УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 1997 года по МПК F16J15/54 F24F3/16 

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в кольцевых с промежуточной откачкой уплотнениях вращающихся выходных валов оборудования, устанавливаемого в чистых и биологически чистых помещениях, для предотвращения проникновения через кольцевую щель аэрозольных частиц (далее по тексту АЧ) в обеспыленный или стерильный газовый объем (далее по тексту чистую область) из загрязненной области, также называемой загрязненными газовым объемом. Подобные уплотнения могут быть установлены в сопряжениях вал корпус устройств, использующихся в оборудовании электронной, оптико-волоконной, медицинской, микробиологической, пищевой, точной механической и других областях промышленности, где требуется сверхнизкая степень аэрозольной загрязненности производственной атмосферы.

Известно уплотнительное устройство для предотвращения проникновения АЧ в атмосферу, где недопустимо наличие АЧ (чистая область) из атмосферы, содержащей их (загрязненная область), через кольцевую щель, образованную сопряжением вал корпус, содержащее корпус с отверстием для установки в нем вала с образованием кольцевой щели. Устройство предполагает организацию потока воздуха, направленного из чистой области через кольцевую щель, практически осуществляемую путем герметизации загрязненной области, в большинстве случаев являющуюся внутренним объемом технологической установки, и ее откачкой [1]
Недостатком данного устройства является его низкая эффективность в плане предотвращения проникновения внутрь загрязненной области (внутрь установки) агрессивных паров из чистой области, образовавшихся в результате проведения технологического процесса, и способных повредить находящиеся внутри установки конструктивные элементы.

Известно уплотнительное устройство, содержащее корпус с отверстием для установки в нем вала с образованием кольцевой щели и круговую канавку, расположенную соосно с отверстием корпуса и выполненную на его внутренней поверхности. Устройство предполагает откачку круговой канавки через имеющееся в ней откачное отверстие [2]
Недостатком данного устройства является его невысокая эффективность по причине отсутствия технических решений, позволяющих уравнять скорости воздушного потока по длине кольцевой щели, что обусловливает неодинаковую эффективность улавливания АЧ на разных расстояниях от откачного отверстия в виду имеющейся зависимости инерционного пробега АЧ от начальной скорости, а также отсутствие расчета ширины кольцевой щели со стороны загрязненной области и ширины круговой канавки, что в ситуации, когда размеры вышеупомянутых участков уплотнения окажутся меньше величины инерционного пробега АЧ, приведет к возникновению вероятности проникновения АЧ через уплотнение прохождению АЧ половины ширины уплотнительного устройства.

Задачей изобретения является повышение эффективности улавливания АЧ.

Поставленная задача достигается в устройстве, состоящем из корпуса с отверстием для установки в нем вала с образованием кольцевой щели и круговой канавки, выполненной на внутренней поверхности отверстия корпуса и имеющей откачное отверстие, тем, что ширина кольцевой щели и половина ширины круговой канавки со стороны загрязненной области равны или превышают величину инерционного пробега АЧ, способных преодолеть кольцевую щель, а круговая канавка расположена эксцентрично отверстию корпуса.

Предлагаемое устройство схематически изображено на фиг. 1. На фиг. 2 показано устройство с потоками воздуха. На фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2.

Устройство содержит корпус 1, вал 2, откачное отверстие 3, кольцевую щель 4, круговую канавку 5, привод машины 6, герметичный защитный кожух 7, исполнительный механизм 8, аэрозольные частицы 9, эксцентриситет Е.

Принцип работы и назначение уплотнения следующий.

Как правило, привод 6 машины, работающей в "чистой" области, помещают в герметичный защитный кожух 7. Непосредственно в "чистой" области оставляют лишь исполнительный механизм 8, соединенный с приводом 6 с помощью какой-либо кинематической связи. В нашем случае это способный вращаться вокруг продольной оси вал 2.

В результате работы частей привода 6 вследствие трения деталей, испарения "деструкции материалов и др. причин в окружающее его пространство генерируется множество аэрозольных частиц 9, отличающихся друг от друга размером, химическим составом, формой и прочими свойствами. Генерированные аэрозольные частицы 9 загрязняют пространство вокруг привода 6, делая эту загрязненную область технологически опасной для продуктов производства, находящихся в "чистой" области (например, микросхем, лекарств, микробиологических форм и пр. ), поскольку, попав на/в них, могут привести их в негодность. С целью исключения попадания аэрозольных частиц 9 из загрязненной области в "чистую", в частности, и используется защитный кожух 7.

Единственным местом, чеpез которое аэрозольные частицы 9 могут проникнуть в "чистую" область является кольцевая щель 4 между валом 2 и отверстием в кожухе 7, в которое устанавливается заявляемое уплотнительное устройство для улавливания аэрозольных частиц 1.

Вследствие вращения вала 2, неодинаковости радиального зазора между валом 2 и отверстием корпуса 1, некачественной обработки поверхности вала или отверстием корпуса 1, но, главное, из-за неравенства ширины кольцевой щели "а" и половины ширины круговой канавки "В" инерционным пробегам аэрозольных частиц L₁ и L₂, влетающих в указанные места уплотнения, возникает вероятность прохождения аэрозольными частицами 9 уплотнения 1 насквозь.

Другими словами, в ситуации, когда аэрозольная частица 9 будет по размеру меньше радиального зазора уплотнения и при этом иметь достаточно большую начальную скорость и эта начальная скорость будет больше скорости газового потока в кольцевой щели 4, данная аэрозольная частица может иметь инерционный пробег, выражающийся как произведение времени релаксации этой аэрозольной частицы на начальную скорость, больший, чем ширина кольцевой щели 4 или половина ширины круговой канавки 5, или половина ширины круговой канавки 5, т.е. путь, необходимый для гашения начальной скорости аэрозольной частицы и выравнивания ее до скорости газового потока в кольцевой щели 4 или круговой канавке 5, будет больше, чем ширина последних, что и является причиной проникновения аэрозольных частиц 9 в "чистую" область.

Во второй половине уплотнения, со стороны "чистой" области, существует встречный газовый поток, который, с одной стороны, повышает эффективность улавливания аэрозольных частиц, а с другой, обладая неравномерностью течения по вышеназванным причинам, также не гарантирует улавливание аэрозольных частиц 9.

Суммируя все вышеописанное, можно сделать вывод, что для гарантированного улавливания аэрозольных частиц уплотнением рассматриваемого типа (бесконтактное с промежуточной откачкой) необходимо в нем обеспечить равенство или превышение ширины кольцевой щели (а) и половины ширины круговой канавки (в) величине инерционного пробега аэрозольных частиц (L₁ и L₂).

Работает устройство для улавливания аэрозольных частиц (уплотнение) следующим образом.

Через откачное отверстие 3 осуществляют постоянную откачку среды из круговой канавки 5, вследствие чего в ней создается разряжение, вызывающее возникновение потоков среды из загрязненной и "чистой" областей.

Вместе с газовой средой в кольцевую щель 4 уносятся аэрозольные частицы 9, имеющие при этом весьма различные начальные скорости. Если уплотнение просчитано заранее и его геометрически размеры согласованы с кинематическими характеристиками привода 6, то ширина кольцевой щели 4 достаточная для захвата аэрозольных частиц 9, влетающих в кольцевую щель 4, и выноса их в откачное отверстие. Тем самым, предотвращается проникновение аэрозольных частиц 9 из загрязненной области в "чистую". В случае, если расчеты показывают, что аэрозольные частицы 9 на выходе из кольцевой щели 4 будут иметь скорость больше скорости газового потока, то половина ширины круговой канавки 5 также выбирается из условия равенства или превышения инерционных пробегов аэрозольных частиц 9, влетающих уже в круговую канавку 5.

Т. о. предложенная конструкция уплотнения позволяет решить задачу предотвращения аэрозольных частиц из загрязненной области в "чистую".

Сущность изобретения: устройство состоит из корпуса с отверстием для установки в нем вала, с образованием кольцевой щели и круговой канавки, выполненной на внутренней поверхности корпуса и имеющей откачное отверстие, ширина кольцевой щели и половина ширины круговой канавки со стороны загрязненной области равны или превышают величину инерционного пробега аэрозольных частиц, способных преодолеть кольцевую щель, а круговая канавка расположена эксцентрично отверстию корпуса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для улавливания аэрозольных частиц, содержащее корпус с отверстием и установленный в последнем с образованием кольцевой щели вал, выполненную в отверстии корпуса со стороны вала круговую канавку с откачным отверстием, отличающееся тем, что круговая канавка расположены эксцентрично отверстию корпуса, а ширина кольцевой щели и половина ширины круговой канавки со стороны области, содержащей аэрозольные частицы, равны величинам инерционных пробегов аэрозольных частиц, размер которых равен величине радиального зазора между корпусом и валом согласно формулам
a = t•v₁,
b = t•v₂,
где а ширина кольцевой щели устройства со стороны области, содержащей аэрозольные частицы;
b половина ширины круговой канавки;
t время релаксации аэрозольной частицы;
v₁v₂ соответственно начальные скорости аэрозольной частицы при входе в кольцевую щель и круговую канавку. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что величина эксцентриситета расположения оси вала и отверстия корпуса пропорциональна отношению минимального и максимального статического давления в круговой канавке.