Подбор форвакуумного насоса: выбор, расчет, обоснование.

Проблема подбора форвакуумного насоса.

Рассмотрим процедуру подбора (расчета по необходимым параметрам) вакуумного насоса предварительного разряжения для вакуумной системы.
В настоящее время для откачки (создания разрежения/вакуума) вакуумного сосуда до давлений среднего и низкого вакуума используются разные механические насосы: пластинчато-роторные, спиральные, винтовые, золотниковые, мембранные.
Для выбора типа насоса необходимо отталкивться от особенностей процесса, кривой откачки (зависимость быстрота действия - давление).

Соответственно возникают следующие вопросы:

• Как определить необходимые характеристики насоса?
• Как учесть влияние процесса в вакуумной камере?
• Как не переплатить за тип, производительность, бренд?

Выбор типа форвакуумного насоса в зависимости от применения

Применения для простоты разделим:
1. Простые - не накладывают особые требования на насос, то есть насос далее выбирается по остальным параметрам.
2. Накладывают требования ,например, высокое содержание воды, большая газовая нагрузка, агрессивный газ, грязные откачиваемые частицы - обычно из-за этих требований круг возможных типов/моделей сужается до 3-6 вариантов.
3. Требуют специальных решений, например, откачка больших концентраций агрессивных веществ, необходимость в комплексном решении, специальные версии насосов - обычно это 1-2 типа, причем обязательна установка дополнительного оборудования, напрмер: система фильтров, охладители, мониторинг расходов среды, температур, уровня масла.

Пример подбора вакуумного насоса

Объем вакуумной камеры V=1,0 м3
Начальное давление P₁= 10⁵Па
Конечное давление P₂= 5 Па
Время вакуумирования t=20 мин

Можно говорить о 2-х вариантах определения быстроты действия (S_н)

S_н - это быстрота действия измеренная непосредственно на всасывающем патрубке насоса

S_эф - это эффективная быстрота действия откачки вакуумной камеры она учитывает проводимость трубопровода (ниже чем S_н)

1. В случае, когда быстрота действия постоянна во всем диапазоне давлений можно применить время откачки определяется по формуле , также допустив получаем:

На основании расчета нам необходим насос с S=33 м³/ч и предельным остаточным давлением не более 1 Па (необходим "запас подавлению" из-за особеностей характеристик - при предельном давлении S=0), подходят модели:

Пластиначато-роторный маслозаполненный насос TRIVAC D40B S=40 м³/ч, P _пред=0,2 Па.

Безмасляный спиральный насос SCROLLVAC SC30D S=26 м³/ч, P _пред=1 Па. Требований к безмасляной откачке нет, поэтому выбираем более дешевое и "классическое " решение - РПВН (роторно-пластинчатый вакуумный насос) TRIVAC D40B.

2. В случае S≠const необходимо применять сервис по расчету кривой откачки так как формулы быстроты дейтсвия насоса в этом случае не вывести, необходимо принимать различные варианты и проверять каждый из них. Это не займёт много времени, при использовании сервиса rascam (ссылка) .

Уточним геометрию трубопровода: D_труба = 40мм, диаметр патрубка выбранного насоса, L_труба=2м.

Проведем расчеты кривых откачки данной вакуумной камеры для насосов:

TRIVAC D40B - одноступенчатый маслозаполненный пластинчато-роторный насос, S=40 м³/ч, P _пред=0,2 Па.

SCROLLVAC SC30D - Безмасляный спиральный насос S=26 м³/ч, P _пред=1 Па.

Насос SOGEVAC SV40B: давление в камере 5Па недостижимо, давление 10Па через 23 минуты.
Насос TRIVAC D40B: давление в камере 5Па через 12 минут.
Насос SCROLLVAC SC30D: давление в камере 5Па через 27 минут.

Для реализации задачи выбираем РПВН (пластинчато-роторный вакуумный насос) TRIVAC D40B.

Для определения необходимой быстроты действия вакуумного насоса в областях низкого и среднего вакуума (до 10Па) допустимо использовать допущение постоянства быстроты действия и применять упрощенную формулу уравнения откачки.