МНОГОПОТОЧНЫЙ МОЛЕКУЛЯРНО-ВЯЗКОСТНЫЙ ВАКУУМНЫЙ НАСОС ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ

5
-7
Полезная модель относится к вакуумной технике, в частности к многопоточным молекулярно-вязкостным вакуумным насосам (МВВН), которые предназначены для работы в широкой области давлений всасывания: от 10 до 10 Па с быстродействием от нескольких л/с до сотен л/с.
Известен вакуумный насос (патент US 2009/0035123 А1, опубл. 05.02.2009) представляющий собой многоступенчатый молекулярный вакуумный насос, каждая ступень которого образована каналами на статоре и гладким ротором.
Недостатком данной конструкции является то, что быстрота действия насоса определяется быстротой действия первой ступени насоса. Остальные ступени необходимы для увеличения давления и не влияют на быстроту действия насоса.
Из предшествующего уровня техники известен вакуумный насос (патент US 6375413 В1, опубл. 23.04.2002), представляющий собой многоступенчатый молекулярный вакуумный насос с добавлением вихревой ступени.
И в этом насосе быстродействие определяется только быстродействием первой ступени насоса.
Известен двухпоточный молекулярный вакуумный насос (патент RU 2107840 С1, кл. F04D 19/04, опубл. 27.03.1998), представляющий собой конструкцию, в которой газ, попадая во всасывающий патрубок насоса, делится на два равных потока газа. Каждый поток газа откачивается двумя молекулярными проточными частями с одинаковыми геометрическими размерами, расположенными на одном валу. Быстрота действия насоса, определяемая данными потоками газа при давлении всасывания, зависит от размеров каналов проточной части насоса.
Недостатком данной конструкции является то, что каналы выполнены только на роторе, поэтому расстояние между каналами необходимо увеличивать для снижения потока газа перетекающего из канала в канал, что снижает быстродействие насоса.
Известен молекулярный вакуумный насос, выбранный в качестве прототипа (патент RU 2168070 С2, кл. F04D 19/04, опубл. 27.05.2001), представляющий собой конструкцию, состоящую из корпуса и ротора, на поверхностях которых имеются две проточные части насоса, образованные винтовыми канавками. Внутренний диаметр канавок увеличивается со стороны всасывания к стороне нагнетания. Всасывающий патрубок расположен в центральной части корпуса насоса. Выполнение двух проточных частей насоса позволяет увеличить быстроту действия насоса в два раза по сравнению с конструкцией насоса с одной проточной частью.
Недостатком данной конструкции является то, что общая площадь каналов зависит от их числа. Число каналов ограничено шириной межканального расстояния, размер которого обеспечивает сокращение потока газа перетекающего из канала в канал через зазор между корпусом и ротором. В результате быстродействие насоса определяется площадью поперечного сечения каналов каждой из проточных частей насоса.
Фактором, ограничивающим увеличение быстродействия насоса, является площадь каналов насоса, в которые попадает газ со стороны всасывания. Число каналов проточных частей молекулярных насосов ограничено шириной межканального расстояния, размер которого обеспечивает сокращение потока газа перетекающего из канала в канал через зазор между корпусом и ротором. Увеличение высоты канала приводит к увеличению быстродействия насоса за счет увеличения площади канала. Высота каналов ограничивается влиянием подвижной поверхности на течение газа в канале, так как при значительном увеличении высоты канала снижается импульс количества движения, передаваемый потоку газа от подвижной поверхности. При этом возможно образование застойной зоны в канале (ближе к его верхней границе) и как следствие увеличение обратного потока газа, что в итоге снижает быстроту действия насоса. Ширина каналов ограничена диаметром ротора, на котором они выполнены. Увеличение ширины канала повышает быстроту действия насоса за счет изменения площади канала. При этом снижается влияния боковых поверхностей газа на течение газа в канале, что может привести к уменьшению направленного потока газа и увеличению обратного потока газа, что в итоге снижает быстродействие насоса.
Ступени многопоточного МВВН параллельного действия образованы проточными частями с различными откачными параметрами. Первая ступень располагается в зоне всасывания. Номера остальных считаются по порядку, начиная с первой и заканчивая ступенью расположенной максимально близко к зоне нагнетания.
Существенным признаком насоса является то, что всасывание газа осуществляется по многопоточной схеме. Поток газа, попадая во всасывающий патрубок, делится на два потока. Затем каждый поток газа, попадая на первую ступень насоса, еще раз делится на два потока газа. При этом первая ступень насоса состоит из проточных частей, что позволяет увеличить быстродействие насоса кратно числу проточных частей.
В качестве проточной части многопоточного МВВН параллельного действия используется молекулярно-вязкостная проточная часть, которая образована винтовыми каналами, расположенными на смежных поверхностях ротора и статора. Формы профиля каналов на роторе и статоре выполняются одинаковыми, с равными габаритными размерами. Направление каналов на роторе и статоре выполнено под одним углом к торцевой поверхности, но с противоположным направлением. Откачные характеристики проточных частей насоса зависят от их геометрических размеров и скоростных параметров. В проточных частях МВВН могут существовать все известные режимы течения газа, начиная с вязкостного и заканчивая молекулярным, границы которых оцениваются числом Кнудсена.
Технической проблемой полезной модели является устранение отмеченных недостатков. Техническим результатом конструкции многопоточного МВВН параллельного действия является увеличение быстродействия насоса кратно количеству проточных частей первой ступени, в которую попадает газ при всасывании, без изменения габаритных размеров насоса, по сравнению с аналогичной двухпоточной конструкцией.
Техническая проблема решается, а технический результат достигается тем, что многопоточный молекулярно-вязкостный вакуумный насос параллельного действия содержит корпус с всасывающим и нагнетательным патрубками, в котором между внешним статором и внутренним ротором, соединенным с валом, расположены коаксиально промежуточные ступени, причем на смежных поверхностях статоров и роторов выполнены винтовые каналы молекулярно-вязкостной проточной части насоса с одинаковой формой профиля, при этом в корпусе вокруг внешнего статора образована кольцевая полость, сообщенная со всасывающим патрубком, статоры промежуточных ступеней выполнены из двух частей, каждая из которых закреплена одним концом в корпусе, а через зазор между ними пропущены перемычки, соединяющие смежные роторы между собой, во всех роторах и статорах, кроме статора последней ступени, выполнены периферийные окна, во внешнем статоре выполнена внутренняя центральная кольцевая проточка, в каждой части статоров промежуточных ступеней и внешнем статоре с стороны кольцевой проточки выполнен по меньшей мере один сквозной канал, причем в корпусе с обеих торцевых сторон закреплены коллекторы и в них через отверстия в корпусе выведены примыкающие к ним каналы в статорах.
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
на фиг. 1 представлен схематично многопоточный молекулярно-вязкостный вакуумный насос;
на фиг. 2 показана схема движения газа на фиг. 1.
Многопоточный молекулярно-вязкостный вакуумный насос параллельного действия содержит корпус 1 со всасывающим 2 и нагнетательным 3 патрубками. Между внешним статором 4 и внутренним ротором 5, соединенным с валом 6, расположены коаксиально промежуточные ступени. На смежных поверхностях статоров и роторов выполнены винтовые каналы молекулярно-вязкостной проточной части насоса с одинаковой формой профиля. В корпусе 1 вокруг внешнего статора 4 образована кольцевая полость 7, сообщенная со всасывающим патрубком 2. Статоры 8 и 9 промежуточных ступеней выполнены из двух частей, каждая из которых закреплена одним концом в корпусе. Через зазор между ними пропущены перемычки 10, соединяющие смежные роторы 11 и 12 между собой. В роторах и статорах выполнены периферийные окна 13. Во внешнем статоре 4 выполнена внутренняя центральная кольцевая проточка 14. В каждой части статоров 8 и 9 промежуточных ступеней и внешнем статоре 4 со стороны кольцевой проточки 14 выполнены сквозные каналы 15, 16 и 17. В корпусе с обеих торцевых сторон закреплены коллекторы 18 и 19, куда через отверстия 20 в корпусе выведены примыкающие к ним каналы в статорах.
Поток газа 21, попадая во всасывающий патрубок 2, разделяется на два равных потока 22 и 23. Схема движения потоков газа показана стрелками на фиг. 2. Поток газа 22 разделяется на равные потоки 24, 25, 26 и 27, количество которых определяется количеством проточных частей насоса, одновременно откачивающих газ из всасывающей полости насоса. Поток газа 23 разделяется на равные потоки 28, 29, 30, 31, количество которых определяется количеством проточных частей насоса, одновременно откачивающих газ из всасывающей полости насоса. На фиг. 1, 2 показано по четыре проточные части в левой и правой частях насоса. Количество проточных частей, соединенных с всасывающим патрубком, определяется быстродействием насоса, которую необходимо обеспечить, но ограничено прочностными свойствами материала ротора и размером всасывающего патрубка.
Поток газа 28 с периферии ротора 11 движется по каналам проточной части насоса в центр ротора, а затем через каналы 17 в статоре 4 в коллектор 19. Потоки газа 29 и 30 с периферии ротора движутся по каналам проточной части насоса в центр ротора, а затем через каналы 15 в статоре 8 в коллектор 19, где объединяются с потоком 28 в поток 32. Из коллектора 19 поток газа 32 поступает через каналы 16 в статоре 9 в центральную часть ротора на всасывание последней ступени насоса. Также на всасывание последней ступени по каналам проточной части насоса поступает поток газа 31. Потоки газа 31 и 32 объединяются перед входом в последнюю ступень насоса в поток 33 и движутся по ее каналам к нагнетательному патрубку 3 насоса.
Поток газа 24 с периферии ротора 11 движется по каналам проточной части насоса в центр ротора, а затем через каналы 17 в статоре 4 в коллектор 18. Потоки газа 25 и 26 с периферии ротора движутся по каналам проточной части насоса в центр ротора, а затем через каналы 15 в статоре 8 в коллектор 18, где объединяются с потоком 24 в поток 34. Из коллектора 18 поток газа 34 поступает через каналы 16 в статоре 9 в центральную часть ротора на всасывание последней ступени насоса. Также на всасывание последней ступени по каналам проточной части насоса поступает поток газа 27. Потоки газа 27 и 34 объединяются перед входом в последнюю ступень насоса в поток 35 и движутся по ее каналам к нагнетательному патрубку 3 насоса.
Потоки 35 и 33 откачиваются из нагнетательных патрубков 3 дополнительным форвакуумным насосом, если это необходимо, или попадают в окружающую атмосферу или специальный ресивер. 6 для уменьшения энергозатрат после каждой из ступеней сжатия в процессе откачки объекта при повешенном давлении (близкого к атмосферному), что предотвращает увеличение давления газа выше атмосферного.
Быстродействие многопоточного молекулярно-вязкостного вакуумного насоса определяется количеством проточных частей, одновременно откачивающих газ из всасывающей полости насоса.