Патент на изобретение №2237824
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ВАКУУМНЫЙ ГАЗОРОТАЦИОННЫЙ НАСОС
(57) Реферат:
Изобретение относится к области вакуумной техники, в частности к механическим вакуумным насосам, и содержит цилиндрический корпус, разделенный поперечными статорными колесами, и ротор с набором роторных колес, выполненных в виде радиальных крыльчаток, закрытых с двух сторон дисками, причем один из дисков имеет центральное отверстие, совпадающее по диаметру с отверстием в статорном колесе, выполненном в виде диска с односторонним профилированным оребрением. Причем лопасти крыльчатки роторного колеса и оребрение статорного колеса выполнены со спиральным изгибом в противоположную от направления вращения сторону. Это позволяет улучшить откачные характеристики насоса за счет повышения коэффициента компрессии каждой ступени. 3 ил.
Изобретение относится к области вакуумной техники, в частности – к механическим вакуумным насосам. Известны механические турбомолекулярные вакуумные насосы, включающие в себя цилиндрический корпус, разделенный статорными колесами, и ротор с набором роторных колес, у которых роторные и статорные колеса выполнены в виде дисков с косыми радиальными пазами [1]. Недостатками таких насосов являются сравнительно невысокий коэффициент компрессии одной ступени, значительные габариты и масса насоса, низкое выходное давление. За прототип взят механический вакуумный насос типа ТМН-500, включающий в себя цилиндрический корпус, разделенный статорными колесами, и ротор с набором роторных колес, у которого роторные и статорные колеса выполнены в виде дисков с косыми радиальными лопатками [1]. По принципу действия этот насос представляет собой многоступенчатый роторный компрессор с осевой компрессией. Его недостатки, так же как и у всех турбомолекулярных насосов, следующие: – сравнительно невысокий коэффициент компрессии одной ступени ( – низкое выходное давление, порядка 10-1-1 Па, вследствие чего при использовании таких насосов необходима комплектация их с форвакуумными насосами, имеющими масляное уплотнение, что создает проблемы в особо чистых вакуумных технологиях. Целью предлагаемого изобретения является улучшение откачных характеристик насоса за счет повышения коэффициента компрессии каждой ступени и в результате повышение выходного давления насоса. Поставленная задача решается за счет того, что в насосе, содержащем цилиндрический корпус со статорными колесами и ротор с набором роторных колес, роторные колеса выполнены в виде радиальных крыльчаток, закрытых с двух сторон дисками, причем один из дисков выполнен с центральным отверстием, диаметр которого равен 0,2-0,3 диаметра роторного колеса, а статорные колеса выполнены в виде дисков с односторонним радиальным оребрением и центральным отверстием примерно такого же диаметра, как и диаметр отверстия диска ротора, причем расположены так, что расстояние между неоребренной поверхностью статорного колеса и диском ротора, имеющим отверстие, не превышает 1,0-2,5 мм. Оребрение и лопасти крыльчаток выполнены изогнутыми по спирали в направлении, противоположном направлению вращения. Отличительными признаками предлагаемого насоса является выполнение роторных колес в виде радиальных крыльчаток, закрытых с двух сторон дисками, один из которых выполнен с центральным отверстием, диаметр которого равен 0,2-0,3 диаметра роторного колеса, а статорных колес в виде дисков с односторонним профилированным радиальным оребрением и центральным отверстием, совпадающим по диаметру с отверстием диска ротора. Причем оребрение и лопасти крыльчаток выполнены изогнутыми по спирали в направлении, противоположном направлению вращения. Система радиальных ребер и центральных отверстий на статорных колесах и роторных дисках создает каналы для перетока газа. Фактически для откачки газа используется центробежный эффект. Газ, попавший в указанные каналы за счет центробежной силы отбрасывается к наружным стенкам насоса, сжимается и откачивается следующей ступенью. Благодаря наличию этих признаков уменьшается обратное перетекание газа, что позволяет увеличить коэффициент компрессии каждой ступени и, как следствие, обеспечить работу насоса при выходном давлении >105 Па без форвакуумного насоса. Кроме того, повышение коэффициента компрессии каждой ступени позволяет сократить количество ступеней, что приводит к снижению габаритов и массы насоса, т.е. снижению его металлоемкости и себестоимости. Для предотвращения осевой нагрузки на подшипники ротора входной патрубок расположен посередине корпуса, а выходные патрубки – по краям. Такое решение позволяет разместить подшипники вне корпуса без сальников, т.е. позволяет проводить полностью безмасляную откачку. На фиг.1 приведен продольный разрез предлагаемого насоса; на фиг.2 и фиг.3 – два поперечных сечения А-А и Б-Б на фиг.1. Вакуумный газоротационный насос содержит цилиндрический корпус 1, статорные колеса 2 с односторонним радиальным оребрением 3, расположенный соосно внутри корпуса ротор 4 с набором крыльчаток 5, закрытых с одной стороны сплошным диском 6, а с другой стороны диском 7 с центральным отверстием 8 напротив центрального отверстия 9 в статорном колесе 2, входной патрубок 10, расположенный посередине корпуса 1, и два выходных патрубка 11, расположенных по краям корпуса 1, пневмоподшипники 12, расположенные вне корпуса. При вращении ротора в секторных каналах крыльчатки под действием центробежной силы возникает радиальный переток газа от оси к периферии. При этом давление в приосевой области понижается до некоторого значения Р0, а на периферии повышается до Pr. В поле центробежных сил зависимость давления газа от радиуса вращения имеет вид: где R – радиус крыльчатки, р0 – давление в приосевой области, Pr – давление на периферии крыльчатки, m – молекулярная масса газа,
Коэффициент компрессии в каждой крыльчатке Во время вращения за счет вязкости газа он будет работать как молекулярный насос типа “бегущая стенка”, и обратное перетекание газа будет существенно уменьшено. В зоне статорных колес ротация газа прекращается и возникает переток газа по направляющим ребрам от периферии к оси, где через центральные отверстия в диске статорного колеса и диске ротора газ поступает в следующую секцию. Это позволяет повысить коэффициент компрессии одной ступени до величин порядка 103. И при скорости вращения более 30000 об/мин и заданном выходном давлении, равном атмосферному, а входному давлению 10-7 Па необходимое количество ступеней будет равно 5 против 19 в прототипе, в котором выходное давление всего 1 Па. Таким образом, предлагаемая конструкция насоса позволяет: – увеличить выходное давление до величин больше, чем 105 Па без применения форвакуумного насоса; – снизить число ступеней, т.е. габариты и стоимость насоса, благодаря повышению коэффициента компрессии одной ступени до 103; – работать с запыленными и агрессивными газами, благодаря полному отсутствию трущихся поверхностей; – получить достаточно высокие скорости откачки при сравнительно небольших габаритах насоса; – обеспечить полностью безмасляную откачку и равномерную осевую нагрузку за счет наличия входного патрубка в центре корпуса и двух выходных патрубков по краям корпуса, благодаря чему возможно расположение пневмодшипников и привода вне корпуса. Литература 1. Вакуумная техника. Справочник. / Е.С. Фролов, В.Е. Минайчева, А.Т. Александрова и др.; под общ. ред. Е.С. Фролова и В.Е. Минайчева. М.:, Машиностроение, 1985. – 360 с. Формула изобретения
Вакуумный газоротационный насос, содержащий цилиндрический корпус, разделенный поперечными статорными колесами, и ротор с набором роторных колес, отличающийся тем, что роторные колеса выполнены в виде радиальных крыльчаток, закрытых с двух сторон дисками, а статорные колеса выполнены в виде дисков с центральным отверстием и односторонним оребрением, причем один из дисков роторного колеса имеет центральное отверстие, совпадающее по диаметру с отверстием диска статорного колеса и равным 0,2-0,3 диаметра крыльчатки, расстояние между неоребренной поверхностью статорного колеса и диском роторного колеса с центральным отверстием не превышает 1,0-2,5 мм, а оребрение статорных колес и лопасти крыльчаток роторного колеса выполнены со спиральным изгибом в противоположную от направления вращения сторону. РИСУНКИ
QA4A – Сведения о заявлении обладателя патента Российской Федерации на изобретение о предоставлении любому лицу права на использование изобретения (открытая лицензия)
(73) Патентообладатель:
(54) Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный университет»
Номер и год публикации бюллетеня: ВАКУУМНЫЙ ГАЗОРОТАЦИОННЫЙ НАСОС
Адрес для переписки:
Извещение опубликовано: 20.06.2008 БИ: 17/2008
|
||||||||||||||||||||||||||
1,5-4), что приводит к необходимости наличия большого числа ступеней, а следовательно, к увеличению габаритов и массы насоса;
– круговая частота вращения крыльчатки.