2 / 11
calculation are believed to present the values of pressures and temperatures in
each chamber of the scroll vacuum pump. They were obtained by both applying the
mathematical model of the working process and observing the temperature pattern
of all surfaces of the working elements. The Ansys package was used to perform
the computation. It is shown that thermal deformations of the scroll elements are 5
to 7 times as much as force deformations. They are the key factor for determining
clearances values in the scroll vacuum pumps. When a radial clearance is 0.1 mm,
it can be changed up to 25% due to thermal deformations.
Keywords
:
scroll vacuum pump, scroll compressor, thermal deformations, heat
exchange, elastic deformation, finite element method, temperature distribution, face
clearance, radial clearance.
Одним из главных достоинств спиральных вакуумных насосов
(НВСп) наряду с отсутствием рабочей жидкости в рабочих камерах
является глубина создаваемого вакуума. Предельное остаточное да-
вление уровня 1 Па позволяет использовать НВСп в качестве полно-
ценной замены популярным насосам с масляным уплотнением.
Как известно, характеристики любой бесконтактной машины (и,
в первую очередь, предельное остаточное давление) определяются
обратными перетеканиями газа между полостями. Перетекания, в
свою очередь, зависят от радиальных и торцевых зазоров между по-
движным и неподвижным элементами. Например, в НВСп увеличение
радиального зазора на 0,05 мм приводит к росту предельного оста-
точного давления приблизительно на один порядок, а при зазоре,
большем 0,15 мм, НВСп перестает быть насосом среднего вакуума.
Размеры зазоров влияют также на производительность спиральной
машины. Именно поэтому необходимо стремиться к уменьшению за-
зоров в НВСп, однако чрезмерное их уменьшение может привести к
задеванию профильных поверхностей спиралей, а в худшем случае
к заклиниванию спиралей. Поэтому минимальные гарантированные
зазоры назначают, исходя из бесконтактного движения подвижного
спирального элемента в любых штатных условиях работы [1, 2].
В НВСп торцевой зазор между пером одной спирали и торцевым
диском второй герметизируется с помощью уплотнителя, изготовлен-
ного из материала с низким коэффициентом трения, который размеща-
ется в канавке на торце пера спирали и скользит по торцевому диску.
Поджатие уплотнителя осуществляется либо за счет упругого подслоя,
либо за счет теплового расширения самого уплотнителя и спиралей.
В работе [3] приведена методика определения радиального зазо-
ра с учетом тепловых и силовых деформаций рабочих элементов на
рассматриваемом угле поворота приводного вала. Выражение для спи-
рального компрессора записано в виде
δ
p
(
φ
) =
δ
рм
(
φ
)
±
Δ
т
нсп
(
φ
) + Δ
т
псп
(
φ
0
−
Δ
т
e
)
±
±
Δ
c
нсп
(
φ
)
±
Δ
c
псп
(
φ
)
−
Δ
δ
r
,
(1)
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение” 2015. № 3 93