УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВАКУУМА Российский патент 1998 года по МПК F04B37/08 

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к конструкциям вакуумных насосов, и может найти широкое использование в различных областях техники преимущественно в условиях влажной и загрязненной среды.

Известно устройство для получения вакуума, содержащее корпус с всасывающим патрубком и размещенные в нем сосуды для хладагента и последовательно расположенные по ходу откачиваемого газа теплообменник предварительного охлаждения, откачивающий элемент и сборник конденсата, а также источник вспомогательного газа. Всасывающий патрубок снабжен вентилем, сообщаемым с атмосферой, сборник конденсата - нагревателем с подводящим и отводящим трубопроводами, теплообменник - теплоаккумулирующим элементом, расположенным на входе откачиваемого газа, при этом подводящий трубопровод нагревателя подключен к источнику вспомогательного газа, а отводящий трубопровод сообщен с теплоаккумулирующим элементом и герметично выведен из корпуса.

Кроме того, источник вспомогательного газа может быть выполнен в виде компрессора с внешним теплообменником на линии всасывания, причем подводящий трубопровод нагревателя подключен к линии нагнетания компрессора, а отводящий трубопровод - к внешнему теплообменнику (авт. св. СССР, 1668723, кл. F 04 B 37/08, 1991).

Данное устройство характеризуется сложностью конструкции, необходимостью использования жидких неона, водорода, гелия, что усложняет его эксплуатацию и увеличивает энергозатраты на сжижение газов.

Известен также низковакуумный крионасос, содержащий корпус с всасывающим патрубком, размещенный в нем сосуд для криоагента и последовательно расположенные по ходу откачиваемого газа теплообменник предварительного охлаждения газа, промежуточный теплообменник, откачивающий элемент и сборник конденсата, при этом сосуд для криоагента выполнен двухсекционным и снабжен вертикальной трубой, соединяющей верхнюю и нижнюю секции, и дополнительным теплообменником, размещенным в нижней части верхней секции, вход которого подключен к паровому пространству нижней секции сосуда, а выход выведен из корпуса, верхняя секция сосуда снабжена клапаном с коническим уплотнением, контактирующим с верхней частью вертикальной трубы, нижняя секция сосуда - кюветой, жестко закрепленной на нижней части вертикальной трубы, а промежуточный теплообменник и откачивающий элемент расположены в нижней секции сосуда в паровом и жидкостном пространстве соответственно (авт. св. СССР, 1716190, кл. 6 F 04 B 37/08, 1992).

В основу конструкции положена однотактная схема, т.е. после каждого такта цикл следует повторять, кроме того, использование азотного теплообменника усложняет конструкцию и условия ее эксплуатации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату при использовании является устройство для создания вакуума, содержащее теплоизолированный кожух с размещенной в нем герметизируемой емкостью, снабженной трубопроводами с запорной арматурой - вентилями. Один из трубопроводов через вентиль сообщен с атмосферой, другой трубопровод через второй вентиль сообщен с резервуаром, заполненным жидкостью, который также имеет трубопровод с вентилем, сообщаемый резервуар с атмосферой [1]. При относительно несложной конструкции устройства использование в качестве хладагента жидкого азота не устраняет недостатков, связанных с применением упомянутого носителя холода.

В основу изобретения положена задача разработать устройство для создания глубокого вакуума, отличающееся простотой конструкции, обеспечивающее его функционирование при высокой влажности и загрязненности воздуха. Кроме того, в большинстве конструкций вакуумных насосов при их работе в условиях повышенной влажности происходит замерзание жидкости. Для устранения этого недостатка используют специальные осушители, что также усложняет конструкцию насоса.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого устройства, заключается в устранении упомянутых недостатков, присущих известным техническим решениям.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для создания вакуума емкость выполнена теплоизолированной, теплообменник размещен внутри емкости, кроме того, оно снабжено насосом для подачи жидкости, например воды, в емкость и узлом для подачи пара в емкость. Кроме того, оно содержит трубопроводы с трубопроводной арматурой, соединяющие перечисленные выше узлы, а также вакуумируемый объект с емкостью.

Устройство для создания вакуума может содержать несколько теплоизолированных емкостей с размещенными в каждой из них теплообменниками, выполненные и соединенные трубопроводами с насосом и устройством для подачи пара аналогично первой емкости, при этом узел для подачи пара может быть выполнен в виде парогенератора. Кроме того, устройство для создания вакуума может содержать трехходовые краны, один из которых установлен между насосом и трубопроводами, соединяющими насос с емкостями, а другой - между устройством для подачи пара и трубопроводами, соединяющими его с емкостями. Используемая на трубопроводах трубопроводная арматура может быть выполнена с электрическими или электромагнитными исполнительными элементами.

Устройство для создания вакуума может содержать также электронный блок управления, соединенный с электрическими и электромагнитными исполнительными элементами и другими узлами устройства, работающий по заданной программе.

На чертеже представлена схема возможного исполнения предложенного устройства для создания вакуума с тремя емкостями.

Устройство для создания вакуума, выполненное с одной емкостью, содержит теплоизолированную герметичную емкость 1 с размещенным в ней теплообменником 4, насос 5 для подачи по трубопроводу 6 воды в емкость 1, кран 7, установленный между насосом 5 и емкостью 1, который может быть трехходовым, узел для подачи пара 8 в емкость 1 по трубопроводу 9, кран 10, который может быть трехходовым, трубопровод 11, сообщающий емкость 1 с вакуумируемым объектом 12, выпускной клапан 13, сообщающий емкость 1 с атмосферой.

Устройство для создания вакуума может содержать несколько аналогичных теплоизолированных емкостей, соединенных в единую систему, работу которой организует, синхронизируя их действия в соответствии с заложенной в него программой, электронный блок управления 14 (не показан).

Для понимания рассмотрим работу изобретения в составе одной и трех аналогично выполненных и соединенных между собой в единую систему емкостей 1, 2 и 3.

Устройство для создания вакуума с одной емкостью работает следующим образом.

По команде из блока управления (БУ) 14 насос 5 через кран 7 и трубопровод 6 заполняет емкость 1 водой, при этом емкость 1 через клапан 13 сообщена с атмосферой. По ее заполнении водой БУ 14 выключает насос 5, закрывает клапан 13 и включает узел для подачи пара 8, который через кран 10, который может быть трехходовым, и трубопровод 9 подает пар в емкость 1, при этом вода через кран 7 сбрасывается из емкости 1. По заполнении емкости 1 паром она герметизируется и в систему теплообменника 4 подают хладагент, например воду.

Пар внутри герметизированной теплоизолированной емкости 1 конденсируется, образуя внутри нее вакуум, который по мере увеличения конденсации пара становится более глубоким. При достижении точки замерзания конденсат переходит в твердое состояние с активным поглощением тепла и образованием в емкости еще более глубокого вакуума. По достижении максимально возможного значения глубины вакуума БУ 14 подает команду на соединение вакуумированной емкости 1 с вакуумируемым объектом 12. Давление в емкости 1 и вакуумируемом объекте 12 выравнивается, после чего цикл повторяется до получения необходимого вакуума в вакуумируемом объекте или для вакуумирования следующего объекта.

Рассмотрим работу вакуумного насоса, содержащего, например, три теплоизолированные емкости.

Работа первой теплоизолированной емкости описана выше. Вторая теплоизолированная емкость 2 начинает работать, когда в первую подается пар, а именно одновременно с подачей пара в емкость 1 БУ 14 через кран 7 и трубопроводы 6 и 15 соединяет емкость 1 с емкостью 2, открывает выпускной клапан 16 второй емкости, соединяющий его с атмосферой, и вода из первой емкости перетекает во вторую. По заполнении второй емкости водой БУ 14 закрывает выпускной клапан 16 и включает подачу пара через кран 10, трубопровод 17 во вторую емкость, при этом БУ 14 открывает выпускной клапан 18 емкости 3 и через кран 7 и трубопроводы 15 и 19 соединяет емкость 2 с емкостью 3, и вода из второй емкости перетекает в третью. В момент, когда третья емкость заполнилась водой, вторая - паром, а в первой произошел процесс вакуумирования, БУ 14 соединил ее с вакуумируемым объектом 12. После выравнивания давления в емкости 1 и вакуумируемом объекте 12 по команде БУ 14 вакуумируемый объект 12 отсоединяется от емкости 1, и далее через кран 7 и трубопроводы 19 и 6 третью емкость соединяют с первой и через кран 10, трубопровод 20 подают пар в третью емкость. Вода перетекает из третьей емкости в первую, в это время вторая емкость вакуумируется и соединяется с вакуумируемым объектом и так далее, при наличии трех взаимосвязанных емкостей в каждой из них происходят одни и те же процессы, но смещенные по циклу вакуумирования, а именно, когда в первой емкости получен вакуум, вторая заполнена паром, а третья - водой. Далее первая заполняется водой, вторая вакуумируется, третья заполняется паром и так далее.

Таким образом обеспечивается непрерывность работы вакуумного насоса и достигается необходимая глубина вакуума.

Изобретение найдет широкое применение в различных областях техники, особенно эффективно его использование в условиях повышенной влажности и загрязнения окружающей среды.

Изобретение обеспечивает создание глубокого вакуума при высокой влажности и загрязненности воздуха. При включении устройства, выполненного, например, с тремя емкостями 1, 2, 3, насос 5 подает воду в емкость 1, после заполнения которой отключается, и узел подачи пара 8 начинает подавать в емкость 1 пар, одновременно емкость 1 сообщается с емкостью 2 и вода перетекает в нее. После заполнения емкости 1 паром включается теплообменник 4, пар конденсируется, в емкости 1 образуется вакуум и она соединяется с вакуумируемым объектом 12. В это время емкость 2 сообщается с емкостью 3, узел подачи пара 8 подает пар в емкость 2, а вода перетекает в емкость 3. После уравнивания давления в емкости 1 и в вакуумируемом объекте 12 последний отключается, емкость 1 соединяется с емкостью 3 и процесс повторяется. 5 з.п. ф-лы,1 ил.

1. Устройство для создания вакуума, содержащее емкость, в которой создается вакуум, сообщаемую с атмосферой и вакуумируемым объектом, теплообменник, трубопроводы с трубопроводной арматурой, отличающееся тем, что емкость выполнена теплоизолированной, теплообменник размещен внутри емкости и оно снабжено насосом для подачи жидкости в емкости и узлом для подачи пара в емкость. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено по крайней мере еще одной теплоизолированной емкостью с размещенным в ней теплообменником, соединенной с насосом и узлом для подачи пара. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно снабжено двумя трехходовыми кранами, один из которых установлен между насосом и трубопроводами, сообщающими насос с емкостями, а другой - между узлом для подачи пара и трубопроводами, сообщающими его с емкостями. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубопроводная арматура выполнена с электрическими или электромагнитными исполнительными элементами. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено электронным блоком управления, соединенным с электрическими и электромагнитными исполнительными элементами вентилей, кранов, теплообменников, насоса и узла для подачи пара. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел для подачи пара в емкости выполнен в виде парогенератора.