Изучение принципа работы диафрагменного и турбомолекулярного насосов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное 

учреждение высшего образования

Рязанский государственный радиотехнический университет



Факультет Электроники Направление 11.03.04 ЭЛЕКТРОНИКА И НАНОЭЛЕКТРОНИКА



К защите

Зав. кафедрой ПЭл_________ «____» ____________2017 г.



                              



Пояснительная записка

к выпускной квалификационной работе бакалавра на тему



Разработка методических указаний к лабораторной работе «Изучение принципа работы диафрагменного и турбомолекулярного насосов»

Номер ВКРБ 2017.322.08



Студент	 		 Лабанов В.Г.		

Руководитель		 Грачев Е.Ю.  

Консультант 		 Дягилев А.А. 

Руководитель ООП	 Круглов С.А. 





«____» _____________ 2017 г.

Оглавление

1. Введение4

2. Постановка задачи6

3. Обзор литературы по теме работы6

4. Теоретическая часть 17

4.1. Описание и конструкция откачного поста HiCube 300 Classic.17

4.2. Инструкция по эксплуатации прибора контроля и управления откачного поста HiCube 300 Classic 26

   4.3. Принцип работы диафрагменного насоса. 34

   4.4. Принцип работы турбомолекулярного насоса 39

5. Экспериментальная часть 42

6. Заключение 45

7. Список использованных источников 46

8. Приложения 47

































1. Введение

Слово «Вакуум» с латинского переводится как пустота. Так же выделяют на практике такое понятие как технический вакуум – сильно разряженный газ. Но на практике в объеме, который содержит достаточно большое количество молекул (макроскопический объем) невозможно добиться идеального вакуума, так как у всех материалов при конечной температуре ненулевая плотность насыщенных паров. Однако, получить идеальный вакуум в принципе можно, например, в микроскопических объемах[1].

Грубо говоря, вакуум – состояние газа в сосуде или трубопроводе, давление которого гораздо меньше, чем в окружающей атмосфере. Обычно между высоковакуумным насосом и атмосферой устанавливают прибор для предварительного разряжения, так называемый форвакуумный насос, именно поэтому низкую степень вакуума все чаще называют форвакуум. Диапазон давлений, с которым имеет дело вакуумная техника, имеет область давлений от  до Па. Коэффициент Кнудсена  - величина, которая равна отношению средней длины свободного пробега ? к линейному эффективному размеру вакуумного элемента , и определяет степень вакуума[3].

(1)

	В качестве эффективного размера может быть расстояние между стенками вакуумной камеры, расстояние между электродами прибора, диаметр вакуумного трубопровода.

	Всю область давлений для реальных размеров вакуумных приборов можно разделить на подобласти[4], отображенные в таблице 1. 

Таблица1– Степени вакуума

Степени вакуума

Низкий

Средний

Высокий

Сверхвысокий

















 Па

 Па

 Па

Па и ниже

	В вакуумном сосуде в области низкого и среднего вакуума число молекул газа велико по сравнению с числом молекул, которые покрывают поверхность сосуда. Такой вакуум используются во многих промышленных технологиях, например, для сушки материалов и компонентов.

	В области высокого вакуума молекулы газа преимущественно располагаются на поверхностях сосуда и их средняя длина свободного пути превышает или равно размеры вакуумного сосуда.

	В области сверхвысокого вакуума время формирования мономолекулярного слоя равно или может превышать время формирования мономолекулярного слоя в лабораторных условиях. 

Для того чтобы достигнуть ту или иную степень вакуума потребуются соответствующие приборы – вакуумные насосы. Насосы являются сложными техническими приборами. Соответственно выбор насоса определяется в основном родом и количеством пропускаемых насосом газов, так же областью рабочих давлений насоса и его параметрами. Существенным недостатком является то, что не существует насоса, который может обеспечить вакуум во всей области давлений[2]. 

	Вакуумные насосы подразделяются по назначению: на низковакуумные, на средневакуумные, на высоковакуумные и сверхвысоковакуумные, а по принципу действия различают: механические и физико-химические. 

	Механические насосы подразделяются на молекулярные и объемные.

	Механические насосы осуществляют откачку за счет передачи молекулам газа количества движения от жидкой, твердой или парообразной быстродвижущейся поверхности. К механическим относятся: водоструйные, пароструйные, эжекторные, диффузионные, молекулярные, турбомолекулярные.

	Объемные насосы в основном используют для предварительного разряжения. Эти насосы осуществляют откачку за счет периодического изменения объема рабочей камеры. К объемным насосам относят: поршневые, жидкостно-кольцевые, вращательные, мембранные[3].





2. Постановка задачи

Задача выпускной квалифицированной работы состоит  в следующем:

Разработать методическое указание к лабораторной работе для студентов на тему: "Изучение принципа работы диафрагменного и турбомолекулярного насосов", которое будет содержать:

Цель работы

Введение

Теоретическая часть

Практическая часть

Содержание отчета

Контрольные вопросы

Список литературы	

Собрать макет, который будет содержать откачной пост в составе HiCube 300 Classic: диафрагменного насоса MVP 070, турбомолекулярного насоса HiPace 300, прибора контроля и управления DCU 002, системы охлаждения и фланца, с помощью которого осуществляется подключение через вакуумный провод рабочей камеры.

3. Обзор литературы по теме работы

	Как говорилось выше, для того чтобы достигнуть ту или иную степень вакуума, используются вакуумные насосы. Для получения сверхвысокого вакуума в откачном посту используется турбомолекулярный насос, но он требует наличие диафрагменного насоса, который выступает в роли форвакуумного насоса, для предварительной откачки.

В качестве диафрагменного и турбомолекулярных насосов в откачном посту могут использоваться насосы разных серий, которые имеют разные технические параметры характеристики.

Самыми маленькими в производстве турбомолекулярных насосов являются HiPace 10 и HiPace30. Скорость откачки у насосов производителя Pfeiffer Vacuum по азоту - от 10л/с для насоса HiPace 10 до 800л/с у HiPace 800. Для удобства контроллер установлен непосредственно на корпусе насоса, так же используются внешние контролеры - контролеры DCU. Насосы серии HiPace разрешают достаточно большое давление не выхлопном фланце[5].

Турбомолекулярный насос HiPace 10 представлен на рис.1.



Рис.1. Турбомолекулярный насос серии HiPace 10

Основные технические характеристики для турбомолекулярного насоса модели HiPace 10 представлены в таблице 2.

Таблица 2– Основные технические характеристики насоса HiPace 10

Модель

HiPace 10

Фланец
- всасывания, ISO-K, ISO-F, CF
- выхлопа, ISO-KF
- напуска атмосферы


DN25
DN16
G1/8"

Скорость откачки, л/с
- по Азоту (N2)
- по Гелию (Не)
- по Водороду (Н2)
- по Аргону (Ar)


10
6
3
11.5



Таблица 2– Основные технические характеристики насоса HiPace 10. Продолжение

Степень сжатия
- по Азоту (N2)
- по Гелию (Не)
- по Водороду (Н2)
- по Аргону (Ar)


3*106
3*103
3*102
2.5*107

Предельное разряжение, мбар

< 10-5

Максимальное рабочее давление на выхлопе, мбар

25

Скорость вращения ротора, об/мин

90 000

Тип охладения
- стандартный
- опционально


естественное
воздушное

Питание/потребляемая мощность

24В/28,8 Вт

Вес, кг

1,8



	Зависимость скорости откачки от давления представлена на рис 2. Откачиваемые газы представлены на рис 3.



Рис.2. Зависимость скорости откачки от давления турбомолекулярного насоса HiPace 10.



Рис.3. Откачиваемые газы насосом HiPace 10 

Турбомолекулярный насос HiPace 60 представлен на рис.4.

Данный насос по сравнению с насосом HiPace 10 имеет ряд преимуществ, например HiPace 60 имеет гораздо большую скорость откачки и степень сжатия по газам. Он так же достигает большего значения предельного разряжения по сравнению с HiPace 10 и имеет фланец всасывания большего диаметра[5].



Рис.4. Турбомолекулярный насос серии HiPace 60

Основные технические характеристики для турбомолекулярного насоса модели HiPace 60 представлены в таблице 3.

Таблица 3– Основные технические характеристики насоса HiPace 60

Модель

HiPace 60

Фланец
- всасывания, ISO-K, ISO-F, CF
- выхлопа, ISO-KF
- напуска атмосферы


DN63
DN16
G1/8"

Таблица 3– Основные технические характеристики насоса HiPace 60. Продолжение



Скорость откачки, л/с
- по Азоту (N2)
- по Гелию (Не)
- по Водороду (Н2)
- по Аргону (Ar)


64
48
28
63

Степень сжатия
- по Азоту (N2)
- по Гелию (Не)
- по Водороду (Н2)
- по Аргону (Ar)



106
3,5*102
2*102
2*106

Предельное разряжение, мбар

< 10-8

Максимальное рабочее давление на выхлопе, мбар

4

Скорость вращения ротора, об/мин

90 000

Тип охладения
- стандартный
- опционально


естественное
воздушное

Питание/потребляемая мощность

24В/110 Вт

Вес, кг

2,2



	Зависимость скорости откачки от давления представлена на рис 5. 



Рис.5. Зависимость скорости откачки от давления турбомолекулярного насоса HiPace 60.

	Самым мощным турбонасосом из серии HiPace, который производят Pfeiffer Vacuum, является HiPace 800, который изображен на рис.6. Он обладает самой большой производительностью, его скорость откачки достигает 790 л/с по азоту. Он так же имеет входной фланец и фланец выхлопа размера больше чем у других насосов этой серии. Охлаждается такой аппарат не только воздушным путем как HiPace 10, HiPace 60, Hipace 300, но и водой. Но потребляемая мощность данным прибором гораздо выше, она достигает 420 Вт, и вес данного прибора вместе с фланцем варьируется от 13-19,1 кг[5]. 



Рис.6. Турбомолекулярный насос серии HiPace 800

Основные технические характеристики для турбомолекулярного насоса модели HiPace 800 представлены в таблице 4.

Таблица 4– Основные технические характеристики насоса HiPace 800

Модель

HiPace 800

Фланец
- всасывания, ISO-K, ISO-F, CF
- выхлопа, ISO-KF
- напуска атмосферы


DN200
DN25
G1/8"

Скорость откачки, л/с
- по Азоту (N2)
- по Гелию (Не)
- по Водороду (Н2)
- по Аргону (Ar)


790
700
580
780

Таблица 4– Основные технические характеристики насоса HiPace 800. Продолжение

Степень сжатия
- по Азоту (N2)
- по Гелию (Не)
- по Водороду (Н2)
- по Аргону (Ar)



>1*1011
3*107
4*105
>1*1011

Предельное разряжение, мбар

< 10-8

Максимальное рабочее давление на выхлопе, мбар

11

Скорость вращения ротора, об/мин

49200

Тип охладения
- стандартный
- опционально


водяное
воздушное

Питание/потребляемая мощность

48В/420 Вт

Вес, кг

12,8-19,1



	Зависимость скорости откачки от давления представлена на рис 7. 



Рис.7. Зависимость скорости откачки от давления турбомолекулярного насоса HiPace 800.



	В качестве форвакуумного насоса в откачном посту используют два типа насосов: 

- классические пластинчато-роторные серии DuoLine
- безмасляные мембранные серии MVP

Форвакуумные пластинчато - роторные насосы нашли широкое применение во всех сферах в низком и среднем диапазоне вакуума до мбар. Данные насосы содержат магнитную муфту, что обеспечивает безопасность для окружающей среды – отсутствие утечки масла.  Насосы серии DuoLine экономичны, они не требуют замены прокладок вала. Еще одним из преимуществ является устойчивость к коррозии, так как цветные металлы не используются. Рассмотрим насос DUO 5 M, который изображен на рис.8, его так же выпускает компания Pfeiffer Vacuum, и который может использоваться для работы в откачном посту HiCube[5].



Рис.8. Форвакуумный двухступенчатый насос DUO 5 M

Основные технические характеристики для форвакуумного насоса модели DUO 5 M представлены в таблице 5.

Таблица 5– Основные технические характеристики насоса DUO 5M

Модель

DUO 5 M

Фланец
- всасывания, ISO-K, ISO-F, CF
- выхлопа, ISO-KF



DN16
DN16


Таблица 5– Основные технические характеристики насоса DUO 5 M. Продолжение



Скорость откачки, 


5

Предельное давление, без газового балласта, мбар


4*10-3


Предельное давление, с газовым балластом, мбар

7*10-3

Скорость вращения ротора, об/мин, при 50 Гц

1500

Уровень шума, дБ

55

Напряжение питания

3ф. 380-420 В

1ф. 220-240 В

Вес, кг

19-25



	Зависимость скорости откачки от давления представлена на рис 9. 



Рис.9. Зависимость скорости откачки от давления пластинчато-роторного насоса DUO 5 М при частоте 50 Гц.

Рассмотрим чистые и безмасляные диафрагменные насосы серии MVP. Основным преимуществом является абсолютно сухой и безмасляный вакуум, долгий срок службы диафрагм, компактность и легкость. Еще одним немало важным преимуществом является низкий уровень шума. И данные насосы просты в обслуживании и ремонте. Примером таких насосов является мембранный насос - MVP 040, который показан на рис.10. Его так же производит компания Pfeiffer Vacuum, и он легко интегрируется в откачной пост HiCube[5].



Рис.10. Диафрагменный насос серии MVP 040

Основные технические характеристики для диафрагменного насоса серии MVP 040 представлены в таблице 6.

Таблица 6– Основные технические характеристики насоса MVP 040

Модель

MVP 040

Фланец
- всасывания 
- выхлопа 



G1/4"
G1/4"


Скорость откачки, 


5











Таблица 6– Основные технические характеристики насоса MVP 040. Продолжение



Предельное давление, без газового балласта, мбар




4*10-3


Предельное давление, с газовым балластом, мбар

5*10-3

Скорость вращения ротора, об/мин, при 50 Гц

1500

Уровень шума, дБ

53

Напряжение питания

200-230 перем

Вес, кг

11,4



	Зависимость скорости откачки от давления представлена на рис 11. 



Рис.11. Зависимость скорости откачки от давления мембранного насоса MVP 040 при частоте 50 Гц.





4. Теоретическая часть

4.1. Описание и конструкция откачного поста HiCube 300 Classic



Рис.12. Откачной пост серии HiCube 300 Classic

Для того чтобы разработать методическое указание к лабораторной работе на тему «Изучение принципа работы диафрагменного и турбомолекулярного насосов» мы будем работать со стендом, элементом которого является высоковакуумный откачной пост HiCube 300 Classic изображенный на рис.12.

Турбомолекулярный насос, как и остальные важные приборы, является составной частью высоковакуумного откачного поста. 

Высоковакуумные откачные посты Pfeiffer Vacuum серии HiCube 300 Classic представляют собой идеальное комплексное решение для получения сверхвысокого вакуума в рабочих камерах разного объема[5]. В то же время такой пост серии HiCube Classic является компактным мобильным изделием, что делает его полностью готовым к работе и подключаемым по принципу «Plug & Play». Другим немало важным преимуществом таких постов является его модульная конструкция и большое количество возможных комбинаций высоковакуумных и форвакуумных насосов. Благодаря такой особенности, существует возможность подобрать модель поста, которая будет полностью подходить для решения какой-то конкретной задачи. 



Рис.13. Варианты исполнения откачных постов Pfeiffer Vacuum серии HiCube Classic

В состав таких постов показанный на рис.13. входят:

высоковакуумные турбомолекулярные гибридные насосы серии HiPace,  которые обладают большим межсервисным интервалом (4 года), верхним магнитным и нижним керамическим подшипниками, высокими скоростями откачки и коэффициентами сжатия, а также воздушным охлаждением;

форвакуумные насосы различной производительности: 
- классические пластинчато-роторные серии DuoLine
- безмасляные мембранные серии MVP

система управления и электропитания DCU, которая обеспечивает управление параметрами работы насосов, а так же обеспечивает возможность подключения вакуумного датчика, например, вакуумметра;

единый мобильный корпус, на котором собраны все составные части высоковакуумного поста

В качестве турбомолекулярного насоса в откачном посту установлен насос серии HiPace 300, который представлен на рис.14.



Рис.14. Турбомолекулярный насос серии HiPace 300

	Серия HiPace включает в себя компактные и мощные турбонасосы, быстродействие которых от 10 – 800 л/с. Что обеспечивает высокую экономическую эффективность. Достоинством этой серии является то, что все насосы могут работать в любом пространственном положении. Одним из плюсов также является гибридная технология подвеса ротора, и система подшипников, которая гарантирует высокую надежность. Благодаря такой конструкции ротора в насосах данной серии была достигнута высокая пропускная способность и высокие скорости откачки. Данная серия также имеет встроенные контроллеры, которые исключают использование дорогостоящих кабелей для соединения[5]. 

Основные преимущества для потребителя:

Высокая скорость откачки от 10-800л/с

Быстрое время разгона

Компактная конструкция занимает минимальное пространство для установки

Монтаж в любой ориентации

Элементы выполнены из коррозийно-стойких материалов

Долгий срок службы

Замена подшипников осуществляется на месте



Быстрое время разгона.

	У серии HiPace уменьшено время разгона, что является важным преимуществом для производства. Насосы данной серии так же включают в себя расширенные функции, такие как дистанционное управление и сенсорные функции. Данные функции позволяют оценить состояние и параметры насоса, например температуру. Такая диагностика позволяет увеличить интервал межсервисного обслуживания прибора. 

	Конструкция турбомолекулярного насоса серии HiPace 300 изображена на рис.15.





Рис.15. Конструкция турбомолекулярного насоса серии HiPace 300 

	Как говорилось выше, главная особенность конструкции турбомолекулярного насоса серии HiPace является технология гибридного подвеса ротора. Другими словами, это сочетание керамического шарикового подшипника, который установлен в форвакуумной зоне и магнитного подшипника установленного в стороне высокого вакуума, который нужен для того чтобы радиально центрировать ротор. Также внутри статора магнитного подшипника располагается защитный подшипник. Он нужен для того чтобы стабилизировать ротор, в случае сильных радиальных ударов, но при этом он вращается непродолжительное время. Для такой технологии не обязательно использование электромагнитов. Достоинством магнитного подшипника является то, что он практически не изнашивается, тем самым не требуя сервисного обслуживания.

	Именно поэтому применение данной схемы разрешило использовать столь высокие вращения ротора.

	Интервал обслуживания керамического подшипника составляет около 4 лет. Подшипник или резервуар легко можно заменить на месте установки насоса, замена не займет длительного времени, обычно ее производят в течение 30 минут. Нижний подшипник обладает уникальной системой смазки. Именно эта система исключает попадание разных микрочастиц в подшипник, которые могут привести к выходу его из строя[5].

	Как упоминалось выше, все насосы данной серии имеют интегрированные контроллеры, которые имеют широкий спектр возможностей по настройке насоса по какой либо процесс и управления такими устройствами как форвакуумные насосы, клапаны вентиляции и клапаны продувки.

	Кроме того все насосы этой серии имеют датчики температуры и датчики Холла, данные датчики позволяют отслеживать состояние насоса во время его работы и если нужно проводить оптимизацию. Именно эти датчики установлены в автоматическую интеллектуальную систему защиты насоса от перегрузок.

	Основные технические характеристики для турбомолекулярного насоса модели HiPace 300 представлены в таблице 7.

Таблица 7– Основные технические характеристики насоса HiPace 300

Модель

HiPace 300

Фланец
- всасывания, ISO-K, ISO-F, CF
- выхлопа, ISO-KF
- напуска атмосферы


DN100
DN16
G1/8"

Скорость откачки, л/с
- по Азоту (N2)
- по Гелию (Не)
- по Водороду (Н2)
- по Аргону (Ar)


260
255
220
255

Таблица 7– Основные технические характеристики насоса HiPace 300. Продолжение

Степень сжатия
- по Азоту (N2)
- по Гелию (Не)
- по Водороду (Н2)
- по Аргону (Ar)


>1*1011
1*108
9*105
>1*1011

Предельное разряжение, мбар

< 10-8

Максимальное рабочее давление на выхлопе, мбар

20

Скорость вращения ротора, об/мин

60 000

Тип охладения
- стандартный
- опционально


водяное
воздушное

Питание/потребляемая мощность

24В/300Вт

Вес, кг

5,8 - 8,7



	Зависимость скорости откачки от давления представлена на рис 16. Откачиваемые газы представлены на рис 17.



Рис.16. Зависимость скорости откачки от давления турбомолекулярного насоса HiPace 300.



Рис.17. Откачиваемые газы насосом HiPace 300 

В качестве форвакуумного насоса в откачном посту установлен диафрагменный (мембранный) насос MVP-070, который представлен на рис.18.



Рис.18. Диафрагменный насос MVP-070

	Диафрагменные насосы Pfeiffer Vacuum обладают компактной конструкцией, что позволяет легко интегрировать их в высоковакуумные откачные посты. Компания Pfeiffer Vacuum предлагает большой ассортимент насосов, которые обладают скоростью откачки от 0.3 м3/ч. Основными преимуществами данных аппаратов является надежность и достаточно высокая эффективность[5].

	Одним из многочисленных преимуществ диафрагменных насосов является долгий срок службы. Диафрагменный насос идеально подходит для выполнения задач, в которых необходим чистый и сухой вакуум, так как соприкасающиеся детали в приборе не содержат смазки, то есть этот насос работает без масла. Так же насос прост для потребителя и неприхотлив в обслуживании. Если вдруг возникнет необходимость замены мембраны и клапана, то их можно легко заменить.

	В основном данные агрегаты используют в лабораториях, в химической промышленности, аналитических системах, так как рабочий не загрязняется. Кроме надежности в работе, диафрагменный насос обладает наименьшим уровнем вибрации и шума. Диафрагменный насос является оптимальным форвакуумным насосом для турбомолекулярного насоса Pfeiffer Vacuum. 

Основные преимущества для потребителя:

Скорость откачки до 4.3 м3/ч

Полное отсутствие масла 

Расширенная область применения, он может работать с газами, вызывающими коррозию

Большой срок службы диафрагм и клапанов

Мощный и надежный

Малый уровень шума

Может применяться автономно, либо в качестве форвакуумных насосов откачных постов

Высокая степень безопасности установки



Основные технические характеристики для диафрагменного насоса модели MVP-070 представлены в таблице 8.

Таблица 8– Основные технические характеристики насоса MVP-070

Модель

MVP-070

Производительность(50Гц), л/мин


63.33

Предельное полное давление, Па


400

Вход (Присоединение)

G1/4"

Выпуск (Присоединение)

G1/4"

Потребляемый ток (макс.), А

5.7

Максимальное кол-во оборотов электродвигателя (50Гц), об/мин

1500



Таблица 8– Основные технические характеристики насоса MVP-070. Продолжение

Уровень шума, дБ



Напряжение питания, В

200-230 перем.

Вес, кг

16.4



Зависимость скорости откачки от давления диафрагменного насоса MVP-070 представлена на рис 19.



Рис.19. Зависимость скорости откачки от давления диафрагменного насоса

	

4.2. Инструкция по эксплуатации прибора контроля и управления откачного поста HiCube 300 Classic

Меры по технике безопасности.

	Все лица, которые будут заниматься монтажом, эксплуатацией и техническим обслуживанием обязаны прочесть инструкцию по эксплуатации прибора и строго выполнять требования техники безопасности. Каждый член персонала должен обратить внимание на опасности, которые исходят от прибора и всей установки в целом.

	Различают две основных опасности: опасность небезопасного электромонтажа и опасность поражения электрическим током.

В первом случае запрещается самостоятельная переделка и внесение каких-то изменений в конструкцию устройства. Необходимо обеспечить надежное и безопасное встраивание в цепь аварийного отключения.

В другом случае из-за неправильности подключения устройства к сети детали могут находиться под напряжением. Для того чтобы отключить сетевое питание требуется свободный доступ к разъему подключения к сети.

 	Прибором контроля и управления в высоковакуумном откачном посту HiCube 300 Classic является DCU 002, который изображен на рис 20.



Рис.20. Общий вид прибора контроля и управления DCU 002



	Как уже говорилось DCU- это прибор контроля и управления для вакуумных насосов фирмы Pfeiffer Vacuum, которые содержат встроенную приводную электронику. Данный прибор обеспечивает контроль всех основных параметров приводной электроники. Также вполне реально подключить трубки для измерения давления.

	Основные характеристики продукта представлены в таблице 9.

Таблица 9 – Основные характеристики прибора контроля и управления DCU 002

Модель

DCU 002

Сетевой блок питания

нет

Потребляемая мощность, Вт

5

Пригоден для HiPace

Для всех

серий

Подключение, В

12-30

Масса, кг

0,4



Функционирование.



Рис.21. Передняя панель прибора контроля и управления DCU 002

На рис.21. показана передняя панель прибора, где располагается:

ЖК экран с подсветкой

Знак состояния

Индикаторы рабочего состояния

Кнопки управления

Описание разъемов.

	Прибор контроля и управления DCU 002 имеет два разъема, которые представлены на рис.22, где 

ХЗ – разъем подключение трубок измерения давления.

RS485 - разъем для подключения к насосу и блоку питания

С – регулировка контраста 



Рис.22. Прибор контроля и управления DCU 002, вид сзади



Область применения.

	Для корректной работы, и чтобы прибор не вышел из строя прибор контроля и управления DCU нужно подключать и использовать при определенных условиях окружающей среды[5].

Основные условия окружающей среды представлены в таблице 10.

Таблица 10 – Основные условия окружающей среды для работы DCU

Место установки

В помещении, защищенном от воздействия погодных условий

Класс защиты

1

Температура

от +5°C до +50 °C

Относительная влажность воздуха

макс. 80%, при T  31 °C, макс. 50% при T  40 °C

Атмосферное давление

75-106 кПа

Эксплуатация.



Рис.23. ЖК-экран

	На рис.23 изображен четырехстрочный ЖК-дисплей, который имеет следующие функции:

1 строка – наименование и номер выбранного параметра

2 строка – стрелка указывает на то, что вы находитесь в режиме редактирования. За ней записано значение выбранного параметра

3 строка – данная строка имеет 2 функции:

Отображает сообщения, которые касаются работы и управления

Либо показывает второй параметр

4 строка – стрелка указывает на знак ниже, который и свидетельствует о  состояние прибора, который он имеет в данный момент.

5 строка – знаки состояния (см. ниже)

Пояснение знаков.

Пояснение и описания знаков представлены в таблице 11.

Таблица 11 – Знаки, описание и их пояснение.

Знак

Описание

Стрелка

Пояснение





Насос ускоряется

=[P:307]

-

Нет











Да





Выбор обогрева

=[P:001]

-

Не выбран









Выбор обогрева, точка переключения не достигнута

Таблица 11 – Знаки, описание и их пояснение. Продолжение











Обогрев включен, точка переключения достигнута



Режим ожидания(Standby)

=[P:002]

-

Выключен











Включен





Дистанционное управление прибором

=[P:300]

-

Нет











Да





Достигнута точка включения

=[P:302]

-

Нет









Да





Высокая температура

-

Нет высокой температуры









Высокая температура турбонасоса = [P:304]









Высокая температура турбо-электроники = [P:304]









Высокая температура турбонасоса и турбо-электроники





Достигнута конечная частота вращения

=[P:306]

-

Нет











Да



	Именно эти семь знаков показывают, в каком состоянии находится установка в данный момент.



Пояснение функций кнопок.

Прибор контроля и управления DCU 002 имеет 4 кнопки, которые и образуют интерфейс пользователя, пояснение действий каждой из них описаны в таблице 12.



Таблица 12 – Кнопки интерфейса пользователя

Кнопка

Пояснение





Квитирует возникшие неисправности (Reset), загорается красный светодиодный индикатор





Данная кнопка пролистывает параметра назад





Данная кнопка пролистывает параметры вперед



и 

нажатые одновременно

Данное сочетание клавиш переводит в режим редактирования (изменить значение)





Данная клавиша отвечает за включение и выключение насоса

Самотестирование.

	Данный прибор DCU самостоятельно проводит проверку подключенного оборудования, после включения его. Проверка занимает непродолжительное время, примерно 20 секунд и для удобности на ЖК-экране отображается полоса выполнения. 

Проводятся следующие типы тестов:

Тест ЖК-дисплея: при данном тесте все имеющие знаки темнеют на небольшой промежуток времени.

Тест индикаторов: загораются красный и зеленый светодиод, когда происходит самостоятельная проверка.

Тест технических средств для прибора контроля и управления DCU 002.

Проверка соединения с электроникой насоса: происходит проверка на правильность подключения с электроникой насосов.

Тест параметров: в данном тесте происходит загрузка информации о параметрах, которые потребуются для работы.

Обнаружение подключенных приборов: например, индикация трубки для измерения давления. Таким образом, если будет подключена какая-либо трубка для измерения давления, на ЖК- экране отобразится индикатор.

После выполнения теста, и если не выявлены ошибки, прибор готов к работе.

Должен начать мигать зеленого цвета светодиод.

Если вдруг понадобилось сбросить сообщение об ошибке, это можно осуществить с помощью клавиши  .

Управление.

	Выбор параметра осуществляется путем нажатия клавиш   или , параметр, который вы выбрали, показывается в первой строке, а его значение во второй строке. Если нажать клавишу и держать происходит быстрое пролистывание параметров.

Изменение параметра осуществляется следующим образом:

Сначала выбирается параметр.

Одновременно нажимаются кнопки  и , тем самым переходим в режим редактирования и в начале второй строки ЖК- экрана появляется стрелка.

Затем этими же кнопками можно уменьшить или увеличить значение параметра, либо вовсе менять опцию.

Снова нажимаются одновременно кнопки  и , и если третья строка пуста, то появляется сообщение: «change confirmed».

Параметр установлен, и стрелка пропадает, что означает, что режим редактирования завершен для этого параметра.

Рабочая индикация.

	На передней панели устройства контроля и управления расположены два светодиода, зеленый, который обозначает рабочее состояние и красный, который свидетельствует о состоянии ошибки. Эти светодиоды могут принимать состояния, которые представлены в таблице 13.

Таблица 13 – Состояния светодиодов 

Светодиод

Знак

Состояние светодиода

Индикация

Значение

Зеленый светодиод









Не горит



Обесточен





Горит, вспыхивающий



Насосная установка выключена, частота вращения ?60 мин-1





Горит, инверс. Вспыхивающий.





Насосная установка включена, заданная частота вращения не была достигнута





Горит все время



Насосная установка включена, заданная частота вращения была достигута





Горит, но мигает



Насосная установка выключена, частота вращения >60 мин-1

Красный светодиод









Не горит



Нет ошибок





Горит, вспыхивающий



Предупреждение





Горит все время



Ошибка



Отключение.

	Для начала нужно выключить насосную установку кнопкой   на панели DCU 002, затем отключить электропитания.



4.3. Принцип работы диафрагменного насоса.

	Для создания низкого и высокого вакуума в современном мире, хорошо показали себя диафрагменные насосы. Для решения технических и одновременно экономических проблем, было принято решение разработки мембранных насосов, которые бы имели остаточное давление в пределе от 100 – 0,1 мм.рт.ст. и чтобы эти насосы достигали быстроту действия  около 200 л/мин. Мембранные насосы или диафрагменные – это механические вакуумные насосы, но в отличии от других механических насосов, они могут изготавливаться из химически-стойких материалов. Именно поэтому, основным видом применения мембранных насосов является создание вакуума в химических лабораториях. Мембранные насосы чаще всего исполняют роль форвакуумных насосов для предварительного разряжения, и они открывают путь к сверхвысокому вакууму для безмасляных высоковакуумных насосов. Диафрагменные насосы имеют широкий диапазон применений, например производство полупроводников, вакуумную металлургию, нанесение покрытий, производство аналитического оборудования. 

	Устройство современного мембранного (диафрагменного) насоса показано на рис 23.



Рис. 24. Схема ступени диафрагменного насоса: 1 - картер; 2 - клапаны; 3 - крышка головки цилиндра; 4 - зажимной диск диафрагмы; 5 -диафрагма; 6 - поддерживающий диск диафрагмы; 7 -шатун; 8 - эксцентриковая втулка.

	

Объем между головкой цилиндра и мембранной также называют камерой откачки. Зажимной диск фиксирует диафрагму на шатуне. За сжатие и расширение газа в камере отвечает шатун, точнее его движение обеспечивает эти процессы. Шатун подсоединяется к коленчатому валу, который движется благодаря двигателю. Между крышкой головки цилиндра и крышки картера находятся впускной и выпускной клапаны, которые открываются под давлением потока газа.

Принцип работы диафрагменного насоса достаточно прост. Эластичная мембрана приводится в действие эксцентриком по направлению вверх-вниз. При ходе поршня вниз мембрана всасывает газ или жидкость, которую необходимо перекачать через впускной клапан. При ходе поршня вверх мембрана выталкивает среду через выпускной клапан из головки мембранного вакуумного насоса наружу. Область, где происходит транспортировка, герметично отделена от привода мембранного вакуумного насоса мембраной. Поэтому мембранные насосы производят откачку чисто и без загрязнений[6].

	В определенных моделях насосов такого типа мембраны располагаются друг напротив друга и соединяются посредством эксцентрика, поэтому перекачивание среды или откачка газа осуществляется попеременно. Такая конструкция позволяет насосам работать эффективнее.

	Одноступенчатые насосы характеризуются предельным давлением около 60 мм рт.ст., двухступенчатые — 7,5 мм рт.ст., трехступенчатые — 1,5 мм рт.ст., а четырехступенчатые — до 0,3 мм рт.ст

	В случае многоступенчатых мембранных насосах выпуск одной ступени соединяется с впуском следующей ступени. К коленчатому валу подсое.......................