close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Разработка и исследование безмасляного спирального вакуумного насоса

код для вставкиСкачать
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» (ФГБОУ ВО
«КНИТУ»)
Научный
руководитель:
доктор технических наук, профессор,
Бурмистров Алексей Васильевич
Официальные
оппоненты:
Юша Владимир Леонидович,
доктор технических наук, профессор, федеральное
государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный технический университет», заведующий кафедрой
«Холодильная и компрессорная техника и технология»
Никулин Николай Константинович,
кандидат технических наук, доцент, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Московский государственный
технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)», доцент кафедры «Вакуумная и компрессорная техника»
Ведущая
организация:
АО «ВНИИХолодмаш» (г. Москва)
Защита состоится «25» мая 2018 г. в «14» часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.11 на базе ФГБОУ ВО «КНИТУ» по
адресу: 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68 (зал заседаний Ученого совета – А-330).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО
«Казанский национальный исследовательский технологический университет» и на сайте http://www.kstu.ru/servlet/contentblob?id=180138
Автореферат разослан «
Ученый секретарь
диссертационного совета
»
2018 г.
А.В. Герасимов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Безмасляный вакуум абсолютно незаменим в высокотехнологичных процессах, в том числе в
производстве полупроводников, сверхчистых металлов, индустрии
наноматериалов, при проведении научных исследований, в частности, в
области физики высоких энергий, исследованиях элементарных частиц
и других.
Насос вакуумный спиральный (НВСп) является одним из немногих средств достижения безмасляного вакуума, работающих при остаточном давлении порядка 1 Па. В России потребность в «сухих» средствах средневакуумной откачки полностью обеспечивается импортным
оборудованием. Поэтому работа, направленная на разработку безмасляных НВСп и методов расчета их откачных характеристик актуальна.
Степень разработанности проблемы. Большинство исследований посвящено работе спирального механизма в условиях сплошной
среды. Подробно спиральный компрессор исследовался в работах Паранина Ю. А. и Ибрагимова Е. Р., где описана математическая модель
на основе дифференциальных уравнений с учётом теплообмена со спиральными элементами. Данные уравнения хорошо зарекомендовали
себя как для компрессоров объёмного действия, так и для кулачковозубчатых вакуумных насосов. Значительный вклад в разработку спиральных машин был внесён группой ученых под руководством И. А.
Сакуна.
Отечественные исследования спиральной машины в условиях вакуума отсутствуют. За рубежом стоит выделить серии работ японских,
корейских и китайских авторов, в частности работы Moore E. J., Li Z.,
Su Y., Sawada T. и др., в которых проведены теоретические и экспериментальные исследования НВСп, в том числе с учётом теплообмена в
условиях вакуума.
Цель работы: разработка, создание и экспериментальное исследование безмасляного НВСп, разработка математической модели рабочего процесса и методики расчёта откачных характеристик.
Задачи работы:
1. Разработка и изготовление опытного образца безмасляного НВСп
и доработка стенда для экспериментального исследования его характеристик.
2. Получение экспериментальных зависимостей быстроты действия
насоса и потребляемой мощности от давления на входе при различных
частотах вращения и предельного остаточного давления от частоты
1
вращения.
3. Разработка математической модели рабочего процесса НВСп на
основе дифференциальных уравнений с учётом теплообмена со спиральными элементами и проверка ее адекватности.
4. Определение потерь во входном и выходном трактах насоса.
5. Анализ влияния геометрических параметров на характеристики
насоса.
Объект исследования
Объектом исследования является безмасляный НВСп.
Предмет исследования Предметом исследования являются рабочий процесс и откачные характеристики НВСп.
Методология и методы исследования. Экспериментальный метод исследования откачных характеристик НВСп. Математическое моделирование рабочего процесса НВСп на базе дифференциальных
уравнений, решаемых конечноразностным методом. Определение температурных полей спиралей методом конечных элементов. Определение коэффициентов расхода входного и выходного патрубков и радиальных каналов с подвижными стенками методом конечных объёмов.
Научная новизна работы. Разработана математическая модель
рабочего процесса спиральной машины, работающей в условиях вакуума. Проведено комплексное экспериментальное исследование характеристик первого отечественного безмасляного НВСп и сравнение результатов расчёта с экспериментальными данными. Разработана методика расчёта температурного поля спиральных элементов НВСп с учётом разрежения газа. Проведен анализ влияния геометрических параметров пера спиралей на откачные характеристики НВСп.
Практическая значимость работы. На основе разработанных
математических моделей спроектирован, изготовлен и испытан первый
отечественный безмасляный НВСп. Разработанная математическая модель рабочего процесса НВСп позволяет спрогнозировать характеристики вновь разрабатываемых насосов и оптимизировать их на стадии
проекта. Проведённый анализ влияния геометрических параметров
спиралей позволил выработать рекомендации по проектированию высокоэффективных НВСп. Предложенная методика расчёта тепловых
полей рабочих элементов с учётом разрежения газа может быть применена при разработке или совершенствовании математических моделей
других вакуумных насосов.
Личный вклад. В исследованиях, вошедших в диссертацию, автору принадлежит постановка задач, разработка и создание модели ра2
бочего процесса (п.6, п.9, п.13 и п.14 списка работ, опубликованных
автором по теме диссертации), проведение экспериментов и анализ их
результатов (п.12 списка работ, опубликованных автором по теме диссертации). Автор участвовал в определении коэффициентов расхода
входного и выходного патрубков, и радиальных щелей с подвижными
стенками НВСп (п.1, п.2 и п.11 списка работ, опубликованных автором
по теме диссертации). При участии автора были разработаны методики
расчёта температурных полей спиральных элементов (п.5 и п.10 списка
работ, опубликованных автором по теме диссертации) и рассчитаны
изменение рабочих зазоров от тепловых и силовых деформаций (п.3,
п.4 и п.8 списка работ, опубликованных автором по теме диссертации).
Реализация работы в промышленности.
1. Разработанная научно-техническая документация позволила изготовить опытные образцы НВСп. Насос прошел испытания и внедрен
в серийное производство на АО «Вакууммаш» под маркой НВСп-12.
2. Математическая модель рабочего процесса НВСп с учётом теплообмена и модель расчёта перетеканий в каналах с учетом подвижности стенок, реализованные в виде программ для ЭВМ, внедрены в
практику проектирования и оптимизации вакуумных насосов на АО
«Вакууммаш».
3. Экспериментальные стенды и программы расчета откачных характеристик используются при проведении лабораторных занятий, выполнении курсовых и дипломных работ по направлению 15080165
«Технологические машины и оборудование».
Достоверность полученных результатов обеспечена соответствием методики проведения эксперимента ГОСТ 32974-2014 (ISO
21360-2:2012) и ГОСТ 32974.1-2016 (ISО 21360-1:2012); применением
современных измерительных средств (в том числе, образцовых) прошедших аттестацию; оценкой погрешностей измерений; хорошей согласованностью результатов расчёта параметров рабочего процесса с
результатами эксперимента; использованием уравнений, основанных на
фундаментальных законах сохранения и современных методах их решения, а также применением обоснованных допущений.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы
докладывались и обсуждались на X международной конференции «Сеточные методы для краевых задач и приложения» (г. Казань 2014), VIII
Российской студенческой научно-технической конференции «Вакуумная техника и технология» (г. Казань 2017), XII Международной научно-технической конференции «Вакуумная техника, материалы и техно3
логия» (г. Москва 2017), XVII международной научно-технической
конференции по компрессорной технике (г. Казань 2017), XXIV научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника» (2017).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, из
них 9 – в перечне журналов, рекомендованных ВАК РФ, получен патент на изобретение РФ.
Основные положения, выносимые на защиту
- результаты экспериментальных исследований опытного образца
НВСп;
- разработанная математическая модель процесса откачки НВСп;
- методика расчёта тепловых полей спиральных элементов;
- результаты анализа влияния геометрических параметров пера спирали
на откачные характеристики НВСп.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из
введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, приложения. Объем работы составляет 172 страниц машинописного текста, включая 4 таблицы и 86 рисунков. Список использованной
литературы включает 105 наименования.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность проводимого исследования, сформулированы цель и задачи, научная новизна, практическая значимость, личный вклад автора, представлены реализация работы в промышленности, основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе рассмотрены устройство и принцип работы спирального механизма, а также особенности конструкции применительно
к эксплуатации в условиях вакуума. Описаны конструктивные разновидности и приведены характеристики НВСп.
Проведён анализ методик построения математических моделей,
описывающих спиральные механизмы, работающие как в условиях
сплошной среды, так и в условиях вакуума.
Проанализированы методики расчёта перетеканий для различных режимов течения: вязкостного, молекулярного и переходного.
Сделан вывод, что наиболее универсальная методика расчёта перетеканий через щелевые каналы сложной формы, охватывающая весь
диапазон рабочих давлений НВСп, представлена в работах Бурмистрова А. В. и Саликеева С. И.
Описаны методики расчёта деформации спиральных элементов и
изменения зазоров между ними применительно к компрессорам, и
4
представлены методики расчёта теплообмена сжимаемого газа со спиральными элементами.
Вторая глава посвящена разработке и экспериментальному исследованию опытного образца безмасляного НВСп. Исходя из простоты изготовления и удобства анализа его рабочего процесса для опытного НВСп выбрана схема с односторонней однозаходной эвольвентной спиралью и консольным расположением подвижного спирального
элемента (рис.1). Геометрическая быстрота действия разработанного
НВСп составила 15 м3/ч.
С целью комплексного экспериментального исследования
опытного образца НВСп доработан стенд, который позволяет измерить
основные параметры во всем рабочем диапазоне давлений. Для измерения давления применялись два образцовых вакуумметра ВДТО-3.
Для измерения потока поочередно присоединялись расходомеры с различными диапазонами, такие как барабанные газовые счётчики Ritter
TG, ГСБ, РГ-40, регуляторы расхода газа MKS. Диапазоны измерения
приборов перекрывают друг друга, что снижает ошибку эксперимента.
Рис.1 – Опытный образец безмасляного НВСп:
1 – подвижный спиральный элемент; 2 – неподвижный спиральный элемент;
3 – вал эксцентриковый; 4 – вал противоповоротный; 5 – корпус; 6 – входной
патрубок; 7 – выходной патрубок; 8 – электродвигатель; 9 – электровентилятор; 10 – канал подачи балластного газа; 11 – противовес; 12 – уплотнитель
торцевой; 13 – балансир; 14 – выхлопное отверстие; 15, 16– подшипники
5
Рис. 2 – Зависимость быстроты действия от давления на входе:
точки – эксперимент, линии – расчёт
Рис.3 – Зависимость предельного
остаточного давления НВСп от
частоты вращения приводного вала:
точки – эксперимент, линии – расчёт
Методика испытаний НВСп соответствует ГОСТ 32974-2014 и
ГОСТ 32974.1-2016. Быстрота действия в зависимости от давления на
входе измерена при различных частотах вращения вала (рис.2).
Также получена зависимость предельного остаточного давления
от частоты вращения вала (рис.3) и потребляемой мощности от давления на входе.
Для расчёта температурных полей спиральных элементов, а затем тепловых деформаций, учитывая сложность описания процессов
теплообмена в НВСп, ряд параметров определялся экспериментально:
температура спирали в месте стыковки с корпусом, температуры приводного и противоповоротных валов, температура и скорость охлаждающего воздуха. Для измерения температуры газа и элементов
насоса применялись термопары, установленные во всасывающем и
нагнетательном патрубках и закрепленные на корпусе. Максимальная
погрешность измерения быстроты действия составила 14,1%, минимальная - 1,8%.
Третья глава посвящена разработке математической модели рабочего процесса НВСп. Приняты следующие допущения: рабочая среда рассматривается как идеальный газ; изменение параметров газа под
влиянием внешних факторов в пределах каждой полости происходит
мгновенно; газодинамические потери на трение газа о стенки не учитываются; параметры газа перед всасывающим и за нагнетательным
патрубками постоянны; колебания давления во всасывающем и нагнетательном патрубках не учитываются; изменение зазоров происходит
6
за счёт тепловых деформаций элементов насоса. Еще одно допущение,
подтвержденное экспериментальными исследованиями течения газа
через узкие щели и численными расчётами – в результате теплообмена
со стенками газ на выходе из щелевых каналов приобретает среднюю
температуру образующих каналы стенок.
Моделирование рабочего процесса осуществляется методом
контрольных объёмов. Площадь поперечного сечения каждой из полостей рассчитывается по формуле Грина.
Для каждой полости записывается своя система дифференциальных уравнений, характеризующая изменение давления и температуры газа. Для полости сжатия данная система выглядит как
 dPСЖ
dV 
k  1  dQ
k
 

 G ПР hПР  GУТ  hСЖ  
 PСЖ СЖ 

VСЖ  d
k 1
d 
 d

 dQ k  1

(2)

G ПР  GУТ hСЖ  


k

 dTСЖ  k  1TСЖ  d

 d
dV
PСЖ VСЖ 
  G ПР hПР  hУТ   PСЖ СЖ 

d









где
G
ПР hПР
 СЖ  2
при   2
при   2

 

 при



 GВССЖ hВС  GСЖ  2 СЖ hСЖ  2  GСЖ  2 СЖ hСЖ  2 
при  СЖ  2


 GНГ СЖ hНГ ,
ПР
при  СЖ  2
 СЖ  2
при   2
при   2


 
 
 при




 GВССЖ  GСЖ  2 СЖ  GСЖ  2 СЖ  GНГ СЖ ,
УТ
при  СЖ  2
 СЖ  2
при   2
при   2


 
 
 при




 GСЖ  ВС  GСЖ СЖ  2  GСЖ СЖ  2  GСЖ  НГ ,
G
G

  2
при   2
при

 

GПР hПР  hУТ   GВССЖ hВС  hСЖ   GСЖ  2 СЖ hСЖ  2  hСЖ  
при   СЖ  2
  СЖ  2

 при


 GСЖ  2 СЖ hСЖ  2  hСЖ   GНГ СЖ hНГ  hСЖ ,
7
V – текущий объем рабочей полости,  – угловая скорость, G – массовый расход притечек и утечек; h – энтальпия притекающего и утекающего газа; dQ – элементарная теплота подводимая или отводимая от
газа; k – показатель адиабаты; φ – угол поворота приводного вала; индексы соответствуют полостям, между которыми происходят перетекания: НАГ – объем нагнетания, ВС – объём всасывания, СЖ – объем
сжатия, СЖ  2 , СЖ  2 – следующий и предыдущий объемы.
За начальный угол   0 принимается положение вала за один
оборот до образования отсеченной полости. Для полости сжатия пределы изменения угла   2 НАГ . В качестве начальных условий
принимаются значения давления и температуры в конце процесса всасывания: PСЖ 2   PВС 2  , TСЖ 2   TВС 2  .
Расчёт ведется методом последовательных приближений. На
первой итерации температура спиральных элементов по всему объёму
принимается постоянной и равной средней между температурами газа
на входе и выходе. Условием сходимости расчёта является отличие
диаграмм давления и температуры предыдущего приближения от диаграмм последующего приближения менее чем на 1 Па и на 1 К соответственно.
При расчёте температурного поля спирали параметры газа при
различных положениях приводного вала из термодинамической модели передаются в модель расчета температурных полей. После расчёта
температурные поля спиральных элементов передаются обратно в термодинамическую модель. Рассчитанное температурное поле спиральных элементов передается в программный комплекс ANSYS, в котором с помощью метода конечных элементов рассчитываются деформации. На основе деформации спиральных элементов определяются величины изменения радиальных и торцевых зазоров, которые возвращаются в термодинамическую модель и проводятся расчёты параметров процесса для зазоров с учетом тепловых деформаций спиральных
элементов. При различии диаграммы температуры газа более чем на
1К проводится повторный расчёт.
Затем, используя значения давлений и температур, полученных в
результате решения систем дифференциальных уравнений, находится
разность массы газа, попавшей в насос, и перетекшей обратно в откачиваемый объём за один оборот
8
2

mВХ  (M ВХ СЖ  M СЖ ВХ )  d .
(4)
0
Быстрота действия НВСп рассчитывается согласно выражению
m R T
(5)
S ВХ  ВХ Г ВХ n .
PВХ
где n – частота вращения приводного вала, TВХ , PВХ – температура и
давление на входе, R Г – газовая постоянная для рассматриваемого газа.
В НВСп можно выделить четыре типа каналов, через которые
осуществляется массообмен между полостями: торцевые – между торцом пера одного спирального элемента и торцевым диском второго
спирального элемента; радиальные через канал между профильными
поверхностями двух спиралей; радиальные через канал в местах сопряжения концевых участков; входной и выходной тракты.
При расчетах перетеканий газа через щелевые каналы в условиях
компрессорного режима подвижность стенок каналов обычно не учитывается. А вот в условиях разрежения без учета подвижности невозможно получить согласие расчетных и экспериментальных данных.
Поэтому при давлениях выше 10кПа использовались уравнения для
щелевых каналов переменного сечения с неподвижными стенками,
предложенные С.И. Саликеевым. Для меньших давлений проведено
моделирование течения газа в каналах с движущимися стенками в программном комплексе Ansys Fluent и получен массив данных, определяющих перетекания для каждого угла поворота приводного вала в
ожидаемом диапазоне давлений.
Для расчета потерь во входном и выходном трактах также использовалось моделирование течения газа в пакете Ansys Fluent. Задача решалась в трёхмерной постановке методом конечных объёмов при
условии стационарности потока газа. При числах Рейнольдса, соответствующих турбулентному режиму течения, в качестве модели турбулентности использовалась двухпараметрическая модель турбулентности k − ω. При низких давлениях, характерных для входного тракта,
использовалась модель ламинарного течения, дополнительно использовалось условие скольжения на стенках. Как показали расчёты, влияние сопротивления входного и выходного трактов на процесс откачки
незначительно.
9
Учитывая сложность геометрической формы спиральных элементов, их температура определялась методом конечных элементов.
Нахождение температурных полей сводится к решению трёхмерного
уравнения теплопроводности – уравнения Лапласа
(6)
Ti x  0, x  i , i  1,2
где i – трёхмерная область, занимаемая спиралью, x  x1 , x2 , x3  –
 2T  x   2T  x   2T  x 
–


x12
x22
x32
трёхмерный оператор Лапласа. Значение i  1 соответствует неподвижной спирали, i  2 – подвижной спирали, Ti – температура спирали.
точки трёхмерного пространства, T x  
Рис.4 – Граничные условия
10
В соответствии с реальными рабочими режимами на разных
участках границы сеточной области задаются различные граничные
условия (рис.4). Так из-за сложной геометрии корпуса НВСп и затруднений, связанных с описанием теплообмена между ним и окружающей
средой, вполне оправданным является замер температуры в месте контакта неподвижного спирального элемента с корпусом вакуумного
насоса и задание граничного условия Дирихле. На всех остальных поверхностях ставится граничное условие третьего рода, описывающее
теплообмен с внешней средой, имеющей заданную температуру:
T x 

  x T x   T0 x   q x  ,
(7)
n
где  – коэффициент теплопроводности материала спирального элемента;  – коэффициент теплоотдачи; T0 – температура внешней среды (температура рабочего газа, температура окружающей среды и т.д.);
q – тепловой поток.
Для определения напряжений и деформаций спиральных элементов
НВСп использовался метод конечных элементов, реализованный в
комплексе «ANSYS». Подвижный и неподвижный спиральные элементы разбивались на тетраэдральные конечные элементы, размер которых
определялся условием сеточной сходимости (рис.5).
Рис.5. - Сетка на поверхности спиральных элементов в сборе
Рис.6. – Тепловые деформации
спиральных элементов и изменение
радиального зазорав НВСп при
входном давлении 10 Па:
1 – неподвижный,
2 – подвижный , 3 – зазор
11
Расчеты показали, что силовые деформации спиральных элементов за счёт давления газа в рабочих полостях малы и их можно не учитывать при расчетах характеристик НВСп. Максимальная тепловая радиальная деформация подвижного спирального элемента составила
87 мкм, неподвижного — 78 мкм, а максимальное изменение радиального зазора за счет тепловых деформаций спиралей 21 мкм (рис.6).
Изменение радиального зазора по углу поворота вала носит периодический характер с периодом 2π.
В четвертой главе проведено сравнение экспериментальных и
расчетных откачных характеристик опытного образца НВСп. Результаты расчётов быстроты действия при различных давлениях на входе
(рис.3) и предельного остаточного давления (рис.4) согласуются между
собой в пределах 20 %. Таким образом, разработанная модель рабочего
процесса НВСп адекватно описывает его рабочий процесс.
Проведён анализ влияния геометрических параметров пера спирали, концевого участка и эксплуатационных факторов на быстроту
действия, предельное остаточное давление и мощность НВСп. Так
влияние радиуса кривизны концевого участка на откачные характеристики незначительно. При увеличении радиуса кривизны в 18 раз остаточное давление снижается всего в 2,3 раза (рис.7).
Увеличение продолжительности сжатия за счет изменения размеров концевого участка (рис. 8) приводит к существенному снижению предельного остаточного давления. Однако, при большой продолжительности сжатия (более 15 витков) дальнейшее ее увеличение
не дает значительных улучшений характеристик насоса, как по быстроте действия, так и по остаточному давлению.
Рис.7 – Влияние радиуса кривизны
(мм) концевого участка на быстроту
действия
Рис.8 – Зависимость быстроты действия от давления на входе в насос при
различной продолжительности сжатия
12
Рис.9 – Зависимость активной мощности от давления на входе при различной продолжительности сжатия
Рис.10 – Зависимость предельного
остаточного давления от продолжительности сжатия при различном
числе витков
При любом числе витков спирали в области низких давлений
мощность практически не зависит от давления на входе. Причина этого
– незначительное изменение формы индикаторной диаграммы при
давлениях ниже 1 кПа. С увеличением продолжительности сжатия
происходит рост мощности при давлениях ниже 70 кПа. При больших
давлениях варианты с меньшей продолжительностью сжатия имеют
незначительно меньшую потребляемую мощность.
Также были проведены расчеты влияния величин зазоров роторного механизма на откачные и энергетические характеристики.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Разработан и изготовлен первый отечественный безмасляный
спиральный вакуумный насос с характеристиками, соответствующими
мировому уровню.
2. Доработан экспериментальный стенд и проведено комплексное
экспериментальное исследование откачных характеристик НВСп. В
широком диапазоне изменения входного давления и частоты вращения
приводного вала получены зависимости быстроты действия, остаточного давления и потребляемой мощности. Быстрота действия НВСп измерена с погрешностью 2-14%. Также проведены измерения температур,
используемых в качестве исходных данных в математической модели.
3. Разработана методика расчёта температурных полей подвижного и неподвижного спиральных элементов, которая в комплексе с расчетом деформаций позволяет определить действительные зазоры при
любых условиях работы НВСп, что повышает точность расчёта математической модели и дает возможность правильно назначить монтаж13
ные зазоры между спиральными элементами. Показано что у опытного
НВСп изменение радиального зазора за счет тепловых деформаций
может составлять 20...25%.
4. Путем моделирования методом конечных объемов получены
значения коэффициентов расхода входного и выходного трактов опытного НВСп. Причем для выходного тракта расчеты проводились для
различных положений подвижного спирального элемента. Показано,
что потери на выходе практически не влияют на быстроту действия, а
за счет сопротивления входного тракта быстрота действия в области
давлений, близких к остаточному, может снижаться до 10%.
5. С целью учета подвижности стенки спирального элемента при
расчете перетеканий газа через радиальный канал НВСп проведено математическое моделирование течения в каналах с подвижными стенками при входных давлениях в диапазоне 100 - 105Па и скорости движения стенки 5–20 м/сек для различных радиусов кривизны стенок, образующих канал и зазоров. Результаты численного расчета показали, что
за счет движения спирального элемента перетекания могут увеличиваться в десятки раз.
6. Разработана математическая модель процесса откачки НВСп,
которая комплексно учитывает подвижность стенки спирали, тепловые
деформации, подогрев газа, потери на входе и выходе. Расхождение
между результатами расчета и экспериментальными данными составило не более 20%.
7. Проведён численный анализ влияния геометрических параметров пера спирали и эксплуатационных факторов на быстроту действия,
предельное остаточное давление и мощность НВСп.
8. Получен патент на изобретение. 2565342 Российская Федерация, МПК F04C 18/02 (2006.01), С1. Безмасляная спиральная машина /
Бурмистров А.В., Райков А.А., Саликеев С.И., Бронштейн М.Д., Капустин Е.Н., Якупов Р.Р.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО
"КНИТУ", ОАО "Вакууммаш" - заявка № 2014146836; зарегистрировано 16.09.2015.
9. Результаты выполненных экспериментально-теоретических исследований в виде методик и программ расчета откачных характеристик НВСп и температурных полей спиральных элементов внедрены в
практику проектирования и оптимизации вакуумных насосов на АО
«Вакууммаш».
10. На основе разработанной научно-технической документации
изготовлены опытные образцы НВСп, которые прошли испытания и с
2016 года спиральный насос под маркой НВСп-12 внедрен в серийное
производство на АО «Вакууммаш» (г. Казань).
11. Экспериментальные стенды для измерения характеристик
НВСп и программы расчета откачных характеристик и температурных
14
полей спиральных элементов используются при проведении лабораторных занятий, выполнении курсовых и дипломных работ по направлению 15080165 «Технологические машины и оборудование».
Основное содержание работы отражено в следующих публикациях
1. Публикации в рецензируемых научных изданиях, включенных в перечень ВАК РФ:
1. Райков, А.А. Потери во входном и выходном трактах безмасляного
спирального вакуумного насоса / А.А. Райков, А. В. Бурмистров, С.
И. Саликеев, А.Т. Гимальтынов, Р.Р. Якупов // Известия высших
учебных заведений. Машиностроение. – 2017, № 5(686) – С.45-51.
2. Бронштейн, М.Д. Расчет проводимости радиальных каналов с движущимися стенками при моделировании процессов бесконтактных
вакуумных насосов / М.Д. Бронштейн, А.А. Райков, А.В. Бурмистров, С.И. Саликеев, Р.Р. Якупов // Компрессорная техника и пневматика. – 2017, – № 1. - С. 30-34.
3. Райков, А.А. Силовые деформации рабочих элементов безмасляного
спирального вакуумного насоса / А. А. Райков, Р. Р. Якупов, А. В.
Бурмистров, С. И. Саликеев // Известия высших учебных заведений.
Машиностроение. – 2015, №1 (658) – С.57-63.
4. Райков, А.А. Моделирование тепловых деформаций спиральных
элементов безмасляного вакуумного насоса / А. А. Райков, Р. Р.
Якупов, С. И. Саликеев, А. В. Бурмистров // Вестник МГТУ им. Н.Э.
Баумана. Серия «Машиностроение» - 2015, – № 3 (102). - С.92-102.
5. Якупов, Р.Р. Моделирование температурных полей рабочих элементов спиральных вакуумных насосов / Р.Р. Якупов, А.А. Райков, С.И.
Саликеев, Р.З Даутов, М.М. Карчевский, А.В. Бурмистров // Компрессорная техника и пневматика. - 2015, – № 1. - С.20-25.
6. Райков, А.А. Всережимная математическая модель рабочего процесса спирального вакуумного насоса / А.А. Райков, Р.Р. Якупов, С.И.
Саликеев, А.В. Бурмистров, М.Д. Бронштейн // Компрессорная техника и пневматика. - 2014, – № 1. - С.18-25.
7. Паранин, Ю.А. Тепловые деформации рабочих элементов спиральной машины / Ю.А. Паранин, Р.Р. Якупов, А.В. Бурмистров // Вестник Казанского технологического университета. – 2014, Т.17. - №4 C. 109-112.
8. Паранин, Ю.А. Математическая модель рабочего процесса спиральных машин сухого сжатия в условиях сплошной среды. Часть 2. Изменение зазоров от тепловых и силовых деформаций / Ю.А. Паранин, Р.Р. Якупов, А.В. Бурмистров // Вестник Казанского технологического университета. – 2014, Т.17. - № 1- C. 248-252.
15
9. Паранин, Ю.А. Математическая модель рабочего процесса спиральных машин сухого сжатия в условиях сплошной среды (часть 1) /
Ю.А. Паранин, Р.Р. Якупов, А.В. Бурмистров // Вестник Казанского
технологического университета. – 2013, Т.16. - № 19- C. 267-271.
2. Публикации в других изданиях:
10.Бурмистров А. В. Численное моделирование тепловых полей рабочих элементов спиральных вакуумных насосов / А. В. Бурмистров,
Р. З. Даутов, М. М. Карчевский, Р.Р. Якупов // Материалы Десятой
Международной конференции «Сеточные методы для краевых задач
и приложения», Казань, 2014. – С.156-161.
11.Бурмистров, А.В. Особенности расчета обратных перетеканий в щелевых каналах безмасляных спиральных вакуумных насосов / А.В.
Бурмистров, Р.Р. Якупов, А.А. Райков, С.И. Саликеев // Материалы
XII Международной научно-технической конференции «Вакуумная
техника, материалы и технология», М.: НОВЕЛЛА. 2017. – С.45 –
49.
12.Пузанков, С.М. Теоретическое и экспериментальное исследование
влияния газобалласта на характеристики спирального вакуумного
насоса / С.М. Пузанков, А.В. Тюрин, О.А. Новоженин, А.А. Райков,
А.В. Гаврилов, Р.Р. Якупов // Материалы VIII Российской студенческой научно-технической конференции «Вакуумная техника и технология», Казань, 2017. – С.133-134.
13.Якупов. Р. Р. Расчёт процесса теплообмена в математической модели сприального вакуумного насоса / Р. Р. Якупов, А. А. Райков,
С. И. Саликеев, А. В. Бурмистров // Труды XVII Международной
научно-технической конференции по компрессорной технике, Казань, 2017. – С.72-78.
14.Бурмистров А. В. Расчет быстроты действия безмасляных спиральных вакуумных насосов / А.В. Бурмистров, С.И. Саликеев, А.А.
Райков, В.А. Аляев, Р.Р. Якупов // Материалы XXIV научнотехнической конференции «Вакуумная наука и техника» с участием
зарубежных специалистов под редакцией С.Б. Нестерова. М.: НОВЕЛЛА. - 2017. – С. 152-157.
3. Патент на изобретение
15.Пат.2565342 Российская Федерация, МПК F 04 C 18/02. Безмасляная
спиральная машина / А.В. Бурмистров, А.А. Райков, С.И. Саликеев,
М.Д. Бронштейн, Е.Н. Капустин, Р.Р. Якупов – №2014146836/06; заявл. 20.11.2014; опубл. 20.10.2015, Бюл. №22. – 10 с.
16
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
1 216 Кб
Теги
насос, разработка, вакуумного, спирального, безмасляного, исследование
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа