ВАКУУМНЫЙ ГАЗОРОТАЦИОННЫЙ НАСОС

ВАКУУМНЫЙ ГАЗОРОТАЦИОННЫЙ НАСОС


RU (11) 2237824 (13) C1

(51) 7 F04D19/04 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2003103171/06 
(22) Дата подачи заявки: 2003.02.03 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.02.03 
(45) Опубликовано: 2004.10.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: ФРОЛОВ Е.С. и др. Вакуумная техника. Справочник. - М.: Машиностроение, 1985, с.206-227. SU 1108245 А, 15.08.1984. SU 1537895 А1, 23.01.1990. GB 2145157 А, 20.03.1985. ЕР 0263000 А1, 06.04.1988. US 4895489 А, 23.01.1990. 
(72) Автор(ы): Григорьев Анатолий Николаевич (UA); Рыжков Владимир Иванович (UA); Рыжков Иван Владимирович (UA); Чеканов Н.А. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Белгородский государственный университет (RU) 
Адрес для переписки: 308015, г.Белгород, ул. Победы, 85, БелГУ, отдел интеллектуальной собственности, Т.М. Токтаревой 

(54) ВАКУУМНЫЙ ГАЗОРОТАЦИОННЫЙ НАСОС 
Изобретение относится к области вакуумной техники, в частности к механическим вакуумным насосам, и содержит цилиндрический корпус, разделенный поперечными статорными колесами, и ротор с набором роторных колес, выполненных в виде радиальных крыльчаток, закрытых с двух сторон дисками, причем один из дисков имеет центральное отверстие, совпадающее по диаметру с отверстием в статорном колесе, выполненном в виде диска с односторонним профилированным оребрением. Причем лопасти крыльчатки роторного колеса и оребрение статорного колеса выполнены со спиральным изгибом в противоположную от направления вращения сторону. Это позволяет улучшить откачные характеристики насоса за счет повышения коэффициента компрессии каждой ступени. 3 ил.





ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области вакуумной техники, в частности - к механическим вакуумным насосам.

Известны механические турбомолекулярные вакуумные насосы, включающие в себя цилиндрический корпус, разделенный статорными колесами, и ротор с набором роторных колес, у которых роторные и статорные колеса выполнены в виде дисков с косыми радиальными пазами [1].

Недостатками таких насосов являются сравнительно невысокий коэффициент компрессии одной ступени, значительные габариты и масса насоса, низкое выходное давление.

За прототип взят механический вакуумный насос типа ТМН-500, включающий в себя цилиндрический корпус, разделенный статорными колесами, и ротор с набором роторных колес, у которого роторные и статорные колеса выполнены в виде дисков с косыми радиальными лопатками [1].

По принципу действия этот насос представляет собой многоступенчатый роторный компрессор с осевой компрессией. Его недостатки, так же как и у всех турбомолекулярных насосов, следующие:

- сравнительно невысокий коэффициент компрессии одной ступени (1,5-4), что приводит к необходимости наличия большого числа ступеней, а следовательно, к увеличению габаритов и массы насоса;

- низкое выходное давление, порядка 10-1-1 Па, вследствие чего при использовании таких насосов необходима комплектация их с форвакуумными насосами, имеющими масляное уплотнение, что создает проблемы в особо чистых вакуумных технологиях.

Целью предлагаемого изобретения является улучшение откачных характеристик насоса за счет повышения коэффициента компрессии каждой ступени и в результате повышение выходного давления насоса.

Поставленная задача решается за счет того, что в насосе, содержащем цилиндрический корпус со статорными колесами и ротор с набором роторных колес, роторные колеса выполнены в виде радиальных крыльчаток, закрытых с двух сторон дисками, причем один из дисков выполнен с центральным отверстием, диаметр которого равен 0,2-0,3 диаметра роторного колеса, а статорные колеса выполнены в виде дисков с односторонним радиальным оребрением и центральным отверстием примерно такого же диаметра, как и диаметр отверстия диска ротора, причем расположены так, что расстояние между неоребренной поверхностью статорного колеса и диском ротора, имеющим отверстие, не превышает 1,0-2,5 мм. Оребрение и лопасти крыльчаток выполнены изогнутыми по спирали в направлении, противоположном направлению вращения.

Отличительными признаками предлагаемого насоса является выполнение роторных колес в виде радиальных крыльчаток, закрытых с двух сторон дисками, один из которых выполнен с центральным отверстием, диаметр которого равен 0,2-0,3 диаметра роторного колеса, а статорных колес в виде дисков с односторонним профилированным радиальным оребрением и центральным отверстием, совпадающим по диаметру с отверстием диска ротора. Причем оребрение и лопасти крыльчаток выполнены изогнутыми по спирали в направлении, противоположном направлению вращения. Система радиальных ребер и центральных отверстий на статорных колесах и роторных дисках создает каналы для перетока газа. Фактически для откачки газа используется центробежный эффект. Газ, попавший в указанные каналы за счет центробежной силы отбрасывается к наружным стенкам насоса, сжимается и откачивается следующей ступенью.

Благодаря наличию этих признаков уменьшается обратное перетекание газа, что позволяет увеличить коэффициент компрессии каждой ступени и, как следствие, обеспечить работу насоса при выходном давлении >105 Па без форвакуумного насоса. Кроме того, повышение коэффициента компрессии каждой ступени позволяет сократить количество ступеней, что приводит к снижению габаритов и массы насоса, т.е. снижению его металлоемкости и себестоимости.

Для предотвращения осевой нагрузки на подшипники ротора входной патрубок расположен посередине корпуса, а выходные патрубки - по краям. Такое решение позволяет разместить подшипники вне корпуса без сальников, т.е. позволяет проводить полностью безмасляную откачку.

На фиг.1 приведен продольный разрез предлагаемого насоса; на фиг.2 и фиг.3 - два поперечных сечения А-А и Б-Б на фиг.1.

Вакуумный газоротационный насос содержит цилиндрический корпус 1, статорные колеса 2 с односторонним радиальным оребрением 3, расположенный соосно внутри корпуса ротор 4 с набором крыльчаток 5, закрытых с одной стороны сплошным диском 6, а с другой стороны диском 7 с центральным отверстием 8 напротив центрального отверстия 9 в статорном колесе 2, входной патрубок 10, расположенный посередине корпуса 1, и два выходных патрубка 11, расположенных по краям корпуса 1, пневмоподшипники 12, расположенные вне корпуса. При вращении ротора в секторных каналах крыльчатки под действием центробежной силы возникает радиальный переток газа от оси к периферии. При этом давление в приосевой области понижается до некоторого значения Р0, а на периферии повышается до Pr. В поле центробежных сил зависимость давления газа от радиуса вращения имеет вид:



где R - радиус крыльчатки,

р0 - давление в приосевой области,

Pr - давление на периферии крыльчатки,

m - молекулярная масса газа,

- круговая частота вращения крыльчатки.

Коэффициент компрессии в каждой крыльчатке



Во время вращения за счет вязкости газа он будет работать как молекулярный насос типа “бегущая стенка”, и обратное перетекание газа будет существенно уменьшено. В зоне статорных колес ротация газа прекращается и возникает переток газа по направляющим ребрам от периферии к оси, где через центральные отверстия в диске статорного колеса и диске ротора газ поступает в следующую секцию. Это позволяет повысить коэффициент компрессии одной ступени до величин порядка 103. И при скорости вращения более 30000 об/мин и заданном выходном давлении, равном атмосферному, а входному давлению 10-7 Па необходимое количество ступеней будет равно 5 против 19 в прототипе, в котором выходное давление всего 1 Па. Таким образом, предлагаемая конструкция насоса позволяет:

- увеличить выходное давление до величин больше, чем 105 Па без применения форвакуумного насоса;

- снизить число ступеней, т.е. габариты и стоимость насоса, благодаря повышению коэффициента компрессии одной ступени до 103;

- работать с запыленными и агрессивными газами, благодаря полному отсутствию трущихся поверхностей;

- получить достаточно высокие скорости откачки при сравнительно небольших габаритах насоса;

- обеспечить полностью безмасляную откачку и равномерную осевую нагрузку за счет наличия входного патрубка в центре корпуса и двух выходных патрубков по краям корпуса, благодаря чему возможно расположение пневмодшипников и привода вне корпуса.

Литература

1. Вакуумная техника. Справочник. / Е.С. Фролов, В.Е. Минайчева, А.Т. Александрова и др.; под общ. ред. Е.С. Фролова и В.Е. Минайчева. М.:, Машиностроение, 1985. - 360 с. 



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Вакуумный газоротационный насос, содержащий цилиндрический корпус, разделенный поперечными статорными колесами, и ротор с набором роторных колес, отличающийся тем, что роторные колеса выполнены в виде радиальных крыльчаток, закрытых с двух сторон дисками, а статорные колеса выполнены в виде дисков с центральным отверстием и односторонним оребрением, причем один из дисков роторного колеса имеет центральное отверстие, совпадающее по диаметру с отверстием диска статорного колеса и равным 0,2-0,3 диаметра крыльчатки, расстояние между неоребренной поверхностью статорного колеса и диском роторного колеса с центральным отверстием не превышает 1,0-2,5 мм, а оребрение статорных колес и лопасти крыльчаток роторного колеса выполнены со спиральным изгибом в противоположную от направления вращения сторону.







ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru