DOI: 10.14489/hb.2026.03.pp.010-015

Фомин М. В., Фомина И. М.
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТУРБОМОЛЕКУЛЯРНОГО ВАКУУМНОГО НАСОСА С ВИНТОВЫМИ ЛОПАТКАМИ
(с. 10-15)

Аннотация. Представлены расчеты основных характеристик турбомолекулярной проточной части гибридного вакуумного насоса, лопатки ротора которого имеют винтовые рабочие поверхности. В отличие от плоских лопаток угол подъема винтовой линии рабочей поверхности этих лопаток с увеличением радиуса лопатки уменьшается, а ширина лопатки увеличивается. Для определения вероятностей перехода молекул газа через турбомолекулярную проточную часть насоса в прямом и обратном направлениях использован метод Монте-Карло в трехмерной постановке. Режим течения газа – молекулярный. Распределение модулей скоростей молекул принято максвелловским, а направление отражения от поверхностей проточной части соответствует закону косинуса. Приведены расчетные формулы для случайных траекторий молекул и таблица для вычисления направляющих косинусов для векторов скоростей при отражении молекул от всех поверхностей проточной части. Разработанная математическая модель позволяет оценить влияние динамических и геометрических параметров данной проточной части на основные характеристики насоса в целях их оптимизации. Выполнен сравнительный расчет откачных характеристик проточной части насоса с винтовыми и плоскими лопатками ротора. Установлено, что применение винтовых лопаток по сравнению с плоскими лопатками дает существенное увеличение отношения давлений, особенно при большом числе ступеней, но практически не влияет на быстроту действия насоса.

Ключевые слова: турбомолекулярный вакуумный насос; максимальная быстрота действия; максимальное отношение давлений; метод Монте-Карло.

Fomin M. V., Fomina I. M.
CALCULATION OF THE MAIN CHARACTERISTICS OF A TURBOMOLECULAR VACUUM PUMP WITH SCREW BLADES
(pp. 10-15)

Abstract. Calculations of the main characteristics of the turbomolecular flow part of a hybrid vacuum pump, the rotor blades of which have screw working surfaces, are presented. Unlike flat blades, the angle of elevation of the helical line of the working surface of these blades decreases with increasing blade radius, and the blade width increases. The Monte Carlo method in three-dimensional formulation was used to determine the probabilities of gas molecules passing through the turbomolecular flow part of the pump in the forward and reverse directions. The gas flow mode is molecular. The distribution of the velocity modules of the molecules is assumed to be Maxwellian, and the direction of reflection from the surfaces of the flowing part corresponds to the law of cosine. Calculation formulas for random trajectories of molecules and a table for calculating the guiding cosines for velocity vectors when reflecting molecules from all surfaces of the flowing part are given. The developed mathematical model makes it possible to evaluate the influence of the dynamic and geometric parameters of a given flow part on the main characteristics of the pump in order to optimize them. A comparative calculation of the pumping characteristics of the flow part of the pump with screw and flat rotor blades has been performed. It has been found that the use of screw blades in comparison with flat blades gives a significant increase in the pressure ratio, especially with a large number of stages, but practically does not affect the speed of the pump.

Keywords: Turbomolecular vacuum pump; Maximum speed of action; Maximum pressure ratio; Monte Carlo method.