avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2024-8-3-46-52GCGPGMavroen-52Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGМатематическое моделирование откачки бесконтактными насосами внешнего сжатия газов с различными молекулярными массамиMathematical modeling non-contact external compression pumps with different molecular weights gaseshttps://orcid.org/0000-0001-5495-7834РайковА. А.RaykovA. A.

Райков Алексей Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Вакуумная техника электрофизических установок» 

420015, г. Казань, ул. Карла Маркса, 68

AuthorID (SCOPUS): 35810909900

Raykov Alexey Alexandrovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Vacuum Engineering Department

Kazan, Karl Marx st., 68, 420015

AuthorID (SCOPUS): 35810909900

alraykov@kstu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9068-8555ИсаевА. А.IsaevA. A.

Исаев Александр Анатольевич, аспирант кафедры «Вакуумная техника электрофизических установок» КНИТУ; начальник сектора механических вакуумных  насосов  АО  «Вакууммаш»

420015, г. Казань, ул. Карла Маркса, 68

AuthorID (SCOPUS): 57220075456

Isaev Alexandr Anatolievich, Graduate Student of Vacuum Engineering Department, KNRTU; Head of Mechanical Vacuum Pumps Sector, JSC «Vakuummash»

Kazan, Karl Marx st., 68, 420015

AuthorID (SCOPUS): 57220075456

https://orcid.org/0000-0001-8612-540XБурмистровА. В.BurmistrovA. V.

Бурмистров Алексей Васильевич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Вакуумная техника электрофизических установок»

420015, г. Казань, ул. Карла Маркса, 68

AuthorID (SCOPUS): 6603797728,

ResearcherID: A-4254-2014

Burmistrov Alexey Vasilevich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of Vacuum Engineering Department

Kazan, Karl Marx st., 68, 420015

AuthorID (SCOPUS): 6603797728,

ResearcherID: A-4254-2014 

burm@kstu.ruКазанский национальный исследовательский технологический университетРоссияKazan National Research Technological UniversityRussian Federation202430092024834652Copyright © Райков А.А., Исаев А.А., Бурмистров А.В., 20242024Райков А.А., Исаев А.А., Бурмистров А.В.Raykov A.A., Isaev A.A., Burmistrov A.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/52

Отличительной особенностью двухроторных вакуумных насосов типа Рутс является селективность откачки, что обусловлено зависимостью обратных перетеканий через каналы роторного механизма от рода газа. Для исследования этого явления используется математическая модель рабочего процесса, основанная на решении дифференциальных уравнений системы с переменной массой. Проведенное сравнение экспериментальных и расчетных значений быстроты действия и максимального отношения давлений выхода и входа для гелия, аргона и воздуха показало расхождение не более 10 %. Расчеты показали, что в условиях вязкостного течения переход с откачки аргона на гелий снижает быстроту действия более чем на 10%, а степень повышения давления — на 50 %.

A distinctive feature of Roots type vacuum pumps is the selective of pumping, which is due to the dependence of reverse flows on the type of gas. To study this phenomenon, a mathematical model of the work process is used, based on solving differential equations of a system with variable mass. Comparisons of the experimental and calculated values of pumping speed and pressure increase for helium, argon and air show a discrepancy of no more than 10 %. Calculations have shown that under viscous flow conditions, switching from pumping argon to helium reduces pumping speed by more than 10 % and pressure increase by 50 %.

селективность откачкибыстрота действияпроводимостьобратные перетеканиядвухроторный вакуумный насоспроводимость каналовматематическая модельselective pumpingpumping speedconductivitybackflowsRoots vacuum pumpchannels conductivitymathematical modelReferencesБурмистров А. В., Саликеев С. И., Бронштейн М. Д. Прямые и обратные потоки в бесконтактных вакуумных насосах: моногр. Казань: Изд-во КГТУ, 2009. 232 с. ISBN 978-5-7882- 0720-9. EDN: QMKQDH.Burmistrov A. V., Salikeev S. I., Bronshteyn M. D. Pryamyye i obratnyye potoki v beskontaktnykh vakuumnykh nasosakh [Forward and reverse flows in non-contact vacuum pumps]. Kazan, 2009. 232 p. (In Russ.).Ануфриева И. В., Васильев Ю. К., Кеменов В. Н. [и др.]. Современное состояние рынка безмасляных форвакуумных средств откачки // Вакуумная техника и технология. 2003. Т. 13, № 2. С. 93–99.Anufriyeva I. V., Vasilyev Yu. K., Kemenov V. N. [et al.]. Sovremennoye sostoyaniye rynka bezmaslyanykh forvakuumnykh sredstv otkachki [Current state of the market for oil-free forevacuum pumping equipment] // Vakuumnaya tekhnika i tekhnologiya. Vacuum Science and Technology. 2003. Vol. 13, no. 2. P. 93–99. (In Russ.).Хабланян М. Х., Саксаганский Г. Л., Бурмистров А. В. Вакуумная техника. Оборудование, проектирование, технологии, эксплуатация. Ч. 1. Инженерно-физические основы. Казань: Изд-во КНИТУ, 2013. 237 с.Khablanyan M. Kh., Saksaganskiy G. L., Burmistrov A. V. Vakuumnaya tekhnika. Oborudovaniye, proyektirovaniye, tekhnologii, ekspluatatsiya. Ch. 1. Inzhenerno-fizicheskiye osnovy [Vacuum technology. Equipment, design, technology, operation. Part 1. Engineering and physical fundamentals]. Kazan, 2013. 237 p. (In Russ.).Jousten K., Dirscherl J., Lachenmann R. [et al.]. Positive Displacement Pumps // Vacuum Technology. 2016. P. 259–360. DOI: 10.1002/9783527688265.ch7.Jousten K., Dirscherl J., Lachenmann R. [et al.]. Positive Displacement Pumps // Vacuum Technology. 2016. P. 259–360. DOI: 10.1002/9783527688265.ch7. (In Engl.).Бурмистров А. В., Райков А. А., Саликеев С. И., Капустин Е. Н. Моделирование рабочих процессов бесконтактных безмасляных вакуумных насосов методами вычислительной гидрогазодинамики (CFD) // Вакуумная техника и технология-2021: тр. 28-й Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием. СанктПетербург: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2021. C. 16–22.Burmistrov A. V., Raykov A. A., Salikeev S. I., Kapustin E. N. Modelirovaniye rabochikh protsessov beskontaktnykh bezmaslyanykh vakuumnykh nasosov metodami vychislitel’noy gidrogazodinamiki (CFD) [Simulation of operating processes of non-contact oil-free vacuum pumps using computational fluid dynamics (CFD) methods] // Vakuumnaya tekhnika i tekhnologiya–2021. Vacuum Technique and Technology–2021. Saint Petersburg, 2021. P. 16–22. (In Russ.).Wang J., Liu R., Yang S. [et al.]. Geometric study and simulation of an elliptical rotor profile for Roots vacuum pumps // Vacuum. 2018. Vol. 153. P. 168–175. DOI: 10.1016/j.vacuum.2018.04.014.Wang J., Liu R., Yang S. [et al.]. Geometric study and simulation of an elliptical rotor profile for Roots vacuum pumps // Vacuum. 2018. Vol. 153. P. 168–175. DOI: 10.1016/j.vacuum.2018.04.014. (In Engl.).Ибраев А. М. Повышение эффективности работы роторных нагнетателей внешнего сжатия на основе анализа влияния геометрических параметров на их характеристики: дис. … канд. техн. наук. Казань,1987. 208 c.Ibraeev A. M. Povysheniye effektivnosti raboty rotornykh nagnetateley vneshnego szhatiya na osnove analiza vliyaniya geometricheskikh parametrov na ikh kharakteristiki [Improving the operating efficiency of rotary external compression superchargers based on an analysis of the influence of geometric parameters on their characteristics]. Kazan, 1987. 208 p. (In Russ.).Саликеев С. И., Бурмистров А. В., Райков А. А. Единый подход к расчету откачных характеристик бесконтактных безмасляных вакуумных насосов // Компрессорная техника и пневматика. 2013. № 4. С. 37–42. EDN: RCSESP.Salikeev S. I., Burmistrov A. V., Raykov A. A. Edinyy podkhod k raschetu otkachnykh kharakteristik beskontaktnykh bezmaslyanykh vakuumnykh nasosov [A concept of calculation of pumping characteristics of non-contact oil-free vacuum pumps] // Kompressornaya tekhnika i pnevmatika. Compressors and Pneumatics. 2013. No. 4. P. 37–42. EDN: RCSESP. (In Russ.).Бурмистров А. В., Саликеев С. И., Райков А. А., Тюрин А. В., Якупов Р. Р. Математическая модель рабочего процесса безмасляного спирального вакуумного насоса // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение». 2018. № 6 (123). С. 103–114. DOI: 10.18698/0236-3941-2018-6-103-114. EDN: VPKWJH.Burmistrov A. V., Salikeev S. I., Raykov A. A., Tyurin A. V., Yakupov R. R. Matematicheskaya model’ rabochego protsessa bezmaslyanogo spiral’nogo vakuumnogo nasosa [Mathematical simulation of a work cycle in an oil-free scroll vacuum pump] // Vestnik MGTU im. N. E. Baumana. Seriya «Mashinostroyeniye». Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Mechanical Engineering. 2018. No. 6 (123). P. 103–113. DOI: 10.18698/0236-3941-2018-6-103-114. EDN: VPKWJH. (In Russ.).Burmistrov A., Salikeev S., Raykov A., Fomina M. Mathematical model of working process of oil free scroll vacuum pump: Influence of leakage and heat transfer on pumping characteristics // Vakuum in Forschung und Praxis. 2017. Vol. 29 (6). P. 28–31. DOI: 10.1002/vipr.201700663.Burmistrov A., Salikeev S., Raykov A., Fomina M. Mathematical model of working process of oil free scroll vacuum pump: Influence of leakage and heat transfer on pumping characteristics // Vakuum in Forschung und Praxis. 2017. Vol. 29 (6). P. 28–31. DOI: 10.1002/vipr.201700663. (In Engl.).Исаев А. А., Райков А. А., Бурмистров А. В., Саликеев С. И. Потери во входном тракте двухроторного вакуумного насоса // Вестник машиностроения. 2021. № 9. С. 44–46. DOI: 10.36652/0042-4633-2021-9-44-46. EDN: FTBNQZ.Isaev A. A., Raykov A. A., Burmistrov A. V., Salikeev S. I. Poteri vo vkhodnom trakte dvukhrotornogo vakuumnogo nasosa [Losses in the inlet path of a two-rotor vacuum pump] // Vestnik mashinostroyeniya. Vestnik Mashinostroyeniya. 2021. No. 9. P. 44–46. DOI: 10.36652/0042-4633-2021-9-44-46. EDN: FTBNQZ. (In Russ.).Raykov A., Tyrin A., Burmistrov A., Bronstein M., Fomina M. Calculation of backward flow in channels with moving walls in oil free non-contact vacuum pumps // AIP Conference Proceedings. 2019. № 2141. 030024. P. 1–6. DOI: 10.1063/1.5122074.Raykov A., Tyrin A., Burmistrov A., Bronstein M., Fomina M. Calculation of backward flow in channels with moving walls in oil free non-contact vacuum pumps // AIP Conference Proceedings. 2019. No. 2141. 030024. P. 1–6. DOI: 10.1063/1.5122074. (In Engl.).Шарапов И. И. Разработка методики измерения и расчета параметров процесса теплообмена в шестеренчатом компрессоре с целью повышения точности расчета рабочего процесса: дис. … канд. техн. наук. Москва: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. 146 с.Sharapov I. I. Razrabotka metodiki izmereniya i rascheta parametrov protsessa teploobmena v shesterenchatom kompressore s tsel’yu povysheniya tochnosti rascheta rabochego protsessa [Development of a methodology for measuring and calculating the parameters of the heat exchange process in a gear compressor in order to increase the accuracy of the calculation of the working process]. Moscow, 2009. 146 p. (In Russ.).Li Z., Li L., Zhao Y. [et al.]. Theoretical and experimental study of dry scroll vacuum pump // Vacuum. 2009. Vol. 84 (3). P. 415–421. DOI: 10.1016/j.vacuum.2009.09.005.Li Z., Li L., Zhao Y. [et al.]. Theoretical and experimental study of dry scroll vacuum pump // Vacuum. 2009. Vol. 84 (3). P. 415–421. DOI: 10.1016/j.vacuum.2009.09.005. (In Engl.).Исаев А. А., Бурмистров А. В., Райков А. А., Саликеев С. И. Метод расчета откачных характеристик ДВН типа Рутс, работающих при повышенных давлениях (вязкостный режим течения газа в зазорах) // Наноиндустрия. 2021. Т. 14, № S6. C. 330–337. DOI: 10.22184/1993-8578.2021.14.6s.330.337. EDN: JKHBQO.Isayev A. A., Burmistrov A. V., Raykov A. A., Salikeyev S. I. Metod rascheta otkachnykh kharakteristik DVN tipa Ruts, rabotayushchikh pri povyshennykh davleniyakh (vyazkostnyy rezhim techeniya gaza v zazorakh) [Method for calculation of pumping characteristics of roots pump working at high pressures (viscous gas flow in clearances) // Nanoindustriya. Nanoindustry. 2021. Vol. 14, no. S6. P. 330–337. DOI: 10.22184/1993- 8578.2021.14.6s.330.337. EDN: JKHBQO. (In Russ.).Бурмистров А. В. Создание и исследование бесконтактных вакуумных насосов: дис. … д-ра техн. наук. Москва: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2006. 363 c.Burmistrov A. V. Sozdaniye i issledovaniye beskontaktnykh vakuumnykh nasosov [Creation and research of non-contact vacuum pumps]. Moscow, 2006. 363 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.