ДИФФУЗИОННЫЙ ВЫСОКОВАКУУМНЫЙ НАСОС Российский патент 2022 года по МПК F04F9/00 

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно, к средствам получения и поддержания высокого и сверхвысокого вакуума. Высоковакуумные диффузионные насосы благодаря простоте и универсальности, широко применяются в самых разнообразных областях науки, техники и технологиях для откачки газов и газовых смесей с разнообразными физическими свойствами.

В серийно выпускаемых высоковакуумных насосах нагреватель, расположенный снаружи корпуса насоса по диаметру, как правило, равен радиальному размеру последнего. При такой компоновке нагревателя суммарные потери подводимой к насосу мощности для подготовки пара составляют почти 40% в том числе в окружающую среду, а также при передаче тепла от нагревателя через дно насоса к рабочей жидкости (Цейтлин А.Б. Пароструйные вакуумные насосы. М. Л. Энергия. Стр. 270-271). Такой нагреватель применяется во фракционирующих насосах, в которых на дне насоса устанавливаются лабиринты (фракционирующие кольца) для питания паром сопел от нижней до верхней ступеней насоса. Необходимость колец обусловлена неоднородностью вакуумных жидкостей, изготовленных на основе нефтепродуктов.

В связи с разработкой и производством однородных по составу вакуумных жидкостей (например, полифениловые эфиры), фракционирование при подготовке пара не требуется. При применении таких жидкостей в вакуумных насосах нагреватель можно разместить прямо в жидкости.

Известно решение (патент CN 209800376, 2019, F04F 9/00), в котором диффузионный насос содержит нагреватель, выполненный из греющего кабеля, намотанного в форме спирали, размещенный в прямоугольных каналах, выполненных на внутренней стороне дна котла. Несмотря на непосредственный контакт греющего кабеля с вакуумной жидкостью, теплообмен между кабелем и жидкостью затруднен из-за ограничивающих кабель стенок прямоугольного канала.

Наиболее близким по существенным признакам заявленному изобретению является решение (патент РФ №2018722, 1988, F04F 9/00), в котором нагреватель также помещен в рабочую жидкость, причем котел с рабочей жидкостью вакуумно изолирован от корпуса насоса, что обеспечивает значительное энергосбережение насоса в целом.

Такая компоновка нагревателя возможна только тогда, когда в качестве рабочей жидкости в высоковакуумных насосах используется однородная по химическому составу жидкость (например, полифениловый эфир 5Ф4Э). Использование этих жидкостей упрощает конструкцию насоса в донной части, так как не требует устройств для фракционирования рабочей жидкости, а греющая поверхность нагревателя, выполненного из греющего кабеля со всех сторон омывается рабочей жидкостью. Однако авторами данной работы не предложена конструкция самого нагревателя.

Задачей изобретения является создание диффузионного высоковакуумного насоса, конструкция которого позволяет минимизировать тепловые потери при подготовке пара в котле, а также обеспечить эффективность теплообмена между греющей поверхностью и рабочей жидкостью.

Поставленная задача решается тем, что диффузионный высоковакуумный насос, содержащий корпус, нагревательный котел для рабочей парообразующей жидкости, размещенный в нижней части корпуса, нагреватель, состоящий из греющего кабеля, изготовленного в форме спирали и размещенный на дне котла, согласно изобретению, нагреватель состоит из двух рядов греющего кабеля, которые зафиксированы в четырех специальных направляющих, выполненных из нержавеющей стали, дно котла выполнено без использования прямоугольного канала для размещения греющего кабеля, а сам нагреватель со всех сторон омывается рабочей жидкостью.

При этом радиальные размеры кабеля, диаметр греющей жилы, число рядов подбираются так, чтобы минимизировать плотность теплового потока такого нагревателя, что обеспечит надежную работу при его долговременной эксплуатации, а также позволит регулировать мощность нагревателя в широких пределах для создания сверхзвуковых струй с необходимыми параметрами для высоковакуумной откачки. Отверстия в направляющих выполнены так, чтобы обеспечить эффективный теплообмен между греющим кабелем и рабочей жидкостью, в которую утоплен нагреватель.

На фиг. 1 представлен общий вид нагревателя. На фиг. 2 представлен нагреватель в разрезе А-А. На фиг. 3 показана конструкция диффузионного высоковакуумного насоса.

1 - греющий кабель, 2 - специальные направляющие, 3 - корпус нижняя часть, 4 - корпус верхняя часть, 5 - котел, 6 - нагреватель.

Нагреватель состоит из 2-х рядов греющего кабеля 1, изготовленного в форме спиралей, которые зафиксированы в 4-х специальных направляющих 2, выполненных из нержавеющей стали. Отверстия в направляющих выполнены так, чтобы обеспечить эффективный теплообмен между греющим кабелем и рабочей жидкостью, в которую утоплен нагреватель.

Насос работает следующим образом.

После создания предварительного разрежения в полости корпуса насоса и подачи охлаждаемой воды в каналы охлаждения диффузионного насоса нагреватель 6 подводит тепло к рабочей жидкости, и она испаряется. Пары рабочей жидкости проходят через паропровод 7 к соплам, истекают из них и расширяются в проточной части, вследствие чего сжимается откачиваемый газ, продиффундировавший в струю пара.

Конструкция диффузионного высоковакуумного насоса позволяет минимизировать тепловые потери при подготовке пара в котле насоса, а также обеспечить эффективность теплообмена между греющей поверхностью и рабочей жидкостью.

Изобретение может быть использовано в средствах получения и поддержания высокого вакуума. Диффузионный высоковакуумный насос содержит корпус, нагревательный котел (5) для рабочей парообразующей жидкости и нагреватель (6). Нагревательный котел (5) для рабочей парообразующей жидкости размещен в нижней части (3) корпуса. Нагреватель (6) выполнен из греющего кабеля, изготовленного в форме спирали, и размещен на дне котла (5). Нагреватель (6) состоит из двух рядов греющего кабеля, которые зафиксированы в четырех направляющих, выполненных из нержавеющей стали. Дно котла (5) выполнено без использования прямоугольного канала для размещения греющего кабеля. Нагреватель (6) со всех сторон омывается рабочей жидкостью. Технический результат заключается в снижении тепловых потерь при подготовке пара в котле, а также в улучшении теплообмена между греющей поверхностью и рабочей жидкостью. 3 ил.

Диффузионный высоковакуумный насос, содержащий корпус, нагревательный котел для рабочей парообразующей жидкости, размещенный в нижней части корпуса, нагреватель, состоящий из греющего кабеля, изготовленного в форме спирали, и размещенный на дне котла, отличающийся тем, что нагреватель состоит из двух рядов греющего кабеля, которые зафиксированы в четырех специальных направляющих, выполненных из нержавеющей стали, дно котла выполнено без использования прямоугольного канала для размещения греющего кабеля, а сам нагреватель со всех сторон омывается рабочей жидкостью.