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2. 3 Turbopumpstände 2. 3. 1 Auspumpen eines Behälters mit einem Turbopumpstand auf 10 -8 hPa Ein Behälter aus blankem Edelstahl soll in 12 Stunden auf einen Druck von $p_b$ = 10 -8 hPa evakuiert werden. Wie aus Kapitel 1. Berechnung eines passenden Turboladers. 3 hervorgeht, sind neben der reinen Auspumpzeit für die Luft weitere Effekte zu berücksichtigen. Die Desorption von Wasserdampf und adsorbierten Gasen sowie das Ausgasen von Dichtungen verlängern die Auspumpzeit.
Mit der Strömungssimulation bzw. einer Strömungsanalyse wird deutlich, wo Strömungsverluste bzw. Druckverluste entstehen. Falls Messungen nicht möglich oder zu zeitintensiv sind, ist die Strömungssimulation das richtige Entwicklungstool zur Druckverlustoptimierung. Strömungssimulation / CFD Simulation: Anwendungsgebiete Strömungsarten, Strömungsvorgänge Strömungsverluste / Druckverluste verringern Was ist der konkrete Nutzen einer CFD Strömungssimulation? Technische Geräte und Fahrzeuge, die mit Gas, Luft oder Flüssigkeiten umströmt oder durchströmt werden, sind heutzutage allgegenwärtig: PKW, Transporter und LKW sowie Turbolader, Pumpen, Rohrleitungen, Staubsauger oder Wäschetrockner etc. Allen Geräten gemeinsam ist, dass ihr Energieverbrauch direkt von Strömungsverlusten abhängt. Ein Strömungsverlust bzw. ein Druckverlust entsteht durch Strömungsablösungen (Rezirkulationen) bis hin zu einem vollständigen Strömungsabriss. 2 Auslegung. Strömungsablösungen werden u. a. verursacht durch scharfe Umlenkungen unstete Querschnittserweiterungen Bauteilelemente, die in der Strömungsführung liegen Dabei kommt zu einem "Aufplatzen" des Strahls.
$S=\frac{Q}{p_{Prozess}}$ Die Turbopumpe wird nach dem erforderlichen Gasdurchsatz ausgewählt. Im Katalog sind die maximal zulässigen Gasdurchsätze für verschiedene Gase der jeweiligen Pumpe angegeben. Abbildung 2. Berechnungsprogramme - Fröling. 7: Gasdurchsatz unterschiedlicher Turbopumpen bei hohen Prozessdrücken In Abbildung 2. 7 sind die Gasdurchsatzkurven für unterschiedliche Turbopumpen auf Flansch NW 250 angegeben. Die Vorpumpe für die ATH 2303 M ist hierbei von ein typischer prozesstauglicher Wälzkolbenpumpstand, wie er in der Halbleiterindustrie eingesetzt wird. Die Saugleistung muss für beide Pumpen gleich sein, da der gleiche Gasstrom nacheinander beide Pumpen passiert: $S_{Vorvakuum}=\frac{Q}{p_{Vorvakuum}}$ Die Auswahl der Vorvakuumpumpe hat Einfluss auf die Temperaturbilanz der Turbopumpe. Wird das Saugvermögen der Vorpumpe gerade so ausgelegt, dass mit dem Gasdurchsatz der Turbopumpe deren maximale Vorvakuumverträglichkeit erreicht wird, so wird der Rotor der Turbopumpe thermisch belastet. Das Saugvermögen der Vorpumpe sollte größer gewählt werden, um Gasreibung und damit thermische Belastung der Turbopumpe zu reduzieren.
Daraus ergibt sich ein Druckanteil aus der Leckrate von $p_{Leck}$ = 1, 46 · 10 -11 hPa. Dieser Wert ist nicht störend und kann vernachlässigt werden. Permeationsraten durch Metallwände beeinflussen den in diesem Beispiel geforderten Enddruck nicht, jedoch kann die Diffusion durch Elastomerdichtungen auch im gewählten Beispiel begrenzend auf den Basisdruck wirken. Zusammenfassung Drücke bis zu 10 -7 hPa lassen sich in sauberen Behältern in etwa einem Tag ohne zusätzliche Maßnahmen erreichen. Sollen Drücke bis 10 -4 hPa erreicht werden, so addieren sich die Auspumpzeiten von Vorpumpe und Turbopumpe. Turbolader auslegung und berechnung berlin. Im oben aufgeführten Fall sind dies etwa 200 s. Bei Drücken unterhalb von 10 -6 hPa ist ein hohes Saugvermögen der Turbomolekularpumpe erforderlich, um besonders das von den Metallwänden desorbierende Wasser abzupumpen. Bei Drücken unter 10 -8 hPa sollte man nur Metalldichtungen verwenden, um die hohen Desorptionsraten von Elastomerdichtungen zu umgehen. Leck- und Permeationsraten können bei Drücken bis 10 -10 hPa in Metallbehältern ohne größeren Aufwand genügend klein gehalten werden.
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