Modellierung und Analyse von Schraubenvakuumpumpen im Blower-Betrieb

Kai Nadler

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Kai Nadler, Modellierung und Analyse von Schraubenvakuumpumpen im Blower-Betrieb (2019), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832588601

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Beschreibung / Abstract

In der Vakuumtechnik sind, je nach Anwendung, eine Vielzahl verschiedener Pumpprinzipien erfolgreich. Das Einsatzgebiet der verschiedenen Pumpen und Pumpkombinationen ist dabei primär durch den zu erreichenden Arbeitsdruck und das erforderliche Saugvermögen bestimmt. Zur Erzeugung von Drücken im Bereich des Feinvakuums wird oftmals eine Vorvakuumpumpe mit einer Wälzkolbenvakuumpumpe kombiniert.

Den steigenden Anforderungen an ein größeres Leistungsvermögen sind die typischerweise eingesetzten Wälzkolbenvakuumpumpen nur bedingt gewachsen. Hieraus ergibt sich der Bedarf nach einem effizienterem und leistungsfähigeren Pumpenkonzept.

In diesem Band wird hierzu das Konzept des Screw Vacuum Blowers vorgestellt und sowohl numerisch als auch experimentell untersucht. Der geometrischen Komplexität dieses Maschinentyps wird durch die Entwicklung einer Methode zur geometrischen Analyse Rechnung getragen. Die vorteilhaften mechanischen und thermodynamischen Eigenschaften des Screw Vacuum Blowers gegenüber der Wälzkolbenvakuumpumpe können exemplarisch bestätigt werden.

Inhaltsverzeichnis

  • BEGINN
  • Inhaltsverzeichnis
  • Verwendete Symbole und Indizes
  • Abstract
  • 1. Einleitung
  • 1.1 Historische Entwicklung
  • 1.2 Zweiwellige Rotationsverdrängermaschinen
  • 1.3 Stand der Technik
  • 1.4 Screw Vacuum Blower
  • 1.5 Ziel der Arbeit
  • 2. Vorgehensweise in der Softwareentwicklung
  • 2.1 Notwendigkeit der Softwaretechnik
  • 2.2 Qualität von Software
  • 2.3 Techniken zur Qualitätssicherung
  • 2.4 Adaption von Werkzeugen und Techniken
  • 3. Komponenten der Kammermodell-Simulation
  • 3.1 Solver (KaSim)
  • 3.2 Pre-Processing (KaSim-PRE)
  • 3.3 Post-Processing (KaSim-POST)
  • 3.4 Anwendung und Erweiterung der Simulationsumgebung
  • 4. Thermodynamische und strömungsmechanische Modellierung
  • 4.1 Arbeitskammer
  • 4.2 Spaltströmung
  • 4.3 Gasrücktransport über Oberflächen
  • 4.4 Ladungswechsel
  • 4.5 Wärmeübergang
  • 4.6 Externe Leckagen
  • 5. Geometrische Berechnung der arbeitsraumbegrenzenden Spaltverbindungen
  • 5.1 Modellierung der Rotorgeometrie
  • 5.2 Kollisionsanalyse der Hüllkörperhierarchie
  • 5.3 Unterteilung der Annäherungsregion
  • 5.4 Berechnung der Punktepaare der Quasi-Eingriffslinie
  • 6. Geometrische Analyse und Modellierung
  • 6.1 Identifikation der Arbeitskammern
  • 6.2 Identifikation der Spaltverbindungen
  • 6.3 Identifikation der Kammerverbindungen zwischen Haupt- und Nebenrotor
  • 6.4 Identifikation von Gehäuseöffnungsflächen
  • 6.5 Identifikation der Grenzfläche des Adsorbens
  • 6.6 Identifikation und Parametrisierung des konvektiven Wärmeübergangs
  • 6.7 Identifikation der Lagerräume und ihrer Verbindung zu Arbeitskammern
  • 6.8 Identifikation druckbelasteter Rotoroberflächen
  • 6.9 Identifikation der relevanten Rotorkrümmungen
  • 7. Kennfeldanalyse einer ausgewählten Schraubenvakuumpumpe
  • 7.1 Versuchsaufbau
  • 7.2 Maximales Kompressionsverhältnis
  • 7.3 Saugvermögen
  • 8. Validierung der thermodynamischen Simulation
  • 8.1 Modellierung des Screw Vacuum Blowers
  • 8.2 Maximales Kompressionsverhältnis
  • 8.3 Saugvermögen
  • 8.4 Leistungsaufnahme
  • 8.5 Variation der Stirnspalthöhe
  • 8.6 Untersuchung des Lagerraumdruckes
  • 8.7 Druckindizierung des Arbeitsraumes
  • 8.8 Spaltströmungen bei fixierten Rotoren
  • 9. Analyse und Evaluierung der physikalisch-technischen Wirkmechanismen
  • 9.1 Interne Leckagen
  • 9.2 Ladungswechsel
  • 9.3 Gastemperaturen
  • 9.4 Mechanische Belastung in der Rotorverzahnung
  • 10. Zusammenfassung
  • Literaturverzeichnis

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