ВАКУУМНЫЙ НАСОС Российский патент 1998 года по МПК F04B43/06 

Изобретение относится к устройствам для создания вакуума и может быть использовано для обеспечения предварительного разрежения в вакуумных системах.

Известен поршневой вакуумный насос, состоящий из цилиндра, боковые стенки которого образованы сильфонами, закрепленными на крышке. Насос имеет плавающий поршень, под которым расположен эластичный полый торовый элемент, снабженный сверху и снизу пластинами. Полости сильфонов подключены к источнику давления. Полость между крышкой и эластичным элементом, а также полость в торовом элементе между пластинами подключены к источнику давления [1] . Насос имеет сложную конструкцию, снижающую надежность его работы. Использование сжатого воздуха в качестве привода неэкономично. В процессе циклической работы насоса торовый элемент имеет сложный вид деформации, усложняющий предварительный подбор параметров сильфонов, эластичного элемента, приводной среды. Наличие трех полостей, связанных с источником давления, может вызвать вибрации в работе насоса, что снижает его устойчивость.

Известен вакуумный насос, наиболее близкий по технической сущности к заявляемому, содержащий корпус цилиндра с впускной и выпускной полостями и установленными в них, соответственно, впускным и выпускным клапанами. В цилиндре размещен поршень с тягой, скользящей по направляющей поверхности, и перекатывающаяся диафрагма, защемленная в корпусе цилиндра и поршне. Впускная полость снабжена подпружиненной мембраной и взаимодействующим с ней дополнительным впускным клапаном, установленным перед основным по ходу движения газа [2] . Недостатком описанного вакуумного насоса является недостаточная надежность и стабильность его работы. Наличие направляющей поверхности скольжения тяги поршня создает дополнительную нагрузку на привод и способствует изнашиванию конструкции. Необходимость же предварительного подбора параметров диафрагмы, мембраны и пружины, постоянство которых практически выдержать сложно, также приводит к неустойчивой работе насоса.

Заявляемый вакуумный насос решает задачу повышения надежности работы за счет сохранения симметричного положения перекатывающейся диафрагмы относительно поверхностей цилиндра и поршня в течение всего цикла работы, а также отсутствия в конструкции трущихся поверхностей. Для решения поставленной задачи вакуумный насос содержит корпус цилиндра, впускную и выпускную полости с установленными в них, соответственно, впускным и выпускным клапанами, а также размещенный в цилиндре поршень с тягой и перекатывающуюся диафрагму, защемленную в корпусе цилиндра и поршне. Новым в устройстве является то, что по меньшей мере один корпус цилиндра установлен вертикально, впускная полость выполнена в центре днища корпуса, а выпускная - соосно со впускной - в теле поршня, причем тяга поршня выполнена гибкой и установлена с возможностью строго вертикального возвратно-поступательного перемещения ветви, идущей к поршню, при этом впускной и выпускной клапаны и крепление тяги на поршне выполнены по оси симметрии цилиндра. Гибкая тяга поршня перекинута через направляющий ролик и свободным концом соединена с шарниром, закрепленным на кривошипе привода.

Именно совокупность всех существенных признаков устройства обеспечивает при отсутствии трущихся элементов симметричное расположение поршня относительно стенок цилиндра, а перекатывающейся диафрагмы - относительно поверхностей цилиндра и поршня в течение всего цикла работы, благодаря чему исключены перекосы и заломы диафрагмы, чем повышается ее долговечность и надежность работы. Конкретная форма выполнения насоса, например, содержащего два или четыре корпуса цилиндра, обеспечивает наряду с надежностью экономичность конструкции в части энергетических затрат.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства в разрезе; на фиг. 2 - общий вид устройства с двумя корпусами цилиндров; на фиг. 3 - вид сверху на фиг. 2.

Заявляемое устройство содержит (см. фиг. 1) корпус цилиндра, в центре днища которого выполнена впускная полость 3, оснащенная впускным клапаном 4. В цилиндре 2 размещен поршень 5 расчетной массы с перекатывающейся диафрагмой 6, защемленной в корпусе 1 цилиндра 2 и поршне 5. В теле поршня 5 выполнена выпускная полость 7, оснащенная выпускным клапаном 8 и сообщенная с атмосферой. На поршне 5 по его оси симметрии закреплена гибкая тяга 9, огибающая направляющий ролик 10 и далее соединенная, например, через кронштейн 11 с шарниром 12, закрепленным на кривошипе 13 привода (не показан). Впускной клапан 4 и выпускной клапан 8 размещены на оси симметрии цилиндра 2 и поршня 5. В случае установки вертикально, например, двух корпусов 1 цилиндров 2 и 14 (см. фиг. 2, 3), гибкая тяга 15 огибает второй направляющий ролик 16, установленный напротив ролика 10 по другую сторону вала 17 привода (не показан) и крепится к кронштейну 18 шарнира 19, установленного на одной оси с шарниром 12. При этом кронштейн 18 и 11 развернуты друг относительно друга на 180^o. Гибкая тяга 15 другим концом закреплена на поршне 20, размещенном в цилиндре 14, которой параллельно с цилиндром 2 подключен к трубопроводу перекачиваемой среды.

Устройство работает следующим образом.

При включении привода (не показан) кривошип 13 начинает вращаться, описывая окружность осью, на которой установлен шарнир 12 с кронштейном 11, на котором закреплена гибкая тяга 9. При этом гибкая тяга 9 совершает возвратно-поступательное движение по траектории, определяемой вращением кривошипа 13, направляющим роликом 10 и поршнем 5 и обеспечивающей строго вертикальное перемещение ветви тяги 9, идущей к поршню 5. В то время когда гибкая тяга 9 перемещается вверх-вправо, она тянет за собой поршень 5 вместе с защемленным в нем краем диафрагмы 6 строго вертикально, образуя за поршнем 5 и перекатывающейся диафрагмой 6 в цилиндре 2 разрежение. Впускной клапан 4 открывается и через впускную полость 3 внутрь корпуса 1 цилиндра 2 поступает перекачиваемая среда, например воздух. Когда поршень 5 займет крайнее верхнее положение, впускной клапан 4 закрывается. Ось с шарниром 12 кривошипа 13, продолжая перемещаться по окружности, ослабляет усилие, действующее на гибкую тягу 9, и поршень 5 под действием собственного веса и разности давлений атмосферного воздуха и среды в цилиндре 2, опускается вниз, снижая среду в цилиндре 2. Поршень 5 имеет расчетную массу, достаточную для устойчивой работы перекатывающейся диафрагмы 6. При достижении достаточного сжатия среды впускной клапан 8 открывается и через выпускную полость 7 сжатая среда стравливается в атмосферу. Поршень 5 опускается в крайнее нижнее положение, и выпускной клапан 8 закрывается. Гибкая тяга 9 завершает свое движение влево-вниз и под действием усилия, передаваемого от вращающегося кривошипа 13, возобновляет движение вверх-вправо. Цикл работы насоса повторяется.

Работа насоса, представленного на фиг. 2, 3, сопровождается поочередно совершаемым подъемом и опусканием поршней 5 и 20 в цилиндрах 2 и 14, обусловленным траекторией вращения кривошипа 13 с шарнирами 12 и 19 и развернутыми друг относительно друга на 180^o кронштейнами 11 и 18, к которым крепятся гибкие тяги 9 и 15, проходящие через ролики 10 и 16. При этом происходит непрерывное перекачивание среды поочередно через цилиндры 2 и 14. При такой работе выравнивается нагрузка на вал 17 привода (не показан). Кроме того, значительно снижаются энергетические затраты за счет того, что, благодаря кинематической связи гибких тяг 9 и 15, часть работы по подъему, например, поршня 5 в цилиндре 2 берет на себя движущийся вниз поршень 20 в цилиндре 14, опускающийся под собственным весом и действием остаточного разрежения в цилиндре 14.

Устройство предназначено для получения вакуума и может быть использовано для создания предварительного разрежения в вакуумных системах. В корпусе цилиндра и в поршне защемлена диафрагма, образующая эластичную прокладку между стенками цилиндра и поршня. Гибкая тяга поршня выполнена с возможностью строго вертикального возвратно-поступательного перемещения ветви, идущей к поршню. Тяга может быть перекинута через направляющий ролик и свободным концом соединена с шарниром, закрепленным на кривошипе привода. Клапаны и тяга выполнены по оси симметрии цилиндра. При выполнении насоса с двумя корпусами цилиндров значительно снижаются энергетические затраты, т. к. благодаря гибкой тяге часть работы по подъему поршня в одном цилиндре берет на себя движущийся вниз поршень другого цилиндра, опускающийся под собственным весом. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вакуумный насос, содержащий корпус цилиндра, впускную и выпускную полости с установленными в них соответственно впускным и выпускным клапанами, а также размещенный в цилиндре поршень с тягой и перекатывающуюся диафрагму, защемленную в корпусе цилиндра и поршне, отличающийся тем, что по меньшей мере один корпус цилиндра установлен вертикально, впускная полость выполнена в центре днища корпуса, а выпускная - соосно с впускной - в теле поршня, причем тяга поршня выполнена гибкой и установлена с возможностью строго вертикального возвратно-поступательного перемещения ветви, идущей к поршню, при этом впускной и выпускной клапаны и крепление тяги на поршне выполнены по оси симметрии цилиндра. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что гибкая тяга поршня перекинута через направляющий ролик и свободным концом соединена с шарниром, закрепленным на кривошипе привода.