения давления до 108 в двухступенчатом и до 105 в одноступенчатом исполнении, при ресурсе работы в несколько лет. Однако такие показатели обеспечиваются лишь для насосов с масляным уплотнением, и они существенно снижаются при попытках использования таких конструкций без масла.

Бесконтактные роторные насосы за счет наличия гарантированных зазоров в роторном механизме обладают высокими частотами вращения и высокими удельными откачными характеристиками, позволяют вести откачку агрессивных, взрывоопасных и дорогих газов, парогазовых конденсирующихся смесей и сред, содержащих твердые включения.

Наиболее известной бесконтактной машиной является двухроторный вакуумный насос типа Руте (ДВН). Несмотря на то, что эти насосы применяются в промышленности почти полтора столетия, интерес к ним со стороны потребителей неуклонно растет. Так только для эксплуатации в условиях вакуума насосы типа Руте выпускают более десятка ведущих зарубежных и отечественных производителей. Среди них Edwards (Англия), Varian (США), Busch (Германия), Leybold (Германия), Alcatel (Франция), «Вакууммаш» (Россия), «МКЗ» (Украина) и другие.

Долгие годы в качестве форвакуумных насосов к ДВН использовались насосы с масляным уплотнением. Естественно, говорить о безмаслянности получаемого вакуума не приходилось. В некоторых случаях вместо насосов с масляным уплотнением применяют водокольцевые насосы [17, 18]. Однако, предварительный вакуум, достигаемый водокольцевым насосом, обычно, недостаточен для двухроторного насоса. Обеспечить нормальный режим работы ДВН можно за счет установки на вход водокольцевого насоса воздухо-воздушного эжектора или использования на выходе ДВН теплообменника, проходя через который охлажденный газ возвращается в рабочую камеру насоса, отсеченную от входа и выхода насоса [19, 20]. Оба решения существенно усложняют конструкцию агрегата, повышают его стоимость и ведут к ухудшению откачных параметров. В большинстве технологических процессов обратный поток паров воды не допустим.

В последние годы преимущества ДВН по созданию безмасляной среды удалось реализовать благодаря агрегатированию с безмасляными форвакуумными насосами. Значительным шагом в этом направлении стало создание агрегатов, использующих в качестве входной ступени ДВН типа Руте, а в последующих ступенях — насосы кулачково-зубчатого типа (известные как «Northey» или «Claw»). Ступени кулачково-зубчатого насоса (КЗВН) имеют по сравнению с ДВН более высокие степени повышения давления (до 25 при атмосферном давлении). Сочетание данных машин в одном агрегате позволяет совместить лучшие качества ДВН — высокую быстроту действия и КЗВН — высокую степень повышения давления. Подобные агрегаты были впервые представлены в работах [21, 22].

Основными направлениями дальнейшего развития бесконтактных насосов можно считать:

— оптимизацию конструктивных параметров насоса с целью улучшения массогабаритных и энергетических показателей, что достигается путем снижения обратных перетеканий и увеличения объема газа, переносимого роторами за один оборот. Задача решается путем создания новых профилей роторов [10−13] и уменьшения зазоров (чаще всего, за счет нанесения на элементы роторного механизма специальных покрытий [14−16]);

— расширение диапазона рабочих давлений, то есть разработка машин, позволяющих работать во всех режимах течения газа в роторном механизме от вязкостного до молекулярногоповышение технологичности изготовления и уменьшение материалоемкости с целью снижения себестоимости;

— организацию эффективного охлаждения с целью увеличения допустимого перепада давлений между выходом и входомпредотвращение проникновения паров масла из картера с синхронизирующими шестернями в рабочую полость;

— разработку машин, позволяющих путем минимальных доработок создавать целые серии подобных устройств;

— создание безмасляных многоступенчатых агрегатов, использующих «сухие» форвакуумные насосы.

Совершенствование бесконтактных насосов сдерживается из-за отсутствия надежного метода расчета откачных характеристик, охватывающего молекулярный, переходный и вязкостный режимы течения газа и позволяющего определять откачные параметры машин на этапе их проектирования для различных профилей и скоростей роторов, величин зазоров, молекулярной массы откачиваемого газа.

В существующих методах расчета бесконтактные насосы рассматриваются как объемные средства откачки, что не соответствует реальной картине рабочего процесса. Составляющая обратных перетеканий, обусловленная движением стенок щелевых каналов, или совсем не рассматривается, что не позволяет адекватно описать экспериментальные характеристики (особенно при понижении давления), или для ее учета необходимы обязательные испытания опытных образцов насосов. Методы расчета проводимости каналов для неподвижных роторов базируются на эмпирических коэффициентах, часто противоречащих друг другу, и не позволяют выявить влияние профиля роторов на величину обратных перетеканий. Следствие этого — отсутствие рекомендаций по выбору типа и геометрических параметров профилей роторов.

Диссертационная работа направлена на решение актуальной проблемысоздания и исследования бесконтактных вакуумных насосов, разработки моделей прямых и обратных потоков газа и методов расчета откачных характеристик бесконтактных вакуумных насосов, позволяющих за счет выявления с высокой степенью достоверности взаимосвязи откачных параметров и конструктивных и эксплуатационных факторов, проектировать новые виды откачного оборудования и повышать эффективность существующего.

Критериями выбора модели, описывающей процесс откачки, являются: адекватное описание физических процессов, протекающих в бесконтактных насосахвозможность расчета откачных характеристик насосов и агрегатов v-при изменении любых конструктивных и эксплуатационных факторов, влияющих на процесс откачкиминимальное использование эмпирических данных при расчетевозможность создания и использования универсальных программных пакетов, увязывающих геометрические параметры профиля и «проточного тракта, скорость роторов, величину зазоров, род откачиваемого газа, режим течения с откачными характеристиками различных насосов и агрегатоввозможность использования модели в широком диапазоне рабочих давлений.

В диссертации изложены результаты работы автора за период с 1991 по 2006 г. г. по комплексному экспериментальному и теоретическому исследованию процесса объемно-кинетической откачки, разработке программ и методик расчета откачных характеристик и проводимостей щелевых каналов бесконтактных вакуумных насосов. Работа выполнена в Казанском государственном технологическом университете в соответствии с перечнем критических технологий Российской Федерации от 30.01.02, научных направлений деятельности Казанского государственного технологического университета «Компрессоростроение, математическое моделирование и расчет деформируемых конструкций» и кафедры «Вакуумная техника электрофизических установок» — «Техника получения вакуума».

В первой главе приводится обзор существующих конструктивных разновидностей бесконтактных вакуумных насосов, методов расчета их откачных характеристик и проводимостей щелевых каналов, а также методов профилирования роторов. Анализ показал, что обратные перетекания через щелевые каналы, особенно в молекулярном и переходном режимах, существенно зависят от скорости роторов. Расчет этой составляющей обратного потока газа детально не проработан, и выявить влияние геометрии каналов (профиля роторов), величины зазоров, скорости роторов, молекулярной массы газа на откачные характеристики насосов на этапе их проектирования невозможно.

Проводимости щелевых каналов с неподвижными стенками в молекулярном режиме течения находятся экспериментально при продувке насоса или рассчитываются с не всегда допустимыми упрощениями, приводящими к ошибкам. Методы расчета проводимости щелевых каналов в вязкостном режиме построены на аппроксимации экспериментальных значений массового расхода газа, полученных в основном при давлениях выше атмосферного. Уравнения для расчета проводимостей щелевых каналов переменного сечения в молекулярно-вязкостном режиме отсутствуют. Объем экспериментальных исследований недостаточен для нахождения взаимосвязи откачных характеристик с конструктивными и эксплуатационными факторами, влияющими на рабочий процесс.

Обзор показал актуальность разработки метода расчета откачных характеристик бесконтактных насосов, проведения комплексного экспериментального исследования откачных характеристик насосов, проводимостей щелевых каналов в широком диапазоне рабочих давлений и создания на этой базе бесконтактных насосов.

Во второй главе представлена модель процесса откачки, основанная на рассмотрении бесконтактных вакуумных насосов, как комбинированных объемно-кинетических машин. Получены уравнения для расчета внутренней и внешней располагаемой и реализуемой откачных характеристик. Проведен анализ влияния основных эксплуатационных факторов на располагаемую и реализуемые характеристики. Выявлены ключевые закономерности изменения откачных параметров при варьировании частоты вращения роторов, молекулярной массы, температуры и давления откачиваемого газа. Рассмотрены особенности реализации модели для насосов с внешним и внутренним сжатием. Представлена методика построения сопряженных профилей роторов бесконтактных насосов, получены значения коэффициента использования рабочего объема, и выявлена допустимая область изменения геометрических параметров роторов ДВН с эллиптическим профилем.

В третьей главе приводится описание созданных насосов, комплекса экспериментальных стендов и методик измерения откачных характеристик двухроторных, кулачково-зубчатых насосов и агрегатов, коэффициента заполнения отсеченного объема ДВН, а также проводимости щелевых каналов с движущимися и неподвижными стенками. В качестве объектов исследования использовались серийные двухроторные вакуумные насосы производства «Вакууммаш», а также разработанные опытные образцы насосов ДВН-25/50, ДВН-25/50Э иКЗВН.

Получены значения проводимостей щелевых каналов четырех типов при молекулярном, переходном и вязкостном режимах течения газа. Экспериментальные данные аппроксимированы уравнениями для расчета проводимости щелевых каналов, образованных цилиндрическими стенками. Приведены результаты экспериментального исследования двухроторного молекулярного насоса. Дан расчет погрешностей измерения быстроты действия и проводимости.

Четвертая глава посвящена математическому моделированию течения газа в щелевых каналах бесконтактных насосов с движущимися и неподвижными стенками при молекулярном режиме. Вероятности прохождения молекул через канал рассчитываются методом Монте-Карло. Получены уравнения для расчета коэффициентов проводимости каналов, образованных цилиндрическими стенками.

Рассмотрено влияние способа задания скоростей молекул прямую и обратную проводимости. Показано, что наилучшее согласие расчетных и экспериментальных данных наблюдается при задании в математической модели скоростей молекул в соответствии с распределением Максвелла.

Разработана математическая модель и проведены расчеты проводимостей радиальных, межроторных и торцевых каналов для неподвижных роторов и с учетом их перемещения. Установлено, что перемещение роторов приводит к существенному росту обратных перетеканий через все типы щелевых каналов.

Пятая глава посвящена математическому моделированию течения газа в щелевых каналах бесконтактных насосов в переходном и ламинарном режимах. Аналитически получено уравнение для расчета проводимости щелевых каналов в ламинарном режиме, образованных цилиндрическими стенками, которое справедливо при отношении давлений на концах каналов, близком к единице.

Методом контрольного объема решена система дифференциальных уравнений движения, неразрывности, энергии и состояния, и получен комплекс данных по массовому расходу и проводимости в зависимости от основных факторов, влияющих на процесс течения газа. Путем обобщения результатов численного расчета получены уравнения для проводимости четырех типов щелевых каналов в вязкостной области при докритическом и критическом течении газа.

Проведен численный расчет проводимости каналов при молекулярно-вязкостном режиме течения. Задача решена методом контрольного объема с учетом скольжения газа на стенках. Предложены уравнения для определения проводимости щелевых каналов, учитывающие отклонение отношения давлений на концах канала от единицы.

Получены зависимости проводимости и массового расхода газа для каналов с движущимися стенками. Показано, что влияние скорости стенок на массовый расход увеличивается при понижении давления и перепада давлений на концах канала. Установлено, что при критическом течении газа в вязкостном режиме движение стенок канала в диапазоне практически значимых скоростей оказывает слабое влияние на потоки газа. Предложены уравнения для расчета проводимости щелевых каналов с движущимися стенками в вязкостном и переходном режимах течения.

Разработан универсальный метод расчета проводимости профильных щелевых каналов переменного в направлении течения газа сечения, охватывающий молекулярный, переходный и вязкостный режимы течения. Представлены результаты расчета проводимости каналов универсальным методом для различных типов профилей роторов ДВН.

В шестой главе представлены результаты комплексного экспериментального исследования ступеней ДВН, КЗВН и агрегатов на их основе. Измерены зависимости суммарной проводимости щелевых каналов роторного механизма ДВН при неподвижных роторах для различных углов поворота. Получены зависимости быстроты действия и противодавления при варьировании основных факторов, влияющих на процесс откачки. Проведены измерения коэффициента заполнения отсеченного объема ДВН при различных давлениях и частотах вращения роторов. Представлены результаты термометрирования ДВН и КЗВН. Получены зависимости быстроты действия КЗВН при работе с выхлопом в атмосферу и в агрегате с форвакуумными насосами.

Исследование ДВН и КЗВН позволило создать базу экспериментальных данных для практической проверки математических моделей процесса откачки бесконтактных насосов и агрегатов на их основе.

Седьмая глава содержит разработанные методики и результаты расчета ступеней бесконтактных насосов и агрегатов на их основе. Представлено сопоставление расчетных характеристик различных ДВН с экспериментальными данными. Проведен анализ влияния геометрических параметров ДВН на откачные характеристики.

Для математического моделирования процесса откачки бесконтактных насосов в условиях сплошной среды использовались дифференциальные уравнения, основанные на энергетическом балансе термодинамической системы тела переменной массы. Сопоставление расчетных и экспериментальных характеристик ДВН и КЗВН подтвердило адекватность разработанных математических моделей, методов расчета и принятых допущений.

Диссертационная работа представляет собой научно-обоснованный комплекс экспериментальных и теоретических разработок в области вакуумной техники, позволяющих решить крупную научную проблему, имеющую важное хозяйственное значение, и заключающуюся в существенном уменьшении материальных затрат на разработку новых и модернизацию существующих бесконтактных насосов и агрегатов. На защиту выносятся:

1. Объемно-кинетическая модель рабочего процесса бесконтактных насосов при молекулярном, переходном и вязкостном режимах.

2. Созданные бесконтактные насосы — ДВН типа Руте с эллиптическим профилем, кулачково-зубчатый насос, двухроторный молекулярный насос.

3. Комплекс стендов и база экспериментальных данных по откачным характеристикам ДВН, КЗВН и молекулярного насоса.

4. Стенд и комплекс экспериментальных данных по проводимости щелевых каналов при молекулярном, молекулярно-вязкостном и вязкостном режимах.

5. Математическая модель и результаты численных расчетов методом пробной частицы проводимости щелевых каналов произвольной геометрии с движущимися и неподвижными стенками в молекулярном режиме.

Уравнения проводимости при молекулярном режиме и универсальный метод расчета проводимостей каналов.

6. Результаты математического моделирования потоков газа в щелевых каналах в вязкостном и переходном режимах течения, полученные численным решением дифференциальных уравнений движения, неразрывности, энергии и состояния. Уравнения для расчета проводимости щелевых каналов в ламинарном и переходном режимах, в том числе, с учетом движения стенок.

7. Методики расчета откачных характеристик двухроторных вакуумных насосов, охватывающие молекулярный, переходный и вязкостный режимы течения газа в щелевых каналах и проточном тракте.

8. Математическая модель процесса откачки КЗВН и результаты анализа влияния геометрических и эксплуатационных факторов на его быстроту ' действия и степень повышения давления.

Результаты работы служат основой для:

— расчета и проектирования новых и модернизации существующих бесконтактных двухроторных насосов;

— расчета потоков газов через щелевые каналы с движущимися и неподвижными стенками в вакуумных установках и системах;

— расчета перетеканий газа в щелевых каналах при проектировании прямозубых и винтовых компрессорных машин.

Значительная потребность в безмасляных вакуумных насосах и компрессорах предопределяет актуальность проведенных исследований, позволяющих благодаря высокой точности расчетов повышать удельные откачные характеристики, снижать материалоемкость проектируемых машин и их энергопотребление.

Результаты выполненных экспериментально-теоретических исследований в виде методик расчета откачных характеристик, программ профилирования роторов и расчета проводимостей щелевых каналов в молекулярном, переходном и вязкостном режимах течения газов используются в ОАО «Вакууммаш» при разработке нового ряда бесконтактных двухроторных насосов и агрегатов на их основе. Изготовлены и испытаны опытные образцы кулачково-зубчатого и двухроторного насосов с эллиптическим профилем. Научно-техническая документация на разработанные насосы принята для внедрения в ОАО «Вакууммаш».

Программы расчета перетечек газов в щелевых каналах переменного сечения при ламинарном режиме течения газов и методика построения сопряженных профилей роторов используются в ЗАО «НИИ турбокомпрессор» им. В. Б. Шнеппа и ОАО «Казанькомпрессормаш» при проектировании и модификации роторных машин.

Методики расчета ДВН типа Руте и КЗВН и программы расчета щелевых каналов переменного сечения внедрены в учебный процесс кафедр «Вакуумная техника электрофизических установок», «Компрессорные машины и установки» Казанского государственного технологического университета.

Уравнения и универсальный метод расчета проводимости щелевых каналов переменного сечения в молекулярном, переходном и вязкостном режимах рекомендованы Российским вакуумным обществом для практического применения и опубликования в справочной литературе по вакуумной технике.

По данным работы сформулированы следующие основные выводы:

1. Разработана модель процесса откачки бесконтактных вакуумных насосов. Модель основана на рассмотрении бесконтактных насосов как комбинированных объемно-кинетических средств откачки.

2. Созданы бесконтактные безмасляные вакуумные насосы — ДВН типа Руте с эллиптическим профилем, кулачково-зубчатый насос, двухроторный молекулярный насос.

3. Разработан комплекс стендов и получена база экспериментальных данных по откачным характеристикам ДВН, ДМН, КЗВН и агрегатов на их основе. Исследовано влияние на процесс откачки давлений на выходе и входе в насос, потока газа, частоты вращения роторов, быстроты действия форвакуумного насоса, режима течения газа в щелевых каналах и входном тракте. Для ДВН дополнительно изменялись: молекулярная масса откачиваемого газа, геометрические размеры, тип роторов, сопротивление входного патрубка, величина зазоров. Быстрота действия измерена с погрешностью 2% -14%.

3. Разработан стенд и впервые проведено комплексное экспериментальное исследование проводимости щелевых каналов в молекулярном, переходном и вязкостном режимах течения газа, в том числе каналов с движущимися стенками на модели ДМН. Получено более 1500 значений проводимости 44-х щелевых каналов, которые в ламинарном режиме аппроксимированы уравнениями.

4. Разработана математическая модель для расчета коэффициентов проводимости щелевых каналов с движущимися стенками произвольной геометрии. Модель впервые позволила комплексно учесть передачу молекулам импульса от движущихся стенок, перемещение стенок канала в пространстве, изменение геометрии канала за время прохождения молекул через него. В результате при молекулярном режиме: получены новые уравнения для расчета проводимости каналов, образованных цилиндрическими стенкамиполучены зависимости коэффициентов проводимости радиальных и межроторных каналов ДВН с различным профилем роторов при неподвижных стенкахвпервые рассчитаны коэффициенты прямой и обратной проводимостей с учетом перемещения роторов и выявлен вклад каждого канала в обратные перетеканияустановлено, что наибольший вклад (до 80%) в обратные перетекания вносит межроторный каналопределены участки на профиле ротора ДВН, которые при сопряжении, длящимся не более 1/10 от времени одного цикла откачки, образуют межроторный канал, поток газа через который составляет порядка 70% от суммарного обратного потока газадля эллиптического профиля роторов определены геометрические соотношения, позволяющие получить минимальные перетекания через межроторный канал и максимальную степень повышения давленияпоказано, что перемещение стенок ротора радиальных и торцевых каналов увеличивает в несколько раз обратную проводимость по сравнению с проводимостью для неподвижных роторов. Проведено обобщение откачных характеристик по молекулярной массе откачиваемого газа.

5. Проведено моделирование течения газа в щелевых каналах при ламинарном и переходном режимах течения. Путем аппроксимации результатов численного решения дифференциальных уравнений движения, неразрывности, энергии и состояния получены новые уравнения для каналов, образованных цилиндрическими стенками, и для плоской прямоугольной щели, справедливые при докритическом и критическом режимах течения. Аналитически получено новое уравнение для проводимости каналов в ламинарном режиме при отношениях давлений близких к единице, результаты расчета по которому в пределах 2% согласуются с численным решением.

С учетом скольжения газа на стенках рассчитана проводимость щелевых каналов в околовязкостном режиме течения. Предложено уравнение для расчета проводимости в переходном режиме с поправкой, учитывающей отличие отношения давлений на концах щелевых каналов от единицы. Отклонение расчета по уравнению от численного и натурного эксперимента не превышает 15%.

Рассчитана проводимость щелевых каналов с движущимися стенками в ламинарной и переходной областях. Предложены уравнения, учитывающие скорости стенок щелевых каналов в переходном режиме течения газа.

6. Разработан новый универсальный метод расчета проводимости щелевых каналов переменного сечения с неподвижными стенками при молекулярном, переходном и вязкостном режимах течения. Метод позволяет учесть изменение кривизны стенок каналов со стороны входа и выхода, и для практически значимых размеров каналов дает погрешность не выше 10% при сокращении времени расчета по сравнению с решениями численными методами.

7. Разработана методика расчета откачных характеристик ДВН и агрегатов на их основе. Методика позволяет рассчитать быстроту действия, рабочее и максимальное отношения давлений при изменении всех факторов, влияющих на процесс откачки без предварительных испытаний опытных образцов насосов. Проведено обобщение откачных характеристик по молекулярной массе откачиваемого газа. Отклонение расчетных и экспериментальных значений быстроты действия для исследованных насосов не превысило 15%.

8. Экспериментальные исследования показали, что созданный ДВН с эллиптическим профилем роторов с учетом меньших зазоров обеспечивает при паспортной частоте вращения быстроту действия до 40% большую, по сравнению с ДВН с профилем роторов серийных насосов ОАО «Вакууммаш». Расчетный анализ характеристик насосов с данными профилями, проведенный при одинаковых зазорах, показывает выигрыш ДВН с эллиптическим профилем по быстроте действия более чем на 16%.

9. Впервые разработана математическая модель процесса откачки кулачково-зубчатого вакуумного насоса и проведен анализ влияния основных геометрических и эксплуатационных факторов на его быстроту действия и степень повышения давления. Максимальное отклонение расчета и эксперимента составило 20%.