КОРПУС МНОГОСТУПЕНЧАТОГО НАСОСА И МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ НАСОС ДЛЯ ГАЗА
BODY OF A MULTI-STAGE PUMP AND MULTI-STAGE PUMP FOR GAS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к корпусу многоступенчатого насоса, а также к многоступенчатому насосу, который, в частности, может представлять собой вакуумный насос. В нижеследующем описании и прилагаемой формуле изобретения термин «насос» охватывает насосы подачи газа, вакуумные насосы, а также компрессоры, тогда как выражение «корпус насоса» означает часть, которая может принадлежать такому насосу подачи газа, такому вакуумному насосу или такому компрессору.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Как известно, многоступенчатый насос представляет собой насос, включающий множество последовательных рабочих камер, соединительные каналы которых соединены между собой так, что газ, сжатый в одной из рабочих камер не являющейся последней, поступает на вход следующей рабочей камеры.
Сжатие газа, производимое в каждой рабочей камере, сопровождается выделением тепла, для отведения которого были предложены различные устройства охлаждения.
В европейском патенте EP 2626562 B1 описан многоступенчатый насос, в котором во время перемещения между двумя последовательными рабочими камерами газ проходит вдоль пластины, снабженной охлаждающими ребрами и предназначенной для отведения тепла к окружающему атмосферному воздуху посредством простой естественной конвекции.
Другое решение в отношении отведения тепла, выделяемого во время сжатия газа в многоступенчатом насосе, состоит в использовании теплообменников, в каждом из которых газ охлаждается во время перемещения между двумя последовательными рабочими камерами. В документе JP 2001-27190 предложен вариант охлаждения, основанный на этом решении.
Также известно о охлаждении многоступенчатого насоса путем организации циркуляции охлаждающей жидкости, такой как вода. Как описано в патенте US 8,573,956 B2, контур охлаждения проходит между последней рабочей камерой и предпоследней рабочей камерой, а затем под другими рабочими камерами. Как описано в документе JP 2014-55580, прямолинейная труба для охлаждающей жидкости проходит либо в соединительном канале для газа между двумя рабочими камерами, либо между двумя последовательными рабочими камерами.
В документе JP 2001-20884, как и в документе JP 2-95792 (JPH 0295792 A), также предложено охлаждение охлаждающей жидкостью. При этом, охлаждение осуществляют снаружи по мере того, как охлаждающая жидкость проходит вокруг рабочих камер и вокруг соединительных каналов, связывающих рабочие камеры друг с другом.
Охлаждение многоступенчатых насосов, описанное в документах и патентах, упомянутых выше, характеризуется эффективностью, которую нельзя считать в полной мере удовлетворительной.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Технической задачей изобретения является, по меньшей мере, повышение эффективности отведения тепла, выделяемого при сжатии газа в корпусе многоступенчатого насоса во время его работы.
Согласно изобретению, эта техническая достигнута посредством корпуса насоса, включающего, по меньшей мере, первую рабочую камеру, вторую рабочую камеру, соединительный канал, обеспечивающий сообщение между выходом первой рабочей камеры и входом второй рабочей камеры, а также герметичный проход для циркуляции охлаждающей жидкости. Соединительный канал представляет собой боковой канал корпуса многоступенчатого насоса, который имеет, по меньшей мере, одну теплопроводную стенку, частично ограничивающую соединительный канал, и имеющую наружную поверхность снаружи. По меньшей мере, часть соединительного канала проходит между этой наружной поверхностью теплопроводной стенки и герметичным проходом.
Каждая из первой и второй рабочих камер предусматривает размещение в ней, по меньшей мере, одного средства перемещения газа вниз по потоку. Во время сжатия в каждой из первой и второй рабочих камер перекачиваемый газ нагревается. Поступая в соединительный канал, газ охлаждается посредством теплопроводной стенки, которая, в свою очередь, охлаждается окружающей средой. Таким образом, первое охлаждение корпуса многоступенчатого насоса происходит за счет естественной конвекции и излучения в окружающую среду. Одновременно, второе охлаждение корпуса многоступенчатого насоса происходит за счет передачи тепла к охлаждающей жидкости, циркулирующей в герметичном проходе. Таким образом, в соответствии с изобретением, имеет место двойное охлаждение корпуса многоступенчатого насоса.
Поскольку благодаря изобретению становится возможным улучшение охлаждения, изобретение позволяет повысить эффективность перекачивания, что является преимуществом. В частности, благодаря повышению эффективности перекачивания, может быть увеличена максимальная производительность насоса. Другими словами, преимуществом изобретения является возможность достижения прироста максимальной производительности насоса.
Корпус многоступенчатого насоса, определенный выше, может иметь одну или несколько других преимущественных отличительных особенностей, отдельно или в сочетании, в частности, из определенных далее.
Преимущественно, по меньшей мере, часть герметичного прохода находится между соединительным каналом и, по меньшей мере, одной из рабочих камер - первой и второй. Когда это так, охлаждающая жидкость, циркулирующая в герметичном проходе, одновременно охлаждает соединительный канал и, по меньшей мере, одну из рабочих камер - первую и вторую. Что выражается в более эффективном охлаждении.
Преимущественно, по меньшей мере, часть герметичного прохода находится между первой рабочей камерой и второй рабочей камерой. Когда это так, охлаждающая жидкость, циркулирующая в герметичном проходе, эффективным образом охлаждает первую и вторую рабочие камеры.
Преимущественно, корпус многоступенчатого насоса включает, по меньшей мере, одну теплопроводную перегородку, отделяющую друг от друга соединительный канал и герметичный проход. Такая теплопроводная перегородка эффективным образом отводит тепло от соединительного канала к охлаждающей жидкости, циркулирующей в герметичном проходе.
Преимущественно, корпус многоступенчатого насоса включает, по меньшей мере, одну теплопроводную перегородку, отделяющую друг от друга герметичный проход и первую рабочую камеру. Такая теплопроводная перегородка эффективным образом отводит тепло от первой рабочей камеры к охлаждающей жидкости, циркулирующей в герметичном проходе.
Преимущественно, герметичный проход частично охватывает первую рабочую камеру и/или вторую рабочую камеру. Когда это так, охлаждение, по меньшей мере, одной из камер - первой и второй - осуществляется более эффективно.
Преимущественно, герметичный проход включает, по меньшей мере, один впуск охлаждающей жидкости и, по меньшей мере, один выпуск охлаждающей жидкости.
Преимущественно, корпус многоступенчатого насоса включает, по меньшей мере, один осевой канал для вращающегося вала, при этом, сегмент осевого канала соединяет первую и вторую рабочие камеры.
Преимущественно, корпус многоступенчатого насоса имеет первую сторону и вторую сторону, противоположную первой стороне относительно осевого канала, при этом, соединительный канал проходит на уровне первой стороны корпуса многоступенчатого насоса, при этом, корпус многоступенчатого насоса ограничивает другой соединительный канал, обеспечивающий сообщение между выходом первой рабочей камеры и входом второй рабочей камеры, и этот другой соединительный канал проходит на уровне второй стороны корпуса многоступенчатого насоса.
Преимущественно, корпус многоступенчатого насоса имеет третью сторону и четвертую сторону, противоположную третьей стороне относительно осевого канала, при этом, выход первой рабочей камеры находится на уровне третьей стороны корпуса многоступенчатого насоса, вход второй рабочей камеры находится на уровне четвертой стороны корпуса многоступенчатого насоса.
Преимущественно, вход первой рабочей камеры находится на уровне четвертой стороны корпуса многоступенчатого насоса, при этом, выход второй рабочей камеры находится на уровне третьей стороны корпуса многоступенчатого насоса.
Преимущественно, соединительный канал представляет собой первый соединительный канал, при этом, корпус многоступенчатого насоса включает третью рабочую камеру и второй соединительный канал, который представляет собой канал, обеспечивающий сообщение между выходом второй рабочей камеры и входом третьей рабочей камеры, при этом, теплопроводная стенка представляет собой первую теплопроводную стенку, при этом, корпус многоступенчатого насоса включает, по меньшей мере, вторую теплопроводную стенку, при этом, вторая теплопроводная стенка частично ограничивает второй соединительный канал, и имеет наружную поверхность снаружи, при этом, по меньшей мере, часть второго соединительного канала проходит между наружной поверхностью второй теплопроводной стенки и герметичным проходом. Когда это так, газ охлаждается одновременно и во время прохождения по первому соединительному каналу, и во время прохождения по второму соединительному каналу.
Преимущественно, корпус многоступенчатого насоса включает два конца, через каждый из которых проходит осевой канал, при этом, наружная поверхность теплопроводной стенки образует часть боковой поверхности, проходящей между двумя концами корпуса многоступенчатого насоса.
Преимущественно, теплопроводная стенка имеет две основных противоположных поверхности и постоянную или непостоянную толщину между этими двумя основными противоположными поверхностями, из которых одна является наружной поверхностью теплопроводной стенки.
Поскольку речь идет о боковом канале, соединительный канал обеспечивает сообщение между выходом первой рабочей камеры и входом второй рабочей камеры, не проходя между первой и второй рабочими камерами.
Преимущественно, на большей части своей длины соединительный канал имеет поперечное сечение, удлиненное в направлении, по существу, параллельном осевому каналу.
Предметом изобретения также является многоступенчатый насос, включающий корпус многоступенчатого насоса, описанный выше. Наружная поверхность теплопроводной стенки находится вовне насоса.
Многоступенчатый насос, определенный выше, может иметь одну или несколько других преимущественных отличительных особенностей, отдельно или в сочетании, в частности, из определенных далее.
Преимущественно, многоступенчатый насос включает, по меньшей мере, первый ротор для перемещения газа вниз по потоку в первой рабочей камере, по меньшей мере, второй ротор для перемещения газа вниз по потоку во второй рабочей камере и вращающийся вал, на котором установлены первый и второй роторы.
Преимущественно, многоступенчатый насос представляет собой лопастной насос, зубчатый насос, шестеренчатый насос, преимущественно он включает, по меньшей мере, другой первый ротор в первой рабочей камере, другой второй ротор во второй рабочей камере и другой вращающийся вал, на котором установлены другие первый и второй роторы, при этом, первый ротор и другой первый ротор пригодны для перемещения газа вниз по потоку в первой рабочей камере, будучи приводимыми в движение в противоположных направлениях, при этом, второй ротор и другой второй ротор пригодны для перемещения газа вниз по потоку во второй рабочей камере, будучи приводимыми в движение в противоположных направлениях.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие преимущества и отличительные особенности станут более понятны по прочтении нижеследующего описания конкретных вариантов осуществления изобретения, являющихся не имеющими ограничительного характера примерами и представленных на прилагаемых чертежах, на которых:
- фиг. 1 представляет собой вид сбоку многоступенчатого насоса, соответствующего одному из вариантов осуществления изобретения,
- фиг. 2 представляет собой вид в сечении по II-II на фиг. 1 многоступенчатого насоса, показанного на фиг. 1,
- фиг. 3 представляет собой вид в перспективе корпуса многоступенчатого насоса, соответствующего одному из вариантов осуществления изобретения и являющегося частью многоступенчатого насоса, показанного на фиг. 1 и 2,
- фиг. 4 представляет собой вид в продольном сечении в вертикальной плоскости IV на фиг. 3 корпуса многоступенчатого насоса, показанного на фиг. 3,
- фиг. 5 представляет собой вид в продольном сечении по горизонтальной линии V-V на фиг. 4 корпуса многоступенчатого насоса, показанного на фиг. 3 и 4,
- фиг. 6 представляет собой вид в поперечном сечении по VI-VI на фиг. 4 корпуса многоступенчатого насоса, показанного на фиг. 3 и 4,
- фиг. 7 представляет собой вид в поперечном сечении по VII-VII на фиг. 4 корпуса многоступенчатого насоса, показанного на фиг. 3 и 4,
- фиг. 8 представляет собой вид в поперечном сечении по VIII-VIII на фиг. 4 корпуса многоступенчатого насоса, показанного на фиг. 3 и 4,
- фиг. 9 представляет собой вид в поперечном сечении по IX-IX на фиг. 4 корпуса многоступенчатого насоса, показанного на фиг. 3 и 4,
- фиг. 10 представляет собой вид в поперечном сечении по Х-Х на фиг. 4 корпуса многоступенчатого насоса, показанного на фиг. 3 и 4,
- фиг. 11 представляет собой вид в поперечном сечении по XI-XI на фиг. 4 корпуса многоступенчатого насоса, показанного на фиг. 3 и 4
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Многоступенчатый насос 1, соответствующий одному из вариантов осуществления изобретения, показан отдельно на фиг. 1. Он включает корпус 2 многоступенчатого насоса, на каждом конце которого имеется коробка передач 3, соединенная с одним из двух электродвигателей 4 и 5, синхронизированных друг с другом.
Как можно видеть на фиг. 2, многоступенчатый насос 1 представляет собой лопастной насос. Однако, изобретение не ограничивается лопастными насосами. Например, изобретение может относится к зубчатому или шестеренчатому насосу.
Многоступенчатый насос 1 включает два вращающихся вала 8, которые приводятся во вращательное движение в противоположных направлениях, один - электродвигателем 4, другой - электродвигателем 5. На каждом вращающемся валу 8 имеется три ротора, каждый из которых является частью пары взаимодополняющих роторов 9. Каждый ротор 9 несет на себе множество лопастей, которых в данном примере четыре. Впрочем, количество лопастей на роторах 9 может быть отличным от четырех.
Корпус 2 многоступенчатого насоса показан отдельно на фиг. 3. Он образован двумя картерами 11 и 12, каждый из которых снабжен прерывистым соединительным фланцем 13. На фиг. 1 можно видеть только винты 14, расположенные на уровне соединительного фланца 13, скрепляющие картеры 11 и 12 друг с другом посредством затяжки.
В корпусе 2 многоступенчатого насоса имеется впуск 16 для охлаждающей жидкости, а также два выпуска для этой же охлаждающей жидкости.
Как можно видеть на фиг. 4, Корпус 2 многоступенчатого насоса ограничивает собой множество последовательных рабочих камер, расположенных на одной прямой в направлении, параллельном вращающимся валам 8, которые представляют собой первую рабочую камеру 20, вторую рабочую камеру 21, следующую за первой рабочей камерой 20, и третью рабочую камеру 22, следующую за второй рабочей камерой 21.
В представленном примере имеется три рабочих камеры 20-22, однако, число рабочих камер может отличаться от 3.
Как можно видеть на фиг. 2, одна из пар взаимодополняющих роторов 9 находится в первой рабочей камере 20. Аналогично, пара взаимодополняющих роторов имеется в каждой из рабочих камер 21 и 22. Для ясности изображения два вращающихся вала 8 и роторы 9 многоступенчатого насоса 1 на фиг. 4-11 не показаны.
Как можно видеть на фиг. 4, заборное отверстие 23 многоступенчатого насоса 1 проходит через вход первой рабочей камеры 20, тогда как выход третьей рабочей камеры 22 проходит через нагнетательное отверстие 24 многоступенчатого насоса 1.
Картер 11 частично ограничивает первую рабочую камеру 20, которую одна из коробок передач 3 закрывает на уровне торца 2а корпуса 2 многоступенчатого насоса. Картер 11 и картер 12 вместе ограничивают вторую рабочую камеру 21. Картер 12 частично ограничивает третью рабочую камеру 22, которую одна из коробок передач 3 закрывает на уровне торца 2b корпуса 2 многоступенчатого насоса.
Уплотняющие прокладки, сдавливаемые в пазах, обеспечивают уплотнение между картерами 11 и 12. На фиг. 5 они отмечены номером позиции 25.
Как можно видеть на фиг. 4 и 5, рассматриваемых совместно, два симметричных соединительных канала 26а и 26b соединяют выход 27 первой рабочей камеры 20 со входом 28 второй рабочей камеры 21. Каналы 26а и 26b являются первыми соединительными каналами. Пара вторых симметричных соединительных каналов 29а и 29b соединяет выход 30 второй рабочей камеры 21 со входом 31 третьей рабочей камеры 22. На фиг. 4 стрелкой С показана траектория газа от заборного отверстия 23 до нагнетательного отверстия 24.
Первые соединительные каналы 26а и 26b, как и вторые соединительные каналы 29а и 29b, являются боковыми каналами корпуса 2 многоступенчатого насоса. Каждый из первых соединительных каналов 26а и 26b частично ограничен боковой стенкой, которая представляет собой теплопроводную стенку 33, имеющую наружную поверхность 34 снаружи многоступенчатого насоса 1. Теплопроводные стенки 33 представляют собой первые теплопроводные стенки. Каждые из вторых соединительных каналов 29а и 29b частично ограничен одной из двух боковых стенок, которые представляют собой вторые теплопроводные стенки 36, каждая из которых имеет наружную поверхность 37 снаружи многоступенчатого насоса 1.
Корпус 2 многоступенчатого насоса ограничивает собой герметичный проход 40, предназначенный для циркуляции охлаждающей жидкости, которая может представлять собой, например, воду.
Как можно видеть на фиг. 6, герметичный проход 40 сообщается с выпусками 17, через которые может быть отведена охлаждающая жидкость, имеющаяся в герметичном проходе.
Как можно видеть на фиг. 7, герметичный проход 40 частично окружает первую рабочую камеру 20.
Как можно видеть на фиг. 9, герметичный проход 40 частично окружает вторую рабочую камеру 21.
Как можно видеть на фиг. 10, герметичный проход 40 включает распределительную камеру 40а, в которую открывается впуск 16, позволяющую подавать охлаждающую жидкость в герметичный проход 40.
Как можно видеть на фиг. 11, герметичный проход 40 частично окружает третью рабочую камеру 22.
Как можно видеть на фиг. 5-7, герметичный проход 40 расположен между первой рабочей камерой 20 и каждым из первых соединительных каналов 26а и 26b. Теплопроводная перегородка 42 частично ограничивает первый соединительный канал 26а и герметичный проход 40, которые она отделяет друг от друга. Другая теплопроводная перегородка 42 частично ограничивает второй соединительный канал 26b и герметичный проход 40, которые она отделяет друг от друга. Теплопроводная перегородка 43 частично ограничивает первую рабочую камеру 20 и герметичный проход 40, которые она отделяет друг от друга.
В ходе функционирования насоса 1 всасываемый насосом 1 газ сжимается в первой, второй и третьей рабочих камерах 20-22 и в это время нагревается.
Тепло газа, проходящего по первым соединительным каналам 26а и 26b, отводится одновременно теплопроводными стенками 33 и теплопроводными перегородками 42. Первое охлаждение происходит вследствие того, что тепло передается к окружающему воздуху путем излучения и естественной конвекции на уровне наружных поверхностей 34 теплопроводных стенок 33. Второе охлаждение осуществляется на уровне теплопроводных перегородок 42 посредством охлаждающей жидкости, циркулирующей в герметичном проходе 40. Таким образом, газ, проходящий по первым соединительным каналам 26а и 26b, одновременно подвергается двоякому совокупному охлаждению, которое происходит на двух широких сторонах каждого первого соединительного канала 26а и 26b.
Помимо охлаждения теплопроводной перегородки 42, охлаждающая жидкость, циркулирующая в герметичном проходе 40, охлаждает теплопроводную перегородку 43 и, следовательно, посредством теплопроводной перегородки 43, первую рабочую камеру 20.
Как можно видеть на фиг. 5-9, герметичный проход 40 находится между второй рабочей камерой 21 и каждым из вторых соединительных каналов 29а и 29b. Теплопроводная перегородка 45 частично ограничивает второй соединительный канал 29а и герметичный проход 40, которые она отделяет друг от друга. Другая теплопроводная перегородка 45 частично ограничивает второй соединительный канал 29b и герметичный проход 40, которые она отделяет друг от друга. Теплопроводная перегородка 46 частично ограничивает вторую рабочую камеру 21 и герметичный проход 40, которые она отделяет друг от друга.
Тепло газа, проходящего по вторым соединительным каналам 29а и 29b, отводится одновременно теплопроводными стенками 36 и теплопроводными перегородками 45. Первое охлаждение происходит вследствие того, что тепло передается к окружающему воздуху путем излучения и естественной конвекции на уровне наружных поверхностей 37 теплопроводных стенок 36. Второе охлаждение осуществляется на уровне теплопроводных перегородок 45 посредством охлаждающей жидкости, циркулирующей в герметичном проходе 40. Таким образом, газ, проходящий по вторым соединительным каналам 29а и 29b, одновременно подвергается двоякому совокупному охлаждению, которое происходит на двух широких сторонах каждого второго соединительного канала 29а и 29b.
Помимо охлаждения теплопроводной перегородки 45, охлаждающая жидкость, циркулирующая в герметичном проходе 40, охлаждает теплопроводную перегородку 46 и, следовательно, посредством теплопроводной перегородки 46, вторую рабочую камеру 21.
Часть герметичного прохода 40 находится в разделительной стенке 50 между первой рабочей камерой 20 и второй рабочей камерой 21, между которыми он проходит, что выражается в улучшенном охлаждении первой и второй рабочих камер 20 и 21. Часть герметичного прохода 40 находится в разделительной стенке 51 между второй рабочей камерой 21 и третьей рабочей камерой 22, между которыми он проходит, что выражается в улучшенном охлаждении второй и третьей рабочих камер 20 и 21.
На фиг. 6-10 номером позиции 53 обозначены осевые каналы для одного из вращающихся валов 8, каждый, проходящие насквозь через разделительную стенку 50 и разделительную стенку 51.
Изобретение не ограничивается вариантом осуществления, описанным выше. В частности, корпус многоступенчатого насоса, соответствующий изобретению, может включать только один осевой канал 53 для одного вращающегося вала 8, например, в том случае, когда он является частью пластинчатого насоса.