Испытания быстроты действия механических насосов

ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ:

Ниже приводим пример выполнения испытания насосов вакуумных механических с указанием методики пересчета измеренных параметров в соответствии требованиям ГОСТ 25663-83 Оборудование вакуумное НАСОСЫ ВАКУУМНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ (и ISO 1607-1:1993(E) Positive-displacement vacuum pumps – Measurement of performance characteristics Part 1: Measurement of volume rate of flow (pumping speed)..

Откачной пост состоит из винтового вакуумного насоса S3 и насоса Рутса B2 (механического бустера).

Параметры электродвигателей откачного поста, используемого в примере:

Для проведения испытаний на примере выбран следующий состав КИП:

При проведении испытаний может быть использована трубка с определенными диафрагмами.

Как можно показать из кинетической теории газов, пропускная способность диафрагмы при подключении диафрагмы к трубопроводу диаметром D>>Do диаметра диафрагмы, и давлении внутри откачиваемого объекта равным P<<Patm, где Patm = атмосферному давлению будет постоянной величиной при измеренном давлении P ( приведенное к воздуху при 20гр.Ц).

При проведении испытаний на ВАКУУМЕ. мы имеем место измерение расхода при ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ на входе и выходе диафрагмы. когда давление непосредственной в измерительной трубке равно (практически) атмосферному, давление P1 и P2 как показано на иллюстрации ниже

и измеряемое на испытаниях давление есть давление в вакуумной камере (или на фланце насоса), и оно всегда меньше критического давления суживающего устройства.

Таким образом, проведя во время испытаний измерение давления в вакуумной камере, и далее использовав формулу для расчета теоретического расхода через диафрагму при критическом истечении газа ( воздуха) может быть рассчитан массовый расход воздуха через диафрагму:

где =0,52828

где k =1, константа Пуансона для воздуха=1,4 и А – площадь поперечного сечения диафрагмы.

Для пересчета массового расхода в объемный ( как более распространенный для указания быстроты откачки вакуумных механических насосов) используются уравнения состояния идеального газа, известные из законов термодинамики.

Таким образом, определен необходимый состав средств измерения, необходимый для фиксации значений физических величин давления (вакуума) и температур при проведении испытаний..

Количество и номинальный d диафрагмы выбирается исходя из требуемой (проверяемой при проведении испытаний) производительности откачной системы.

На иллюстрации представлено фото собранной системы для проведения испытаний.

Иллюстрация . Фото собранной системы для проведения испытаний ( пример)

Для имитации газовой нагрузки в рассматриваемом примере использованы следующие приборы и приспособления:

Последовательность проведения операций при проведении испытаний

1. Проводится откачка испытательной камеры до предельного давления Pп. Предельное остаточное давление считается установленным, если в течении 1 ч давление на входе в насос меняется в пределах погрешности измерительного прибора. Достигнутое предельное давление должно быть не хуже Pп=0,05*Pт, где Pт – давление, на котором предполагается измерить быстроту откачки.
2. Измерения начинают с самого низкого давления, проводя не менее трех измерений в каждом десятичном диапазоне (приблизительно для значений 2,5; 5; 10).
3. Не прекращая откачки, с помощью ротаметра и/или выбранной тестовой диафрагмы, сохраняя безопасный режим откачки, проводятся измерения давления Pт в испытательной камере. Давление Pт считается установленным, если результаты трех последовательных измерений, проведенных с интервалом не менее 60 сек., не отличаются более чем на 10%.
4. В протоколе испытаний фиксируется установленное значение Pт, одновременно с занесением в протокол значений Pa, Ta, Tт, и состояний приборов и приспособления для имитации газовой нагрузки и параметры насоса (управляющая частота или обороты вращения).
5. Пример таблицы для ведения протокола испытания приведены ниже, см. табл 1.

Табл 1. Пример протокола испытаний.

1. После фиксации измерений проводится расчет проводимости диафрагм, зная номинальный диаметр диафрагмы ( с пересчетом из массового расхода Wa1, Wa2, Wa3 (кг/час) в объемный La1, La2, La3 м3/час), и пересчет показаний ротаметра La4 в условиях испытаний температуры и давления атмосферного воздуха. Вычисленные значение приведены ниже в табл.2. с указанием используемых формул.

Табл.2 Вычисленные значения проводимости приборов и приспособлений имитации газовой нагрузки.

1. После проведения расчета в табл.1, вычисляется суммарная проводимость использованных приборов и приспособлений для имитации газовой нагрузки Lсумм (м3/час) = La1+La2+La3+La4 и суммарный поток воздуха Q (кПа * м3/час) =Pa* Lсумм на входе в испытательную камеру.
2. Руководствуясь основным уравнением вакуумной техники, вычисляем быстроту откачки насосного агрегата S (м3/час) = Q/Pт на давлении измерения Pт (кПа). Вычисленные значение приведены ниже в табл.3.

Табл.3 Вычисленные значения быстроты откачки вакуумного насоса S при давлении измерения Pт.

*- значения Q и S в первой строчке не являются расчетными, указаны условные минимальные значения отличные от нуля.

1. По вычисленным значениям S и измеренным значениям Pт строится кривая откачки вакуумного насоса в диапазоне давлений, полученных при испытании.

На иллюстрации 2 ниже представлена построенная кривая откачки испытуемого в данном примере насосного агрегата.

Иллюстрация. Построенная по результатам испытания кривая откачки насоса

По данным кривой откачки можно определить, что средняя быстрота откачки испытуемого насосного агрегата в диапазоне измерений составляет 877 м3/час ( от 1200 до 780 м3/час).

На иллюстрации 3 ниже представлена шильда испытанного вакуумного насоса Рутса в составе откачного агрегата.

Как можно прочитать с шильды проектная быстрота откачки насоса Рутса составляет 980 м3/час модель MB720.

Иллюстрация . Данные с шильды насоса прошедшего испытания

Выводы:

Испытания подтвердили заявленную производителем быстроту откачки, насоса Рутса. Таким образом, комбинация из выбранных для насосного агрегата модели винтового вакуумного насоса и модели насоса Рутса подобрана правильным образом для заданного диапазона давлений.

Дополнительно:

1. Также, методика проведения испытаний требует выполнения предварительного контроля герметичности системы с помощью гелиевого масс-спектрометрического течеискателя. Допускаемый поток натекания системы не должен превышать Qдоп=5х10Е-5*Pп*S (Вт = Па*л/сек). Проведения испытания системы с негерметичностью, превышающей допускаемы порог приведет к занижению результатов измерения.
2. В зависимости от алгоритмической модели управления насосным агрегатом, управляющая частота насоса Рутса может отличаться от номинальной 50/60Гц. В случае если испытания будут проводиться с отличными от номинальной частоты вращения насоса, рассчитываемая в ходе испытания быстрота откачки приводится с указанием управляющей частоты (скорости вращения) насоса. В этом случае номинальная быстрота откачки насоса Sном может быть вычислена из пропорции Sном=S* (Номинальные обороты в минуту/Обороты в минуту при испытаниях).
3. В случае если для подключения тестируемого вакуумного насоса к испытательной камере используется трубопровода с условным проходом менее номинального Ду на входе вакуумного насоса, следует учитывать в расчёте ограничение по проводимости используемого трубопровода.

Список использованной литературы и документации

−      Оборудование вакуумное. Насосы вакуумные механические. Методы испытания ГОСТ 25663-83

−      HEI PowerBook page 443-450

−      Fundamentals of Vacuum Technology Vacuum Physics 1.5.3 Conductance for piping and orifices page D00.14

−      СПРАВОЧНИК.ВАКУУМНАЯ ТЕХНИКА Е.С Фролова В.Е Минайчева из-во МАШИНОСТРОЕНИЕ стр.44-45

−      Научные основы вакуумной техники С. Дэшман из-во Иностранной литературы 1950 стр 70-74