ВАКУУМНЫЙ ПАРОСТРУЙНЫЙ НАСОС Российский патент 1998 года по МПК F04F9/00 

Изобретение относится к вакуумной технике, в частности к вакуумным пароструйным насосам, и может быть использовано для откачки вакуумных емкостей.

Известен вакуумный пароструйный насос, содержащий охлаждаемый корпус с кипятильником в нижней его части и осевым паропроводом. Паропровод в нижней части выполнен со щелевыми соплами и установлен на подшипниках качения с возможностью вращения. Кипятильник отделен от полости корпуса насоса сдвоенной крышкой [1].

Существенным недостатком данной конструкции насоса является невысокое быстродействие и, как следствие, большие потери рабочей мощности, а также большой вылет паров рабочей жидкости в момент запуска и остановки насоса.

Известен вакуумный пароструйный насос, содержащий охлаждаемый корпус с кипятильником в нижней части и осевым паропроводом. В верхней части паропровода установлена профилированная насадка в виде усеченного конуса, обращенного в сторону присоединяемого объема. Выполненный на зонте подсопельник образует с нижней поверхностью профилированной насадки сопла [2].

Одним из существенных недостатков этой конструкции является большой выброс паров рабочей жидкости в откачиваемый объем при неустановившемся режиме работы насоса.

Известен вакуумный пароструйный насос, содержащий корпус с нижним основанием, паропроводы третьей и второй ступеней с соплом, а также дополнительный паропровод с отверстием, размещенным в диффузоре и соединенный верхней частью с зонтиком, а нижней - с усеченным конусом с диафрагмой, в которой выполнено отверстие. Насос также содержит электрический нагреватель и систему охлаждения [3 - наиболее близкий аналог].

Недостатком конструкции данного насоса является повышенный выброс паров рабочей жидкости в период запуска и остановки насоса, а также в период установившейся работы насоса. Это явление обусловлено быстрым ростом давления паров рабочей жидкости в момент запуска насоса, которое регулируется и стабилизируется в процессе работы насоса, исключая первые минуты его работы и процесс выхода насоса из рабочего режима.

Задачами, решаемыми настоящим изобретением, являются регулировка процесса движения паров рабочей жидкости по паропроводу насоса, начиная с момента его запуска и в момент остановки, а также четкое распределение массы паров рабочей жидкости между всеми ступенями струй насоса путем уменьшения количества выброса паров рабочей жидкости как в установившемся, так и в неустановившемся режимах работы насоса и практически полной ликвидацией выбросов углеводородных составляющих рабочей жидкости.

Поставленные задачи решаются созданием вакуумного пароструйного насоса, содержащего корпус, размещенный в нем котел с электрическим нагревом, последовательно установленные паропровод третьей ступени струй, паропровод второй ступени струй и дополнительный цилиндрический паропровод с отверстиями и сопла, причем на выходе паропровода второй ступени установлен полый усеченный конус, в малом основании которого размещена диафрагма с отверстием, а дополнительный паропровод соединен с зонтиком и образует кольцевой зазор с соплом первой ступени струй, который согласно изобретению снабжен по крайней мере двумя дополнительными отверстиями в дополнительном цилиндрическом паропроводе, которые выполнены симметрично относительно оси паропровода третьей ступени струй, причем суммарная площадь этих отверстий больше площади отверстия диафрагмы, в площадь последнего больше площади кольцевого зазора первой ступени струй.

Изобретение характеризуется также тем, что насос снабжен профилированной насадкой, установленной в корпусе над зонтиком с зазором относительно верхней поверхности последнего. Это позволяет уменьшить потери энергии парового потока из-за теплообмена со стенками насоса. С целью упрощения сборки с разборки предложенная конструкция снабжена закрепленным в корпусе насоса стрежнем с регулированным положением, а на стержне установлены три ступени паропроводов и насадка.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Вакуумный пароструйный насос состоит из разъемного корпуса 1 с входным патрубком 2 в верхней его части и установленного на нем патрубка 3 форвакуумной откачки. В нижней части корпуса 1 имеется электрический нагреватель 4, предназначенный для нагрева помещенной в котел 5 рабочей жидкости 6. Насос также содержит стержень 7, на котором установлены в корпусе основной паропровод 8 третьей ступени струй с соплом 9, паропровод 10 второй ступени струй с соплом 11 и с размещенным в нем усеченным конусом 12 с диафрагмой 13 и отверстием 14, диффузор 15, в котором расположен дополнительный цилиндрический паропровод 16 с симметрично расположенными относительно оси паропровода третьей ступени отверстиями 17. Над диффузором расположен зонтик 18, образующий с диффузором кольцевой зазор 19 и соплом 20 первой ступени струй и над ним установлена профилированная насадка 21, верхняя поверхность 22 которой выполнена в виде усеченного конуса. В нерабочем состоянии насоса патрубок 2 закрыт заглушкой 23. Насос также снабжен системой охлаждения, выполненный в виде емкостей 24. В качестве охлаждающего агента может быть использована вода. Профилированная насадка 21 установлена относительно верхней поверхности зонтика с зазором.

Вакуумный пароструйный насос подключается и работает следующим образом.

Предварительно снимают заглушку 23 и входной патрубок 2 через затвор (не показан) присоединяют к откачиваемому герметичному объему (не показан), а патрубок 3 - к форвакуумному насосу (не показан). Включают форвакуумный насос и производят одновременную предварительную откачку насоса и откачиваемого объема, после чего включают электрический нагреватель 4 и систему охлаждения 24.

Разогретая рабочая жидкость 6 (например вакуумное масло ВМ-1) превращается в пар, который в начальный момент движется по основному паропроводу 8 третьей ступени струй, и часть пара через сопло 9 попадает во внутренний объем насоса. Часть пара через паропровод 10 второй ступени струй через сопло 11 также выводится во внутренний объем насоса. Оставшаяся часть парового потока через отверстие 14 диафрагмы 13 попадает в дополнительный цилиндрический паропровод 16 и через симметрично расположенные на нем отверстия 17 и кольцевой зазор 19 попадает в сопло 20 и в полость корпуса 1 насоса. Часть парового потока конденсируется на внутренних холодных стенках насоса и стекает в котел 5, в откачиваемый газ перемешивается струей пара и удаляется из насоса через патрубок 3.

За счет того, что профилированная насадка 21 установлена над зонтиком 18 с зазором ΔS , уменьшаются потери энергии парового потока, связанные теплообменом со стенками насоса, поэтому в процессе работы насоса устанавливается минимальный температурный градиент между днищем котла насоса и зонтиком 18. Это способствует увеличению быстродействия насоса, а также стабилизации температурного режима парообразования рабочей жидкости насоса.

Ввиду того, что отверстия 17 в дополнительном цилиндрическом паропроводе 16 размещены симметрично относительно основного паропровода 8 и при этом площадь отверстия 14 в диафрагме 13 меньше суммы площадей упомянутых отверстий, то в момент запуска и остановки, а также в момент установившегося режима работы насоса обратный паровой поток уменьшается до минимума и не оказывает существенного влияния на чистоту технологических процессов, происходящих в откачиваемых объемах.

Результаты сравнительных испытаний предложенного насоса с лучшими аналогами (входной диаметр насосов Ду80) представлены в таблице.

Испытания показали, что в диапазоне давлений 1-^-4 - 10^-6 мм рт.ст. зафиксирована быстрота действия предложенного насоса 260 л/с, а обратный поток составил 10^-8 мг/cv² мин, что значительно меньше, нежели у аналогов.

Кроме того, при анализе масс-спектрометра в объеме измерительного колпака спектр газов содержит пики: 2,18,43-45.

Полученный результат указывает на то, что разработанный насос может быть использован вместо турбомолекулярного насоса, где для осуществления технологического процесса требуется "чистый" вакуум.

Данный насос был также испытан для откачки сварочных пушек, установленных внутри вакуумной камеры. Испытания проводились на установке со сварочной пушкой ЭЛА 60/60 при токах для одного ампера. Не было зарегистрировано ни одного электрического пробоя. Во внутреннем объеме сварочной пушки стабильно держалось давление 1•10^-5 мм рт.ст. Качество сварного соединения высокое и отвечает всем установленным требованиям.

При остановке сварочного процесса вакуумное масло быстро охлаждалось в котле 5 с помощью специальной системы охлаждения. Насос был повторно готов к работе еще до вскрытия вакуумной камеры, то есть без потерь рабочего времени.

Таким образом, в предложенном насосе значительно снижен обратный паровой поток, что позволяет использовать насос в уникальных дорогостоящих технологических процессах со значительным снижением себестоимости выпускаемой продукции.

Насос прост и надежен в эксплуатации.

Впервые в мировой практике эксплуатации пароструйных насосов разработанная конструкция высоковакуумного насоса может использоваться во внутренней полости герметичного вакуумного объема вместо турбомолекулярного насоса, без применения специального форвакуумного насоса, а только за счет средств, откачивающих рабочий объем, что весьма важно, так как стоимость пароструйных насосов в 5-8 раз ниже турбомолекулярных. При этом потребление электроэнергии, по сравнению с турбомолекулярными насосами снижается в несколько раз, что приводит к снижению себестоимости выпускаемой продукции.

Предлагаемая конструкция насоса конкурентна на мировом рынке.

Вакуумный пароструйный насос относится к вакуумной технике, в частности к вакуумным пароструйным насосам, и может быть использован для откачки вакуумных емкостей. Насос позволяет регулировать движение паров рабочей жидкости по паропроводу насоса, а также четко распределяет массу паров рабочей жидкости между всеми ступенями струй насоса и практически полной ликвидации выбросов углеводородных составляющих рабочей жидкости, насос содержит корпус, размещенный в нем котел с электронагревом. Последовательно установленные паропроводы третьей и второй ступеней струй, дополнительный паропровод с отверстиями. На выходе паропровода второй ступени установлен усеченный конус, в малом основании которого размещена диафрагма с отверстием. Дополнительный паропровод соединен с зонтиком и образует кольцевой зазор с соплом первой ступени струй. В дополнительном цилиндрическом паропроводе выполнено по крайней мере два дополнительных отверстия симметрично оси паропровода третьей ступени струй. Площадь этих отверстий больше площади отверстия диафрагмы, а площадь последнего больше площади кольцевого зазора первой ступени струй. Насос снабжен профилированной насадкой, установленной над зонтиком с зазором относительно верхней поверхности последнего, а также стержнем, на котором смонтированы три ступени паропроводов и насадка. 2 з.п.ф-лы, 1 ил, 1 табл.

1. Вакуумный пароструйный насос, содержащий корпус, размещенный в нем котел с электрическим нагревом, последовательно установленные паропровод третьей ступени струй, паропровод второй ступени струй и дополнительный цилиндрический паропровод с отверстиями, и сопла, причем на выходе паропровода второй ступени установлен полый усеченный конус, в малом основании которого размещена диафрагма с отверстием, а дополнительный паропровод соединен с зонтиком и образует кольцевой зазор с соплом первой ступени струй, отличающийся тем, что он снабжен по крайней мере двумя дополнительными отверстиями в дополнительном цилиндрическом паропроводе, которые выполнены симметрично относительно оси паропровода третьей ступени струй, причем суммарная площадь этих отверстий больше площади отверстия диафрагмы, а площадь последнего больше площади кольцевого зазора первой ступени струй. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что он снабжен профилированной насадкой, установленной в корпусе над зонтиком с зазором относительно верхней поверхности последнего. 3. Насос по п.1, отличающийся тем, что он снабжен закрепленным в корпусе стержнем с регулированным положением, на котором установлены три ступени паропроводов и насадка.