Как определить степень сжатия насоса Рутса: форвакуумный насос подбирается не произвольно

Насос Рутса сам по себе не создаёт сжатия: он переносит газ со стороны низкого давления на сторону высокого, а то, сколько удаётся перенести, зависит от того, сколько способен откачать форвакуумный насос. Поэтому при подборе агрегата Рутса половина работы приходится на согласование параметров форвакуумного насоса.

1. Сначала нужно различать два отношения

Отношение скоростей откачки = скорость откачки насоса Рутса ÷ скорость откачки форвакуумного насоса. Это можно рассчитать непосредственно при подборе.
Степень сжатия = давление на стороне выпуска ÷ давление на стороне впуска. Это измеряется в процессе работы.

При стабильном режиме эти значения близки, но на степень сжатия также влияют температура газа, утечки и перепад давления. Отношение скоростей откачки используют для предварительного выбора, а измеренную степень сжатия — для проверки.

2. Основные параметры серии LC

Модель	Скорость откачки 50/60Hz	Мощность	Впускной патрубок	Выпускной патрубок	Масса
LC250	250 / 300 m³/h	2.2 kW	ISO63	ISO40	61 kg
LC500	500 / 600 m³/h	2.2 kW	ISO100	ISO63	69 kg
LC1200	1200 / 1440 m³/h	4.0 kW	ISO160	ISO100	149 kg
LC2600	2600 / 3120 m³/h	7.5 kW	ISO160	ISO100	308 kg
LC4200	4200 / 5040 m³/h	11 kW	ISO250	ISO100	400 kg

Обратите внимание: мощность двигателя в серии LC не растёт линейно со скоростью откачки: при переходе от LC1200 к LC2600 скорость откачки увеличивается более чем в два раза, а мощность — с 4.0 kW до 7.5 kW. Это связано с тем, что потребляемая мощность насоса Рутса в основном расходуется на перепад давления, а не на скорость откачки.

3. Как определить соотношение

Обычная практика — принимать отношение скоростей откачки 2~4:

2~3: для большинства непрерывных процессов; перепад давления умеренный, нагрев контролируемый.
3~4: применяют, когда процесс требует более высокой скорости откачки, а форвакуумный насос ограничен площадкой или стоимостью; нужно учитывать перепад давления и нагрев.
Более 4: перепад давления слишком велик; после теплового расширения ротор может войти в контакт с рабочей камерой насоса, если процесс не предусматривает кратковременную откачку и периодический режим.

Приведём два конкретных варианта подбора:

Насос Рутса	Отношение скоростей откачки	Форвакуумный насос	Примечание
LC1200（1200 m³/h）	1.9	V0630B（630 m³/h）	небольшой перепад давления, подходит для непрерывной работы
LC2600（2600 m³/h）	4.1	V0630B（630 m³/h）	близко к верхнему пределу, рекомендуется только периодическая откачка

4. Откуда берётся верхний предел степени сжатия

В насосе Рутса ротор и рабочая камера имеют бесконтактное сопряжение, уплотнение обеспечивается зазором. Чем выше степень сжатия, тем выше доля обратного потока через зазор и тем быстрее падает фактическая скорость откачки. Одновременно тепло сжатия газа, вызванное перепадом давления, повышает температуру ротора, а зазор уменьшается.

Допустимый перепад давления, указанный производителем, является обязательным параметром. При подборе нужно рассчитать максимальный перепад давления, возможный в процессе, заложить запас 30% и не подбирать оборудование вплотную к верхнему пределу.

5. Время откачки нужно рассчитывать для агрегата

После запуска агрегата Рутса форвакуумный насос сначала понижает давление до диапазона, в котором можно подключить насос Рутса (обычно 10~30 mbar), затем запускается насос Рутса. Время откачки рассчитывают двумя этапами:

Этап работы только форвакуумного насоса: t₁ = (V / S_форв.) × ln(p₀ / p_перекл.)
Этап работы агрегата: t₂ = (V / S_Рутса) × ln(p_перекл. / p_целев.)

Для камеры 1000 L при откачке от атмосферного давления до 0.5 mbar, форвакуумный насос 630 m³/h, точка переключения 20 mbar, насос Рутса 2600 m³/h:

t₁ = (1 / 0.175) × ln(1013 / 20) ≈ 5.7 × 3.92 ≈ 22 s
t₂ = (1 / 0.722) × ln(20 / 0.5) ≈ 1.38 × 3.69 ≈ 5.1 s

Итого около 27 s; на практике нужно дополнительно учесть потери давления в трубопроводе и время срабатывания клапанов, поэтому при планировании производства принимать 35~40 s.

6. Какие параметры нам нужны

Объём камеры, целевое давление и допустимое время откачки, газовыделение процесса, наличие пыли или коррозионных компонентов в газе, параметры электропитания на месте и габариты площадки. С этими данными можно подобрать насос Рутса и форвакуумный насос вместе, без необходимости сначала покупать большой насос, а затем подбирать к нему меньший.