Первичный двухступенчатый роторный насос Советский патент 1992 года по МПК F01C1/16 F04D17/00 

Изобретение относится к первичному сухому двухступенчатому насосу.

Известны первичные сухие двухступенчатые насосы, причем каждая ступень обычно образована лопастным насосом.

По сравнению с лопастным насосом, смазывающимся маслом, сухой лопастной насос исключает миграцию паров масла в перекачивающей камере, но при этом наблюдается значительное сухое трение, приводящее к быстрому износу-и ускоренному снижению производительности насоса.

Известны также одноступенчатые первичные сухие винтовые насосы. Эти насосы способны всасывать, в постоянном режиме, текучую среду от предельного давления порядка 10 рибар до атмосферного давления. Преимущество их заключается в отсутствии контакта между винтами и, следовательно, в отсутствии трения, что делает их очень надежными. Однако в зоне насоса, в которой давление превышает 10 мбар, они абсорбируют повышенную мощность, которая в основном рассеивается в теплоту, В этом случае часть винтов, работающих в этой зоне при повышенных давлениях (свыше 10 мбар), подвергается значительному нагреву, который вызывает сильные асимметрические расширения, несовместимые с внутренними зазорами. Увеличение зазора между винтами нежелательно, так как в этих условиях не обеспечиваются рабочие характеристики, в частности мощность всасывания и предельное давление.

Целью изобретения является снижение энергозатрат и стоимости, а также повышение экономичности насоса путем обебпече- ния распределения потоков на переходных фазах и, в итоге, получение первичного сухого насоса, способного всасывать в посто- янном режиме, текучую среду от предельного давления порядка мбар и менее до атмосферного давления при широком диапазоне всасываемых расходов от 50 М3/ч до нескольких тысяч м3/ч.

Изобретение заключается в ограничении давления нагнетания винтового насоса, с целью снижения его нагрева, и в добавлении второй ступени, образованной насосом с вязким и/или турбулентным подсосом, позволяющим передавать на вторую ступень энергию сжатия с диссипацией тепла. Так, например, винтовой насос уже не имеет винтовой части, работающей при повышенных давлениях и подвергающейся сильным расширениям. Кроме того, в использующемся диапазоне давления этого винтового насоса (10 - 10 мбар) средний свободный пробег молекул является относительно высоким, и этот насос может, Б данном случае.

работать с повышенными внутренними зазорами, что снижает стоимость винтового насоса и, следовательно, общую стоимость первичного насоса.

Таким образом, предметом настоящего

изобретения является первичный сухой двухступенчатый насос, содержащий в общем едином статоре, со стороны низкого давления, винтовой насос, а со стороны вы0 сокого давления - насос с подсосом, при этом соединительный трубопровод обеспечивает сообщение между винтовым насосом и насосом с подсосом.

По первому варианту выполнения сое5 динительный трубопровод сообщается со стороной всасывания винтового насоса, а следовательно, со стороной всасывания первичного насоса посредством байпаса снабжённого разгрузочным клапаном.

0По второму варианту соединительный

трубопровод сообщается со стороной нагнетания насосз с подсосом а следовательно, со стороной нагнетания первичного насоса посредством байпаса снабженного

5 разгрузочным клапаном.

В зависимости от геометрического расположения, объема перекачивающей камеры и времени падения давления скорость вращения каждой ступени может Ьыть раз0 личной. Один двигатель может одновременно приводить во вращение винтовой насос м насос с подсосом, или два двигателя могут независимо приводить во вращение винтовой насос и насос с подсосом. Это послед5 нее техническое решение позволяет, в частности, независимо изменять скорость вращения, а следовательно, скорости перекачивания в тех областях применения, в ко- ТОрых требуется регулирование давления.

0 Двигатель или двигатели могут быть обычными или вакуумными роторными

На фиг. 1 показан насос с одним двигателем; на фиг. 2 - то же, с двумя двигателями.

5 Первичный насос (фиг 1) содержит раму 1, образующую статор, вход всасывания 2, выход нагнетания 3, ступень низкого давления, образованную сухим винтовым насосом 4, и ступень высокого давления,

0 образованную насосом с подсосом 5. Рама 1 может содержать каналы охлаждения 6, которые позволяют путем циркуляции жидкости (вода, масло) обеспечить тепловую стабилизацию комплекта. Теплообмен с ок5 ружающей средой осуществляется путем естественной или принудительной конвекции. Насос 4 содержит два сопряженных винта 7, 8, соответственно установленных на двух валах 9, 10 с синхронным приводом посредством двух шестерней 11, 12, причем

шестерня 11 выполнена с приводом от электрического двигателя 13. Обе шестерни 11, 12 установлены в масляном корпусе 14, жестко связанном с рамой 1 и выполненном герметичным относительно входа всасывания 2 с помощью двух прокладок 15,16. Оба вала 9,10 вращаются соответственно в двух подшипниках 17. 18 и 19. 20. Вал 9 вращается в подшипнике 21, размещенном на другом конце, на уровне соединительного трубопровода.

Насос 5 является насосом с вязким и/или турбулентным подсосом, т. е. насо- сОм, в котором эффект перекачивания достигается путем трения от комплекта ротор/статор 22, имеющего одну или несколько винтовых канавок с переменным шагом, профиль которых изменяется между всасыванием и нагнетанием, и вращающегося с большой скоростью. Показанный на фиг. 1 насос 5 - цилиндрический, но он может иметь форму диска или. например, конуса.

Вал 23 насоса 5 механически связан с валом 10 винта 8 таким образом, что только один двигатель 13 приводит в действие насосы 4 и 5. Вал 23 вращается в подшипнике 24.

Первичный насос содержит два байпаса 25, 26, каждый из которых снабжен разгрузочным клапаном 27, 28 для обеспечения распределения потока на переходных фазах.

Байпас 25 позволяет рециркулировать избыток газа, перекачиваемого ступенью низкого давления, в сторону всасывания 2, а байпас 26 позволяет рециркулировать избыток газа в сторону нагнетания.

Клапаны 27 и 28 могут быть автоматическими или управляемыми и могут перекрываться под действием пружины 29, 30 (как показано на фиг.) или под действием собственного веса. Во всех случаях они перекрываются, когда имеется совместимость между расходом, нагнетаемые ступенью низкого давления, и расходом, всасываемым ступенью высокого давления. Ступени низкого и высокого давлений сообщены соединительным трубопроводом 31.

Последний на фиг. 2 насос 5 раздельно приводится в действие электрическим двигателем 31; в этом случае вал 23 насоса 5 связан не с валом 10 винта 8. а с электрическим двигателем 32.

Такое расположение, показанное на фиг. 2, позволяет иметь скорость вращения насоса 5, отличную от скорости вращения

винтового насоса 4. Скорость вращения насоса 5 может легко согласовываться с расходом и давлением нагнетания насоса 4. В этом типе насоса с подсосом обрабатываемый объемный расход небольшой вследствие повышенной степени сжатия, полученной на первой ступени.

Такой первичный насос работает следующим образом.

При запуске, при опорожнении камеры повышенное давление, созданное при нагнетании на ступени низкого давления, приводит к открытию клапанов 27. 28.

Как только расход, всасываемый ступенью высокого давления, становится достаточным, перекрывается клапан 28, а клапан 27 остается открытым.

Как только происходит согласование между расходом на ступени низкого давления и расходом, всасываемым ступенью высокого давления, закрывается клапан 27 и первичный насос работает в постоянном режиме.

Формула изобретения

1. Первичный двухступенчатый роторный насос, содержащий корпус с полостями всасывания и нагнетания, двухроторную винтовую ступень низкого давления и ступень высокого давления, сообщенные друг

с другом посредством соединительного трубопровода, причем ступень низкого давле ния снабжена приводом, отличающий- с я тем, что, с целью унижения энергозатра и стоимости, ступень высокого давления выполнена в виде динамического насоса, а еа- лы роторов ступени низкого давления снабжены шестернями связи.

2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности

путем обеспечения распределения потоков на переходных фазах, соединительный трубопровод сообщен с полостью всасывания посредством байпасэ, снабженного разгрузочным клапаном.

3. Насос по пп. 1 и 2., отличающий- с я тем, что, с целью повышения экономичности путем обеспечения распределения потоков на переходных фазах, соединительный трубопровод сообщен с полостью нагнетания посредством байпаса, снабженного разгрузочным клапаном.

4. Насос по пп, 1-3. отличающий- с я тем, что ступень высокого давления снабжена отдельным приводом,

5. Насос по пп. 1-4, отличающий- с я тем, что в корпусе выполнены каналы охлаждения.

6

}г .сльзование: для первичного вакуу- мирозания. Сущность изобретения: ступень низкого давления насоса, выполненная в виде двухроторной винтовой ступени 4, сообщена со ступенью высокого давления, выю 13 полненной в виде динамического насось 5. посредством соединительного трубопровода 31. Ступени могут иметь как общий привод, так и два различных привода 13 и 32, Соединительный трубопровод 31 сообщен с полостью 2 всасывания посредством байпаса 25, снабженного разгрузочным клапаном 27, и с полостью 3 нагнетания посредством байпаса 26, снабженного разгрузочным клапаном 28 В корпусе 1 выполнены каналы 6 охлаждегчя. Валы 9 и 10 ротонов ступенл 4 связаны шестернями 11 и 12 Рассогласование в производительностяхступеней на пере- ходных режимах компенсируется при помощи клапанов 27 и 28, что позволяет повысить экономичность. Отсутствие масла в насосе позволяет снизить энергозатраты на его отделение. 4 з. п. ф-лы. 2 ил П