К.т.н. Гаврильченко О.С.,

к.т.н. Дудін В.Ю.,

магістрант Гурульов Д.О.

Дніпропетровський державний аграрно-економічний університет

Дослідження фаз розподілу повітря ротаційного

пластинчатого вакуумного насоса

Згідно [1, 2] початок фаз всмоктування та нагнітання визначається з умови рівності тисків в робочій камері та відповідному вікні в момент їх з’єднання. Закінчення зазначених фаз повинно відбуватися в момент, коли об’єм робочої камери набуває максимального (всмоктування) та мінімального (нагнітання) значень. Виходячи з цього, правильний вибір положення кромок всмоктувального та нагнітального вікон, в першу чергу залежить від правильного визначення динаміки зміни об’єму робочої камери насоса та тиску в ній в залежності від кута повороту ротора.

Використовуючи методику визначення зміни площі перерізу робочої камери, викладену в [3,4] та враховуючи дані [5], які свідчать про те, що:

, (1)

де Р_ст. – тиск газу на початку стиску, приймається рівним тиску всмоктування, кПа;

S_max – максимальна площа перерізу робочої камери, м²;

S_φ – площа перерізу робочої камери при куті повороту φ, м²;

γ – показник політропи,

для насоса індивідуальної доїльної установки з діаметром статора D = 0,105 м та розмірами інших формуючих елементів робочої камери: діаметр ротора d = 0,088 м, ширина пластини L = 0,085 м та кутом нахилу пластин 45° [4] було побудовано залежність Р = Р(j), або розгорнуту по куту повороту теоретичну індикаторну діаграму робочої камери насоса (рис. 1) з розрахунку створення ним вакуумметричного тиску 70 кПа.

Приведена на рисунку 1 залежність зміни тиску в робочій камері дозволяє стверджувати, що її з’єднання з нагнітаючим вікном (точка А) повинно відбуватися при значенні кута 76°, а початок всмоктування – 187,4° (точка В). Момент роз’єднання робочої камери з нагнітаючим вікном буде відповідати куту повороту ротора 222,5°, при якому відбувається повний перехід робочої камери з боку стиску на бік всмоктування (точка Г на рис. 1). Точка Б характеризує момент переходу першої по ходу обертання пластини зі сторони нагнітання на сторону всмоктування (проходження точки найменшого радіального зазору між ротором і статором), тобто розділення робочої камери на дві частини. При цьому в першій половині камери (відрізок Б-В-Д) вакууметричний тиск збільшується, а в другій тиск рівний тиску нагнітання (відрізок Б-Г). Точка Е відповідає куту повороту ротора 347,3°, при якому об’єм робочої камери набуває найбільшого значення і відбувається її від’єднання від всмоктувального вікна.

Експериментальні дослідження вакуумного насоса проводили за допомогою стенду, на якому частоту обертання ротора насоса n змінювали за допомогою частотного регулятора Danfos; величину вакууму P встановлювали за допомогою витратоміру КИ-4840М. Значення вакуумметричного тиску знімали за допомогою датчика MPX5100, порожнина робочої камери насоса з’єднувалась з датчиком тиску за допомогою каналів в тілі ротора. Отриманий сигнал фіксували осцилографом Rigol DS1022C з наступним записом отриманих даних на

В результаті експериментальних досліджень фаз розподілу повітря ротаційного пластинчатого вакуумного насоса були отримані динамічні залежності (рис. 1), що характеризують зміну вакуумметричного тиску в робочій камері від кута повороту ротора (розгорнуті по куту повороту дійсні індикаторні діаграми) вакуумного насоса при різних частотах обертання ротора та значеннях вакуумметричного тиску у всмоктувальному вікні.

Аналіз експериментальних даних показує, що характер динамічного розподілу вакуумметричного тиску однаковий при будь-якій частоті обертання ротору та змінюється з однаковою періодичністю. Дане спостереження свідчить про стабільність роботи експериментального ротаційного пластинчатого вакуумного насоса на різних режимах.

Для ідентифікації теоретичної моделі фаз розподілу повітря ротаційного вакуумного насоса побудовані експериментальні і теоретичні графіки розподілу вакуумметричного тиску в робочій камері насоса від кута повороту ротора (рис. 1). При цьому експериментальні дані відповідали рівню вакууметричного тиску прийнятому при розрахунках.

Рисунок 1 – Результати співставлення теоретичних (1) та експериментальних (2, 3) даних залежності зміни вакуумметричного тиску в робочій камері насоса від кута повороту ротора: А – початок нагнітання; Б – розділення робочої камери; В – з’єднання півкамери з всмоктувальним вікном; Г – закінчення нагнітання; Д – початок всмоктування; Е - закінчення всмоктування.

Аналізуючи графіки приведені на рис. 1, можна стверджувати, що на стороні стиску та нагнітання (відрізок Е-А-Б) відхилення експериментальних даних від отриманих теоретично досить не значне. На стороні всмоктування, яке починається після розділення камери (точка Б), спостерігається відхилення теоретичних та експериментальних даних, відрізок Б-В хоча за характером і відповідає відрізку Б¢-В¢, але має зсув по куту j. Це пояснюється тим, що канал датчика тиску (рис. 3) розміщено в задній, по ходу обертання ротора, частині камери, через це була відсутня можливість фіксування зміни вакууметричного тиску в першій півкамері. Що стосується сплеску тиску на експериментальних кривих в діапазоні значень кута j 160-180°, то його можна пояснити преретіканням повітря між півкамерами при збільшенні різниці тисків в них. Загалом з отриманих даних можна стверджувати, що розрахований теоретично вакуумметричний тиск знаходиться у довірчому коридорі експериментальних досліджень. Кореляція теоретичних та експериментальних даних складає 0,89. Це дає змогу стверджувати, що теоретичне рівняння розподілу вакуумметричного тиску в робочій камері насоса від кута повороту ротора є справедливим при будь-якому значені частоти обертання ротора для заданого значення вакууметричного тиску.

Література:

1. Механические вакуумные насосы /[Е. С. Фролов, И. В. Автономова, В.И. Васильев и др.] – М.: Машиностроение, 1989. – 288 с.

2. Мжельский Н.И. Вакуумные насосы для доильных установок / Н.И. Мжельский – М .: Машиностроение, 1974. – 151 с.

3. Павленко С.И. К вопросу определения фаз распределения воздуха ротационного вакуумного насоса с тангенциальным расположением лопаток/ С.И. Павленко, Н.Н. Науменко, В.Ю. Дудин // Матер. Межд. науч.-практич. конф. “Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве”. – Минск, 2010. – Т. 2. – С. 107 – 112.

4. Обґрунтування окремих параметрів пластинчатих вакуумних насосів / С.І. Павленко, В.Ю. Дудін, М.В. Колончук, Д.Ф. Кольга // Геотехнічна механіка: міжвід. зб. наук. праць Ін-т геотехнічної механіки ім. М.С.Полякова НАН України. – Дніпропетровськ, 2008. – Вип. 75. – С. 258 – 268.

5. Хамеев В. М. Термодинамические процессы и параметрические характеристики вакуумных насосов / В. М. Хамеев – Новосибрск: Наука, 1986 – 75 с.