ВАКУУМНЫЙ ПАРОСТРУЙНЫЙ НАСОС Российский патент 1995 года по МПК F04F9/00 

Изобретение относится к вакуумной технике.

Известен вакуумный пароструйный насос (авт.св. СССР N 1040232, кл. F 04 F 9/00, 1983). Он состоит из корпуса с патрубками, насадки, паропровода с соплами, системы охлаждения и кипятильника с нагревателем.

В этом насосе большая часть потребляемой электроэнергии тратится на нагрев корпуса насоса, что и является его существенным недостатком. Кроме того, во время работы насоса расходуется большое количество охлаждающей жидкости не менее 1 л/мин. Поэтому эта конструкция не является ресурсосберегающей.

Известен пароструйный вакуумный насос (авт.св. СССР N 566242, кл. F 04 F 9/00, 1977), который содержит охлаждаемый корпус с кипятильником в нижней части и паропровод по оси. Паропровод в нижней части выполнен со щелевыми соплами и установлен на подшипниках качения с возможностью вращения. Кипятильник отделен от внутренней полости корпуса сдвоенной крышкой.

Одним из существенных недостатков этой конструкции является невысокая производительность и, как следствие, большие потери рабочей мощности.

Известен пароструйный вакуумный насос (авт.св. СССР N 1668743, кл. F 04 F 9/00, 1991), принятый в качестве прототипа. Насос выполнен двухступенчатым и содержит корпус с нижним основанием, паропровод, состоящий из ступеней насоса с соплами, зонтик первой ступени, котел с электронагревателем и систему охлаждения.

Недостатком прототипа является повышенный расход электроэнергии и охлаждающей жидкости, что приводит к снижению КПД и к повышению материальных затрат во время эксплуатации насоса.

Задачей изобретения является уменьшение энергетических потерь и снижение потребляемой электроэнергии. Решение этой задачи обеспечивается за счет того, что на выходе из второй ступени насоса установлен полый усеченный конус, в малом основании которого установлена диафрагма с отверстием, площадь которого определяется из выражения
S_g K S_к, где S_g площадь отверстия в диафрагме;
K коэффициент пропорциональности, равный 0,6-1,2;
S_k площадь кольцевого зазора в первой ступени насоса.

При этом корпус котла насоса герметично соединен с нижним основанием насоса с помощью цилиндрических втулок, через отверстия которых в него введены кабель электронагревателя и пустотелая трубка, связанная с системой охлаждения, ограниченной по высоте насоса зонтиком первой ступени струй, в корпус которой вставлен дополнительный паропровод с отверстием для выхода парового потока рабочей жидкости, размещенной в котле насоса.

На чертеже показан пример выполнения высоковакуумного пароструйного насоса.

Насос состоит из корпуса 1, входного патрубка 2, патрубка 3 форвакуумной откачки, электронагревателя 4, котла 5, паропровода 6 третьей ступени с соплом 7, который устанавливается в котле насоса и соединяется с паропроводом 8 второй ступени струй с соплом 9, диффузора 10, внутри которого на выходе из второй ступени установлен усеченный конус 11 с диафрагмой 12 и отверстием 13, а на нем внутри диффузора смонтирован дополнительный паропровод 14 с отверстием 15, соединенный с зонтиком 16, образующих с диффузором кольцевой зазор 17 с соплом 18 первой ступени струй, системы 19 водяного охлаждения, разъемной части 20 корпуса насоса, нижнего основания 21, через которое выведены четыре цилиндрические втулки 22, герметично связанные с корпусом котла, а через отверстия втулок в котел введены кабель 23 электронагревателя и пустотелая трубка 24 для ввода охлаждающей жидкости в котел насоса после выключения электронагревателя, зажимного болта 25, герметизирующего с помощью специальных элементов (не показаны) электрический кабель и пустотелую трубку, подставки 26, патрубка 27, крепежных элементов 28, вентиля 29, форвакуумного насоса 30, крепежных элементов 31, трубки 32 для подачи воды, трубки 33 для вывода воды, рабочей жидкости 34, рабочего зазора 35 между котлом и разъемной частью корпуса насоса.

Высоковакуумный пароструйный насос подключается и работает следующим образом.

Входной патрубок 2 через затвор (не показан) присоединяется к откачиваемому герметичному объему, а патрубок 3 с помощью патрубка 27 и вентиля 29 к форвакуумному насосу 30. Затем включается форвакуумный насос и производится одновременная предварительная откачка внутреннего объема насоса, а также откачиваемого объема. После этого включается электронагреватель 4 и через трубку 32 в систему 19 водяного охлаждения вводится вода, которая отводится из насоса через трубку 33.

Разогретая рабочая жидкость 34 (например, вакуумное масло марки ВМ-1) превращается в пар, который в начальный момент движется по паропроводу 6 третьей ступени и через сопло 7 проходит во внутренний объем насоса. Оставшаяся часть пара устремляется в паропровод 8 второй ступени и через сопло 9 выводится также во внутренний объем насоса. Далее паровой поток через отверстие 13 в диафрагме 12 попадает в дополнительный паропровод 14 и через отверстие 15 и кольцевой зазор 17 попадает в сопло 19 первой ступени струй насоса. Затем часть парового потока конденсируется на внутренних стенках насоса и стекает в котел 5, а откачиваемый газ перемещается струей пара и удаляется из насоса через патрубок 3.

За счет того, что в паропровод (в диффузор 10) первой ступени насоса вставлен усеченный конус с диафрагмой, продолжением которого является дополнительный паропровод 14, а также за счет того, что между стенками двух паропроводов образуется зазор, откачиваемый во время предварительной откачки насоса форвакуумным насосом, энергетические потери связанные с нагревом первой ступени, уменьшаются и, кроме того, уменьшаются потери, связанные с охлаждением корпуса насоса, так как система охлаждения выполнена по высоте насоса ниже верхней поверхности зонтика 16, что позволяет сконденсированной на стенках насоса рабочей жидкости при стекании в котел встречаться с горячей жидкостью, смешиваться с ней, и поэтому для последующего превращения в парообразное состояние требуется значительно меньше потребляемой электроэнергии. Этому способствует и зазор 35, созданный с помощью цилиндрических втулок 22, образованный между котлом 5 и разъемной частью 20 корпуса насоса, откачиваемый форвакуумным насосом 30.

Для создания экономического режима движения рабочей жидкости по замкнутому циклу в зависимости от габаритов насоса определены геометрические зависимости между площадью входного отверстия в диафрагме и площадью кольцевого зазора первой ступени струй. В табл.1 приведены эти параметры в зависимости от диаметра входного патрубка насоса.

Для всех насосов, диаметр впускного патрубка которых практически превышает 1 м, поправочный коэффициент К можно брать равным 1,2, так как на таких больших диаметрах практической разницы в экономии электроэнергии между насосами не наблюдается.

В табл.2 приведены сравнительные испытания одного типоразмера насоса Dy 100.

Сравнительные испытания пароструйных насосов показали, что введение в котел насоса пустотелой трубки 24 позволяет значительно уменьшить время выхода насоса с рабочего состояния, так как после выключения электронагревателя через пустотелую трубку 24 в котле из системы охлаждения вводится вода, которая быстро охлаждает вакуумное масло. Через несколько минут насос может быть вскрыт и снова готовиться к работе. Значительно экономится рабочее время.

Таким образом, положительный эффект от предлагаемой конструкции очевиден. Снижается потребление воды в 5-6 раз, снижается время выхода с рабочего режима в 2-3 раза, снижается потребление электроэнергии. Насос прост в работе и в эксплуатации, конкурентноспособен с лучшими образцами зарубежных фирм, так как по сравнению с ними потребляет электроэнергии в 2 раза меньше, а воды в 5-6 раз.

Сущность изобретения: на входе второй ступени насоса установлен полый усеченный конус, в малом основании которого размещена диафрагма с отверстием, площадь которого определяют заданным выражением. Корпус котла герметично соединен с нижним основанием насоса цилиндрическими втулками, через отверстия которых в него введены кабель электронагревателя и пустотелая трубка, связанная с системой охлаждения, ограниченной по высоте насоса зонтиком первой ступени. В корпус этой ступени вставлен дополнительный паропровод с отверстиями для выхода парового потока рабочей жидкости, размещенной в котле насоса. 1 ил., 2 табл.

ВАКУУМНЫЙ ПАРОСТРУЙНЫЙ НАСОС, содержащий корпус с нижним основанием, паропровод, состоящий из ступеней насоса с соплами, зонтик первой ступени, котел с электронагревателем и систему охлаждения, отличающийся тем, что на выходе второй ступени насоса установлен полый усеченный конус, в малом основании которого размещена диафрагма с отверстием, площадь S_д которого определяется из выражения S_д K · S_к,
где K 0,6 1,2 поправочный коэффициент;
S_к площадь кольцевого зазора в первой ступени струй,
при этом корпус котла герметично соединен с нижним основанием насоса с помощью цилиндрических втулок, через отверстия которых в него введены кабель с электронагревателем и пустотелая трубка, связанная с системой охлаждения, ограниченной по высоте насоса зонтиком первой ступени, в корпус которой вставлен дополнительный паропровод с отверстиями для выхода парового потока рабочей жидкости, размещенной в котле насоса.