Подбор вакуумного насоса типа РУТС - расчет, обоснование согласно рекомендациям производителя.

Проблема подбора вакуумного насоса типа РУТС (механического бустера).

В настоящее время вакуумный насос типа РУТС является неотъемлемой частью многоступенчатой вакуумной системы: действительно, кроме РУТС прочие типы вакуумных насосов ставить нецелесообразно. РУТС же благодаря своим конструктивным особенностям оптимален для работы в областях среднего вакуума - от 1000 до 10^-2 Па.
Вакуумный насос типа РУТС производят более 10-ти производителей по всему миру, несмотря на это есть очевидные лидеры по качеству, инновациям, характеристикам. Причём цена насоса у лидеров рынка не выше, чем у небольших компаний.

Постараемся ответить на вопросы

• Зачем нужен насос типа РУТС? Основные применения.
• В чем отличия различных версий насоса типа РУТС?
• Как подобрать насос РУТС? Есть ли расчет?
• Когда включать насос РУТС? Понятие давления включения.

Общие сведения по вакуумным насосам РУТС

Внутри рабочей камеры находится два симметричных ротора, вращающихся в противоположных направлениях. Роторы в рабочем сечении имеют форму «8», синхронизируются зубчатой передачей, позволяющей им вращаться с гарантированным зазором. Частоты вращения от 1000 - 6000 об/мин.
Можно сказать, что существуют 2 типа насосов РУТС с точки зрения давления всасывания: воздуходувки (10⁵-10³ Па) и вакуумные насосы (10³- 10^-2 Па).В данной статье будем касаться только вакуумных насосов РУТС.
Вакуумные насосы типа РУТС позволяют получать более низкое давление и быстроту действия, чем у форвакуумного вакуумного насоса. В этом нет ничего удивительного: расход откачиваемого воздуха не меняется, но так как в насосе есть компрессия, то при более низком давлении будет выше быстрота откачки. Например, есть насос 60 м³/ч и предельным давлением 0,1Па, при установке РУТС с номинальной быстротой действия 250 м³/ч общая быстрота действия системы станет около 180 м³/ч и предельное давление будет ниже 0,01 Па.

Можно встретить вакуумные насосы типа РУТС различных типов: с магнитной муфтой, с байпасной линией, с герметичным колпаком на роторе, с герметичным электродвигателем. Эти особенности важны с точки зрения применения РУТС в специальных процессах - здесь мы этого вопроса касаться не будем.

Подбор вакуумного насоса типа РУТС - предварительные расчеты

Вакуумный насос выбирается исходя из 2-х условий:
1. Общее время откачки вакуумной камеры до необходимого давления.
2. Достижение/поддержание необходимого давления при определеной газовой нагрузке.

Рассмотрим пример и опишем процесс выбора.

Рассмотрим вакуумную систему напылительной установки: высоковакуумный диффузионный насос DIP и форвакуумную систему - насос РУТС RUVAC и двухступенчатый пластинчато-роторный насос TRIVAC , объем вакуумной камеры 600л.

В данном случае насос типа РУТС необходим по нескольким причинам:

• При загрузке изделий появляется дополнительная газовая нагрузка из-за наличия адсорбированных слоев на поверхности. Время откачки до 10 Па по сравнению с пустой чистой камерой может увеличиться в 2-5 раз (с 6 минут до 20-30 минут - зависит от температуры и влажности). Приходится устанавливать более производительное средство откачки.
• Перед процессом напыления проводят процедуру ионно-плазменной очистки при давлениях 1-10 Па с постоянным расходом газа - получается вакуумная система при давлении 1-10 Па должная иметь необходимую производительность, производительности одного РПВН не всегда достаточно - необходим РУТС.
• Запуск диффузионного высоковакуумного насоса необходимо проводить при давлении не выше 5Па, также чем ниже давление на выходе из насоса, тем меньше нагрузки на насос - в насосе гарантированно молекулярный режим течения и он работает в расчетном режиме (работа на нерасчетном режиме: значительное понижение производительности, перегрев масла - загрязнение, повышение давления всасывания, повышенный ход масла на сторону всасывания. Необходим насос РУТС, который "даст" быстроту действия при более низком давлении.

Основная сложность в подборе РУТС - необходимы программные средства, так как зависимость не может быть применена - S_эф≠const при давлениях ниже 10Па из-за значительного влияния проводимости трубопровода и снижения быстроты действия.

1. Время вакуумирования загруженной камеры до 1 Па менее 10 минут.

Точный учет потока паров/газов выходящих с деталей - сложная задача, поэтому на процесс удаления обычно закладывают 5 минут - примерно он происходит в диапазоне 4000-500 Па и на кривой откачке характеризуется пологой линией. Построим кривые откачки камеры 600л различными вакуумными системами с помощью сервиса rascam, рассмотрим комбинации:

1. РПВН 65 м³/ч + РУТС 250 м³/ч время откачки до P _пред=1 Па - 3,6 минут

2. РПВН 65 м³/ч + РУТС 500 м³/ч время откачки до P _пред=1 Па - 2,8 минут

3. 2 х РПВН 65 м³/ч + РУТС 250 м³/ч время откачки до P _пред=1 Па - 1,8 минут

2. Поддержание давления 10 Па при газовой нагрузке 0,5 Па м³/с

Существует зависимость определения расхода газа при определенном давлении для данной быстроты действия, быстроту действия можно определить

То есть вакуумная система должна иметь быстроту откачки при давлении 10 Па не ниже 220,5 м³/ч - все системы удослетворяют данному требованию

1. РПВН 65 м³/ч + РУТС 250 м³/ч быстрота откачки S _ном=205 м³/ч

2. РПВН 65 м³/ч + РУТС 500 м³/ч быстрота откачки S _ном=340 м³/ч

3. 2 х РПВН 65 м³/ч + РУТС 250 м³/ч быстрота откачки S _ном=365 м³/ч

По результатам для реализации задачи выберем вакуумный насос на 250 м³/ч в комбинации с насосом на 65 м³/ч.