МЕХАНИЧЕСКИЙ ФОРВАКУУМНЫЙ НАСОС Российский патент 1997 года по МПК F04C23/02 F04C25/02 

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к конструкциям механических безмасляных форвакуумных насосов. Предлагаемый двухступенчатый форвакуумный насос найдет широкое применение в промышленности для производства изделий, например, в электронной и микроэлектронной промышленности, в научном приборостроении (физические установки) и др.

Известны роторные безмасляные форвакуумные насосы, содержащие корпус, установленный в нем ротор с роликами и охватывающую его гибкую оболочку, образующую с корпусом рабочую камеру переменного объема (SU, N 387137, F 04 B 43/08, 1971).

Недостатками известного технического решения являются: небольшой срок службы, вследствие больших напряжений, возникающих в гибкой оболочке при работе насоса и ее ограниченная деформационная способность, которые приводят к быстрому разрушению оболочки, а также обуславливают небольшой объем рабочей камеры, что ведет к невысокой производительности насоса.

Ближайшим техническим решением является конструкция механического форвакуумного насоса, выбранная в качестве прототипа, содержащая корпус с выпускными клапанами и канал, соединяющий ступени, торцевые крышки корпуса, приводной электродвигатель, вал, установленный в подшипниках качения с ротором электродвигателя на одном конце, герметичный кожух, расположенный между статором и ротором электродвигателя, сплошные канавки (SU, N 1616251, F 04 C 23/02, 1988).

Недостатками известного технического решения являются наличие поступательно перемещающихся элементов насоса, например, разделительной пластины, что вызывает необходимость в изготовлении ее из прессованных самосмазывающихся материалов, контакт разделительной пластины с ротором по линии, что требует для надежного изолирования полости всасывания от полости нагнетания (сжатия) тщательной подгонки трущихся в процессе деталей.

Технической задачей изобретения является повышение КПД, надежности, ресурса и эффективности насоса при обеспечении безмасляной откачки.

Технический результат достигается тем, что в механическом форвакуумном насосе, содержащим корпус с выпускными клапанами и канал, соединяющий ступени, торцевые крышки корпуса, приводной электродвигатель, с ротором установленным на валу, герметичный кожух, расположенный между статором и ротором электродвигателя, сплошные канавки, в корпусе выполнены две симметрично расположенные относительно вала цилиндрической формы расточки с размещенными в них двумя вытеснителями, конфигурация цилиндрических поверхностей которых подобна конфигурации цилиндрических поверхностей расточек в корпусе, вытеснители установлены шарнирно на осях, на валу электродвигателя размещен кривошип, к которому шарнирно присоединены одним концом два рычага, другими концами рычаги шарнирно присоединены к вытеснителям, на цилиндрических и торцевых поверхностях вытеснителей и вокруг отверстий впускных патрубков выполнены сплошные канавки, кроме того, в насосе шарнирные соединения выполнены на подшипниках качения с сухой смазкой.

На фиг. 1 показан вертикальный разрез А-А насоса, на фиг. 2 показан разрез В-В на фиг. 1, на фиг. 3 показан разрез Е-Е на фиг. 1, на фиг. 4 показан выносной элемент 1 на фиг. 1, на фиг.5 показан разрез Д-Д на фиг. 1, на фиг. 6 показан выносной элемент 11 на фиг. 1, на фиг. 7 показан разрез С-С на фиг. 1.

Вакуумный насос содержит корпус 1, в котором выполнены две одинаковые, симметрично расположенные относительно вала 2 цилиндрической формы расточки 3 и 4, каждая из которых образована сопряженными между собой радиусами R₁, R₂, R₃. Расточка 3 принадлежит к первой, а расточка 4 ко второй ступеням насоса. К расточке 3 примыкает расположенный в корпусе 1 выпускной клапан первой ступени 5, а к расточке 4 примыкает также расположенный в корпусе 1 выпускной клапан второй ступени 6. К корпусу 1 герметично посредством прокладок 28 присоединены две торцевые крышки 7 и 8. В крышке 7 размещен вал 2, установленный на подшипниках качения 9. На одном конце вала 2 смонтирован ротор 10 электродвигателя, герметично изолированный от статора 11 электродвигателя посредством герметичного кожуха 12, установленного на крышке 7. На крышке 7 смонтирован впускной патрубок 13 первой ступени и впускной патрубок 14 второй ступени, который соединен посредством канала 15 с выпускным клапаном 5 первой ступени. Внутри цилиндрических расточек 3 и 4 размещены вытеснитель первой ступени 16 и вытеснитель 17 второй ступени, конфигурация цилиндрических поверхностей которых подобна конфигурации цилиндрических поверхностей расточек 3 и 4 корпуса 1, а размеры R₁, R₂ и R₃ для них уменьшены на величину зазора δ Между торцевыми плоскостями вытеснителей 16 и 17 и внутренними плоскостями торцевых крышек 7 и 8 также выдержан зазор d Вытеснители 16 и 17 подвешены шарнирно на осях 18, снабженных подшипниками качения 19. На валу 2 размещен кривошип 20, к которому шарнирно на подшипниках качения 21 присоединены два рычага 22. Другими своими концами рычаги 22 шарнирно на подшипниках качения 23, установленных на осях 24, присоединены к вытеснителям 16 и 17. На цилиндрических и торцевых поверхностях вытеснителей 16 и 17 выполнены сплошные канавки 25. Заглушки 26 фиксируют оси 18 относительно торцевых крышек 7 и 8, они уплотнены относительно крышек посредством прокладок 27. Внутренность подшипников качения 9, 21, 23, 19 наполнена сухой смазкой, например дисульфидом молибдена.

Вакуумный насос работает следующим образом.

При включении статора 11 электродвигателя в сеть электропитания приходит во вращение ротор 10 вместе с валом 2. При вращении вала 2 вращается кривошип 20, который сообщает движение рычагам 22. От рычагов 22 движение кривошипа 20 передается вытеснителю 16 первой ступени, который совершает качательные движения соответственно в расточках 3 и 4 корпуса 1. В одном из крайних положений вытеснителей 16 и 17 их цилиндрические поверхности R₁ отходят от соответственных цилиндрических поверхностей R₁ расточек в корпусе, на чертеже это показано для вытеснителя 17 второй ступени, при этом между цилиндрической поверхностью вытеснителя 17, цилиндрической поверхностью расточки 4 в корпусе 1, внутренними плоскостями торцевых крышек 7 и 8 образуется полость, заполняемая откачиваемым газом, который входит в эту полость через отверстие впускного патрубка 14 (для первой ступени газ поступает в полость через отверстие впускного парубка 13). В другом крайнем положении вытеснителей 16 и 17 их цилиндрическая поверхность приближается с зазором к цилиндрическим поверхностям расточек в корпусе, на чертеже это показано для вытеснителя 16 первой ступени, при этом отверстие впускного патрубка 13 перекрыто торцевыми плоскостями вытеснителя 16, газ, содержащийся в полости, отжимается в направлении к выпускному клапану 5, сжимается и через открывшийся при этом выпускной клапан 5 выбрасывается в канал 15, через который он поступает во впускной патрубок 14 второй ступени, а из него попадает в образовавшуюся в это время полость во второй ступени. Далее во второй ступени начинается сжатие газа, аналогично его сжатию в первой ступени и с окончанием сжатия открывается выпускной клапан второй ступени 5 и порция газа выбрасывается в атмосферу, после чего выпускной клапан 6 закрывается. В это время в первой ступени осуществляется заполнение полости газом, который поступает из откачиваемого насосом объема через впускной патрубок 13. Сухая смазка подшипников качения исключает применение для этих целей масла, а сами подшипники качения являются единственными элементами в насосе ( в насосе поступательно движущиеся элементы, по сравнению с насосом-прототипом, отсутствуют), которые обеспечивают в течение длительного срока работы высокую точность в расположении подвижных элементов насоса относительно неподвижных. Конфигурация цилиндрических поверхностей, как в расточках 3 и 4 корпуса 1, так и на вытеснителях 16 и 17 обеспечивает в процессе откачки перемещение вытеснителей в корпусе и постоянство зазора d в зоне расположения сплошных канавок. Зазор d между торцевыми плоскостями вытеснителей и плоскостями торцевых крышек 7 и 8 обеспечивается за счет требуемой точности изготовления корпуса 1 и вытеснителей 16 и 17 (размер Т). Совокупность сплошных канавок 25, например, треугольного профиля на поверхностях вытеснителей 16 и 17 в совокупности со смежными поверхностями корпуса 1 и торцевых заглушек 7 и 8, отстоящих от поверхностей на расстоянии зазора d образует так называемую акустическую линию задержки, которая обеспечивает отсутствие прорыва сжимаемых газов, так в первой, так и во второй ступенях насоса, тем самым обуславливая высокую степень сжатия при полном отсутствии масла, которое обычно используется как уплотнитель зазоров в обычных механических форвакуумных насосах.

Использование: в вакуумной технике и позволяет повысить КПД, надежность, ресурс и эффективность насоса при обеспечении безмасляной откачки. Сущность изобретения: в корпусе выполнены две цилиндрические расточки с размещенными в них двумя вытеснителями, установленными шарнирно на осях. На валу электродвигателя размещен кривошип, к которому шарнирно присоединены одним концом два рычага, а другими концами рычаги шарнирно присоединены к вытеснителям. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Механический форвакуумный насос, содержащий корпус с выпускными клапанами и канал, соединяющий ступени, торцевые крышки корпуса, приводной электродвигатель, ротор которого установлен на валу, герметичный кожух, расположенный между статором и ротором электродвигателя и сплошные канавки, отличающийся тем, что в корпусе выполнены две симметрично расположенные относительно оси вала цилиндрические расточки с размещенными в них двумя вытеснителями, конфигурация цилиндрических поверхностей которых подобна конфигурации цилиндрических расточек в корпусе, вытеснители установлены шарнирно на осях, на валу электродвигателя размещен кривошип, на котором шарнирно закреплены одним концом два рычага, а другими концами рычаги шарнирно соединены с вытеснителями, при этом на цилиндрических и торцевых поверхностях вытеснителей и вокруг отверстий впускных патрубков выполнены сплошные канавки. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что шарнирные соединения выполнены на подшипниках качения с сухой смазкой.