Глава 17. Иcпытание вакуумных машин
Пocле изгoтoвления и ремoнта, а также в прoцеccе экcплуатации наcocoв и агрегатoв их пoдвергают иcпытаниям для oценки пригoднocти к экcплуатации.
Оcнoвные параметры вакуумных наcocoв и агрегатов, подлежащих иcпытаниям: предельное оcтаточное давление, быcтрота действия (кроме адсорбционных насосов), наибольшее выпускное давление (для пароструйных насосов), максимальные давление запуска и рабочее давление (для геттерных насосов), наибольшее отношение давлений (для двухроторных насосов), максимальный откачиваемый объем в диапазоне рабочих давлений (для адсорбционных насосов).
Испытательная установка включает в себя испытуемый насос (агрегат) с присоединенной к нему измерительной камерой, аппаратуру для измерения давления и потока газа, а также соединительную и запорную арматуру.
Результаты испытаний существенно зависят от методики измерений (расхождение 8..Л5 %). Соблюдение единого подхода к испытаниям и рекомендуемых геометрических параметров для измерительных камер позволяют провести объективное сопоставление характеристик насосов.
Диаметр D измерительной камеры (рис. 17.1, а) для всех насосов, кроме механических с масляным уплотнением и адсорбционных, должен быть равен диаметру условного прохода Dy на входе испытуемого насоса, но > 100 мм. При Dy < < 100 мм между измерительной камерой и испытуемым насосом устанавливают переходник (рис. 17.1, б).
Рис, 17.1. Измерительная камера (а) и переходник (ff):
В испытательной установке для измерений потоков газа с помощью диафрагм предусматривают две камеры (рис. 17.2): измерительную / и напускную 2, изготовленные из коррозионно-стойкой стали. Диафрагму 4 устанавливают при измерении потоков < 10"4 Па-м3/с, а также потоков в безмасляных системах. Диафрагма может служить одновременно вакуумным уплотнением фланцевого соединения между измерительной и напускной камерами.
Проводимость (/д диафрагм выбирают в зависимости от требуемой быстроты действия S испытуемого насоса (агрегата). Проводимость Ua рекомендуется принимать равной 0,1 S.
Диаметр диафрагмы
где М- молекулярная масса газа; к - коэффициент Клаузинга; Г- температура газа, К.
Рекомендуемая толщина диафрагмы h ~ 0,5 мм (при h/dд < 0,1k ≈ 0,91; при h/dд < 0,05k ≈ 0,95).
Для измерения давления в одном диапазоне рекомендуется выбирать вакуумметры и манометрические преобразователи одного типа.
Поток газа можно измерять бюретками, ротаметрами, с помощью диафрагм и т.д. Допускаемы погрешности измерения потока Q газа; ±3; ±5 и ±10 % при соответственно Q > 1; 1.. Л О-4 и < 10-4 Па-м³/с.
Рис. 17.2. Схема установки для измерения потока газа с помощью диафрагм:
1 - измерительная камера; 2 - напускная камера; 3,5- манометрические преобразователи; 4 - диафрагма
Перед сборкой все поверхности испытательной установки, которые будут находиться в вакууме, следует очистить и обезжирить в соответствии с инструкцией по эксплуатации насоса (агрегата). После сборки испытательную установку необходимо проверить на герметичность. Методики испытаний различного типа насосов достаточно близки между собой и отличаются учетом параметров, обеспечивающих работоспособность насосов различного принципа действия.
При испытаниях механических вакуумных насосов (агрегатов) с масляным уплотнением измеряются предельное остаточное давление и зависимость быстроты действия от давления всасывания, S = f(pm) при включенном и выключенном газобалластным устройством.
Параметры механических насосов с масляным уплотнением проверяют на установке, схема которой приведена на рис. 17.3.
Рис. 17.3. Схема установки для испытаний механических вакуумных насосов с масляным уплотнением и адсорбционных:
1 - испытуемый насос (агрегат); 2 — измерительная камера; 3,6- манометрические преобразователи; 4 - натекатель; 5 - напускная трубка
Измерительная камера должна иметь объем
где Vвс - объем всасывания за один оборот насоса; S - требуемая быстрота действия испытуемого насоса, дм³/с; п - частота вращения, мин-1.
Между испытуемым насосом и измерительной камерой допускается устанавливать переходник (см, рис. 17.1, б).
Предельное остаточное давление измеряют в установившемся равновесном режиме, при котором давление в течение 1 ч изменяется в пределах погрешности прибора для измерения давления. Это значение принимают за предельное остаточное давление насоса при отсутствии потока газа со стороны всасывающего патрубка насоса.
При измерении быстроты действия измерительную камеру откачивают до предельного остаточного давления. Допускается откачивать камеру до давления, равного 0,1 рш для высоковакуумных насосов и агрегатов и 0,05 рш для насосов и агрегатов среднего и низкого вакуума, где рш — давление во входном сечении насоса, при котором требуется измерить быстроту его действия.
При откачке в измерительной камере устанавливают давление газа рш так, чтобы результаты трех последних измерений давления не отличались более чем на 10 %, измеряют поток Q газа, поступающего в измерительную камеру через натекатель, и вычисляют быстроту действия насоса при заданном давлении рт, S = Q/pBx.
Изменяя давление рт для всего рабочего диапазона, определяют зависимость между быстротой действия испытуемого насоса и давлением рш. Измерения начинают с самого низкого давления.
Для газобалластных насосов одну серию измерений предельного остаточного давления и быстроту действия следует выполнять с закрытым, а вторую - с полностью открытым газобалластным устройством.
17.3. Испытания двухроторных насосов (агрегатов)
При испытаниях двухроторных вакуумных насосов (агрегатов) измерения проводят по методике, аналогичной методике испытаний для механических вакуумных насосов с масляным уплотнением, и дополнительно измеряют зависимость максимального отношения давлений тШШ[ от давления на выходе двухроторного насоса.
Параметры двухроторных вакуумных насосов (агрегатов) проверяют на установке, схема которой приведена на рис. 17.4.
Длина трубопроводов от выходного фланца испытуемого насоса / до манометрического преобразователя 7 на выходном трубопроводе должна быть < 150 мм, а от манометрического преобразователя до натекателя > 200 мм. Предельное остаточное давление и быстроту действия измеряют согласно методике, изложенной для механических насосов.
Рис 17.4. Схема установки для испытаний двухроторных и пароструйных насосов и агрегатов:
1 — испытуемым насос (агрегат); 2 — измерительная камера; 3,6- манометрические преобразователи; 4 - натекатель; 5 - напускная трубка; 7 - манометрический преобразователь на выходном трубопроводе; 8 - натекатель на выходном трубопроводе; 9 — клапан; 10 — форвакуумный насос
Максимальное отношение давлений "W определяют по изменению предельного остаточного давления в зависимости от давления на выходе испытуемого насоса рвых во всем рабочем диапазоне давлений, допускаемых инструкцией по эксплуатации насоса. При этом по измеренным давлениям рвых и р0 Для заданного ряда давлений в измерительной камере вычисляют отношение давлений τвых = p0.
17.4. Испытания турбомолекулярных насосов (агрегатов)
При испытаниях турбомолекулярных вакуумных насосов (агрегатов) измеряются предельное остаточное давление и зависимость быстроты действия от давления всасывания S = Дрвс).
Параметры турбомолекулярных насосов проверяют на установке, схема которой дана на рис. 17.5.
Испытуемый насос (агрегат) прогревают в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Одновременно для обезга-живания измерительной 2 и напускной б камер с установленными на них натекате-лем 4 и манометрическими преобразователями 3, 7 их прогревают при температуре ≤ 673 К.
Испытания проводят по разным газам, в качестве эталонного газа используют азот. Предельное остаточное давление измеряют после прогрева измерительной камеры и насоса. Запускают испытуемый насос (агрегат) / согласно инструкции по эксплуатации и контролируют частоту вращения ротора на соответствие паспортным данным. После выхода насоса на рабочий режим, не прекращая откачки, прогревают испытательную камеру и насос. По окончании прогрева измеряют предельное остаточное давление с использованием методики для механических вакуумных насосов с масляным уплотнением. По этой же методике измеряют быстроту действия насоса.
17.5. Испытания пароструйных насосов (агрегатов)
При испытаниях пароструйных вакуумных насосов (агрегатов) дополнительно к измерению предельного остаточного давления измеряют наибольшее выпускное давление при предельном остаточном давлении и давлении всасывания, которое соответствует режиму максимальной быстроты действия.
Для испытаний сверхвысоковакуум-ных диффузионных насосов (агрегатов) используют установку, собранную по схеме, которая показана на рис. 17.5, без нагревателя насоса.
Рис. 17,5. Схема установки для испытаний
турбомолекулярных и сверхвысоковакуумных диффузионных насосов и агрегатов:
1 - испытуемый насос (агрегат); 2 - измерительная камера; 3,7 - манометрические преобразователи; 4 - натекатель камеры; 5 - напускная трубка; 6 - напускная камера; 8 — диафрагма; 9 - нагреватель камеры; 10 - нагреватель насоса; // — манометрический преобразователь на выходном трубопроводе; 12 - натекатель на выходном трубопроводе; 13 — клапан; 14 - форвакуумный насос
Предельное остаточное давление и быстроту действия сверхвысоковакуум-ных диффузионных насосов измеряют согласно методике, приведенной для механических вакуумных насосов с масляным уплотнением.
Наибольшее выпускное давление при предельном остаточном давлении измеряют, изменяя давление нагнетания. Давление нагнетания, соответствующее увеличению предельного остаточного давления ро, принимают за наибольшее выпускное давление насоса (агрегата).
Наибольшее выпускное давление при входном давлении, соответствующем максимальной производительности испытуемого насоса / (агрегата), измеряют аналогичным образом. Откачивают измерительную камеру до давления, в 10 раз меньше давления, соответствующего максимальной производительности насоса (агрегата). Варьируя поток газа, поступающего в измерительную камеру, устанавливают в ней давление р, соответствующее максимальной быстроте действия насоса (агрегата). Изменяя давление на выходном трубопроводе, увеличивают давление в измерительной камере до 1,5 р.
Давление, измеренное на выходном манометре, принимают за наибольшее выпускное давление насоса (агрегата) для режима максимальной быстроты действия.
Параметры геттерных насосов и крионасосов проверяют на установке, схема которой дана на рис. 17.6.
Форвакуумную систему, которая должна обеспечивать откачку установки до давления, необходимого дет пуска испытуемого насоса (агрегата), следует выбирать в соответствии с инструкцией по эксплуатации насоса (агрегата). Проникновение в установку паров рабочего вещества (масла, геттера и др.) и продуктов его разложения не допускается.
Рис. 17,6. Схема установки для испытаний геттерных насосов и крионасосов (агрегатов):
1 - испытуемый насос (агрегат); 2 — измерительная камера; 3, 7,10— манометрические преобразователи; 4 - натекатель; 5 - напускная трубка; 6 - напускная камера; 8 - диафрагма; 9 — клапан; И — нагреватель
Предельное остаточное давление измеряют аналогично измерениям для тур-бомолекулярных вакуумных насосов, предварительно откачивают испытательную установку форвакуумной системой.
Быстроту действия определяют после откачки измерительной камеры до предельного остаточного давления. Измеряют быстроту действия в соответствии с методикой, изложенной для турбомолеку-лярных насосов.
Наибольшее рабочее давление измеряют в следующем порядке. Включают испытуемый насос (агрегат) / (см. рис. 17.6) согласно инструкции по эксплуатации. В испытательной установке с помощью на-текателя 4 устанавливают давление, равное предполагаемому наибольшему рабочему. Если при работе насоса (агрегата) в течение 1 ч давление в измерительной камере 2 меняется не более чем на 10 %, давление на входе насоса принимают за наибольшее рабочее давление. Если давление меняется более чем на 10 % , следует уменьшить давление в испытательной установке и повторить измерение.
Наибольшее давление запуска измеряют в следующем порядке. Включают испытуемый насос (агрегат) 1 согласно инструкции по эксплуатации. Откачивают испытательную установку до давления 104 Па. Выключают насос (агрегат). Наполняют испытательную установку воздухом до атмосферного давления, открыв натекатель 4. Закрывают натекатель, открывают клапан 9 и откачивают испытательную установку с помощью форвакуумной системы до давления, равного ожидаемому давления запуска.
Измеряют давление манометрическими преобразователями, установленными на измерительной камере 2. Закрывают клапан 9. Включают испытуемый насос и регистрируют время откачки испытательной установки до давления 10"4 Па. Если время откачки составляет 7... 10 мин, давление в начале откачки принимают за наибольшее давление запуска. Если время откачки > 10 мин, опыт повторяют, уменьшив начальное давление в испытательной установке; при времени откачки > 5 мин, опыт повторяют, увеличив давление.
Для новых или прошедших капитальный ремонт магнитных электроразрядных насосов перед испытаниями необходимо измерить предельное остаточное давление по изложенной методике. Затем следует включить испытуемый насос (агрегат) и провести тренировку, поддерживая в испытательной установке натекате-лем давление в пределах 1О"2...1О"3 Па, откачать систему в течение 2...3 ч, после чего повторить прогрев установки в течение 10 ч при температуре < 673 К.
Испарительные геттерные и конденсационные насосы, не откачивающие инертные газы, следует испытывать с работающей дополнительной форвакуумной системой. Эффективная быстрота действия форвакуумной системы должна составлять < 15 % от номинальной быстроты действия испытуемого насоса.
Вакуумные крионасосы проверяют на установке, схема которой дана на рис. 17.6. Предельное остаточное давление и быстроту действия измеряют согласно методике, изложенной для геттер-ных насосов.
17.7. Испытания адсорбционных насосов (агрегатов)
Параметры адсорбционных вакуумных насосов проверяют на установке, схема которой дана на рис. 17.3.
Объем измерительной камеры (см. рис. 17.1, а) должен быть равен максимальному откачиваемому объему Fmax в диапазоне рабочих давлений. Между испытуемым насосом и измерительной камерой допускается устанавливать переходник (см. рис. 17.1, б).
Предельное остаточное давление измеряют по методике, разработанной для механических насосов с масляным уплотнением.
Максимальный откачиваемый объем Fm в диапазоне рабочих давлений проверяют в следующем порядке. Включают испытуемый насос 1 (агрегат) согласно инструкции по эксплуатации. Откачивают измерительную камеру 2 до давления 1,33 Па; при этом через каждые 15 мин измеряют давление.
Справочник выпускается издательством "Машиностроение"
