Working process of Roots vacuum pumps

Zusammenfassung Entwicklung und Verifizierung des CFD‐Modells für Wälzkolbenpumpen Wälzkolbenpumpen sind aufgrund der Ölfreiheit des Arbeitsvolumens, der Einfachheit der Konstruktion, des hohen Arbeitsdurchsatzes und der Zuverlässigkeit weit verbreitet. Der Arbeitsprozess in Roots‐Gebläsen wurde mit Hilfe von Methoden der numerischen Strömungsmechanik (CFD) untersucht. Es wurde ein hexaedrisch strukturiertes Netz des Arbeitsvolumens mit konstanter Schrittweite über den Rotordrehwinkel erstellt. Luft wurde als Arbeitsmedium im Modell eines kompressiblen idealen Gases betrachtet. Für die Berechnung wurde das Turbulenzmodell Shear Stress Transport (SST) verwendet. Die Verifizierung des entwickelten mathematischen Modells wurde durch den Vergleich der berechneten und experimentell gewonnenen Beziehung zwischen der Fördermenge und dem Druckverhältnis bei verschiedenen Drehzahlen im Kompressorregime durchgeführt. Der Unterschied zwischen Berechnung und Experiment übersteigt nicht 8 %. Es wurde ein Vergleich zwischen berechneten und experimentellen Indikatordiagrammen in der Arbeitskammer durchgeführt und das Wälzkolben‐Vakuumpumpumpen‐Drehzahlniveau gemessen. Die maximale Differenz zwischen dem Experiment und der Berechnung mit der CFD‐Methode beträgt 9,8 %. In beiden Fällen kann der Unterschied zwischen Berechnung und Experiment vor allem durch Fehler bei der Messung der tatsächlichen Radialabstände erklärt werden. Die Analyse der Geschwindigkeitsfelder im Roots‐Gebläse, das im Vakuum‐ und Kompressorregime arbeitet, wurde mit Hilfe des CFD‐Modells durchgeführt. Die Gasgeschwindigkeit im Spalt ist bei niedrigen Drücken viel höher. Dies lässt sich durch die größere Druckdifferenz zwischen Einlass und Auslass bei Vakuumbedingungen erklären.