RU166526U1 - Молекулярно-вязкостная проточная часть вакуумного насоса - Google Patents

Молекулярно-вязкостная проточная часть вакуумного насоса Download PDF

Info

Publication number
RU166526U1
RU166526U1 RU2016130341/06U RU2016130341U RU166526U1 RU 166526 U1 RU166526 U1 RU 166526U1 RU 2016130341/06 U RU2016130341/06 U RU 2016130341/06U RU 2016130341 U RU2016130341 U RU 2016130341U RU 166526 U1 RU166526 U1 RU 166526U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
molecular
rotor
channels
stator
flow part
Prior art date
Application number
RU2016130341/06U
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Константинович Никулин
Елена Владимировна Свичкарь
Илья Владимирович Соловьев
Original Assignee
Николай Константинович Никулин
Елена Владимировна Свичкарь
Илья Владимирович Соловьев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Константинович Никулин, Елена Владимировна Свичкарь, Илья Владимирович Соловьев filed Critical Николай Константинович Никулин
Priority to RU2016130341/06U priority Critical patent/RU166526U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU166526U1 publication Critical patent/RU166526U1/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/04Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

Молекулярно-вязкостная проточная часть вакуумного насоса с винтовыми каналами эллипсоидного профиля, расположенными на смежных поверхностях коаксиальных цилиндров, один из которых - ротор вращается, а второй - статор неподвижен, отличающаяся тем, что каналы ротора выполнены зеркально каналам статора под одинаковым углом к торцевой поверхности, но разным направлением, при этом кромка на периферии профиля на статоре и роторе выполнена острой с шириной, не превышающей 5% от ширины каналов.

Description

Полезная модель относится к вакуумной технике, а именно к вакуумным насосам и может быть использована в молекулярно-вязкостных вакуумных насосах и в комбинированных (гибридных) турбомолекулярных насосах.
Использование молекулярно-вязкостной проточной части в вакуумных насосах позволяет расширить диапазон рабочих давлений вакуумного насоса по сравнению с использованием в нем молекулярных проточных частей. При установке молекулярно-вязкостной проточной части в вакуумные насосы появляется возможность производить откачку газа из вакууммируемого объема, начиная с атмосферного давления и до высокого вакуума, т.е. при постоянном нагнетании вакуумным насосом газа в атмосферу. Существующие турбомолекулярные и молекулярные вакуумные насосы способны откачивать газ из вакууммируемого объема только после предварительного понижения давления в объеме форвакуумным насосом. Таким образом, использование молекулярно-вязкостной проточной части в вакуумных насосах позволяет в ряде случаев обходиться без форвакуумной системы откачки.
Задача улучшения откачных характеристик вакуумных насосов, расширения диапазона рабочих параметров вакуумных насосов при сохранении массогабаритных параметров насосов актуальна и может быть решена путем создания новых типов проточных частей, используемых в вакуумных насосах.
Из предшествующего уровня техники известен ближайший аналог молекулярно-вязкостной проточной части - лабиринтные уплотнения («Уплотнения и уплотнительная техника» Л.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.В. Гордеев и др.; Под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. - 2-е изд., - М.: Машиностроение, 1994. - 448 с.: ил.). Устройства, описанные в источнике, используются для уплотнения зазоров между полостями с различным давлением, с целью уменьшения перетекания газа или жидкости со стороны большего давления на сторону с меньшим давлением. Лабиринтные уплотнения образованы винтовыми каналами, выполненными на смежных поверхностях двух цилиндров. Внутренний цилиндр является ротором, а внешний статором. В качестве проточной части вакуумного насоса, откачивающей газ, конструкции уплотнений ранее не использовались. По сравнению с лабиринтными уплотнениями, описанными в источнике, изменен профиль каналов, ширина кромки уменьшена между каналами с целью улучшения откачных характеристик молекулярно-вязкостной проточной части вакуумного насоса.
Из предшествующего уровня техники известен ближайший аналог молекулярно-вязкостной проточной части - молекулярный вакуумный насос (патент RU 2168070 С2, 27.05.2001, фиг. 2). В корпусе насоса с радиальными и аксиальными зазорами установлен ротор. На наружной поверхности ротора и внутренней поверхности статора выполнены винтовые каналы, образующие проточную часть насоса с двумя ступенями откачки, расположенную между всасывающим и нагнетательным окнами. Всасывающее окно располагается в центральной части корпуса, нагнетательные окна располагаются ближе к торцевой части насоса. Каналы проточной части насоса выполнены в виде многозаходной резьбы. Внутренний диаметр резьбы увеличивается со стороны всасывания в сторону нагнетания, т.е. глубина каналов по длине проточной части насоса уменьшается. В осевом отверстии ротора расположен вал, концами жестко связанный с корпусом. Радиальный зазор между валом и отверстием ротора является газодинамической опорой ротора.
Отличие проточной части молекулярно-вязкостного вакуумного насоса от проточной части молекулярного вакуумного насоса заключается в геометрических параметрах каналов проточной части. Каналы проточной части молекулярного вакуумного насоса выполняются переменной глубины по длине проточной части насоса (от 10 мм до 20 мкм). Так как рассматриваемый насос является насосом кинетического, а не объемного действия, то такое решение приводит к значительному снижению отношения давлений, получаемого по длине каналов, и снижению быстроты действия проточной части насоса из-за увеличения влияния перетекания газа через зазор, что приводит к увеличению перетекания газа через радиальный зазор и снижению быстроты действия проточной части.
Из предшествующего уровня техники известен ближайший аналог молекулярно-вязкостной проточной части - турбомолекулярный насос (патент U.S. 4.735.550, 05.04.1998). Турбомолекулярный насос представляет собой конструкцию, состоящую из корпуса внутри которого неподвижно расположен статор и ротор, приводимый в движение электродвигателем. На смежных поверхностях ротора и статора выполнены каналы, образующие вихревую и молекулярную проточные части вакуумного насоса. В данной конструкции молекулярная проточная часть работает при повышенных давлениях и наиболее эффективна в молекулярном режиме течения газа.
Отличие проточной части, используемой в турбомолекулярном насосе от молекулярно-вязкостной проточной части вакуумного насоса, заключается в форме каналов. К тому же наличие толстой кромки на периферии профиля в проточной части турбомолекулярного насоса необходимо для снижения перетекания газа через зазор, что увеличивает длину проточной части и устранено в молекулярно-вязкостной проточной части вакуумного насоса, т.к. перетекания газа через зазор в последней не сказывается на откачных параметрах насоса особенно в переходном и вязкостном режимах течения газа.
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
на фиг. 1 представлена схема взаимного расположения ротора 1 и статора 2 молекулярно-вязкостной проточной части вакуумного насоса;
на фиг. 2 представлено расположение каналов на смежных поверхностях ротора 1 и статора 2 молекулярно-вязкостной проточной части вакуумного насоса;
на фиг. 3 представлена эллипсоидная форма профиля каналов молекулярно-вязкостной проточной части вакуумного насоса;
на фиг. 4 представлена конструктивная схема одноступенчатого молекулярно-вязкостной проточной части вакуумного насоса, где 1 - ротор, 2 - статор, 3 - корпус, 4 - всасывающий патрубок, 5 - нагнетательный патрубок;
на фиг. 5 представлена конструктивная схема одноступенчатого горизонтального двухпоточного молекулярно-вязкостного вакуумного насоса, где 1 - ротор, 2 - статор, 3 - корпус, 4 - всасывающий патрубок, 5 - нагнетательный патрубок;
на фиг. 6 представлена конструктивная схема многоступенчатого горизонтального двухпоточного молекулярно-вязкостного вакуумного насоса, где 1 - ротор, 2 - статор, 3 - корпус, 4 - всасывающий патрубок, 5 - нагнетательный патрубок;
на фиг. 7 представлена конструктивная схема многоступенчатого вертикального молекулярно-вязкостного вакуумного насоса, где 1 - ротор, 2 - статор, 3 - корпус, 4 - всасывающий патрубок, 5 - нагнетательный патрубок;
на фиг. 8 представлена конструктивная схема комбинированного турбомолекулярного вакуумного насоса с молекулярно-вязкостной проточной частью в качестве форвакуумной ступени, где 1 - ротор, 2 - статор, 3 - корпус, 4 - всасывающий патрубок, 5 - нагнетательный патрубок, 6 - статорное колесо, 7 - роторное колесо, 8 - вал.
на фиг. 9 представлена конструктивная схема комбинированного турбомолекулярного вакуумного насоса с молекулярно-вязкостной проточной частью в качестве форвакуумной ступени, где 1 - сборный ротор, 2 - статор, 3 - корпус, 4 - всасывающий патрубок, 5 - нагнетательный патрубок, 6 - статорное колесо.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Молекулярно-вязкостная проточная часть вакуумного насоса образована винтовыми каналами специального профиля, которые расположены на смежных поверхностях коаксиальных цилиндров (см. фиг. 1, 2). Вращающийся цилиндр называют ротором 1, второй неподвижный, называют статором 2. Расстояние между ротором и статором определяется величиной зазора δ. Каналы на роторе располагаются зеркально каналам на статоре, но с противоположным направлением относительно торцевой поверхности ротора. При этом угол наклона каналов на роторе равен углу наклона каналов на статоре γ (см. фиг. 2). Таким образом, каналы на роторе и статоре симметричны по расположению и имеют эллипсоидный профиль (см. фиг. 3). Основными габаритными размерами каналов являются высота канала h, ширина канала b, радиусом R, ширина кромки между каналами δкр, т.е. на их периферии.
Особенностью молекулярно-вязкостной проточной части вакуумного насоса является острая кромка на периферии профиля, как на роторе, так и на статоре, шириной δкр. Площадка кромки не должна оказывать сопротивления нормально падающему потоку частиц газа. Таким образом, ширина кромки δкр должна стремиться к нулю и не должна превышать 5% от ширины канала b.
Принцип действия молекулярно-вязкостной проточной части вакуумного насоса заключается в том, что за счет передачи дополнительного количества движения относительно каналов молекулам газа в направлении откачки происходит повышение давления. Дополнительное количество движения молекулы газа получают от вращающегося ротора при перемещении газа по каналам статора. За счет торможения молекул газа при столкновении со статором, они получают дополнительное количество движения относительно каналов ротора. Приращение динамического давления в каналах ротора преобразуется в статическое давление в неподвижных каналах на статоре. Следовательно, происходит увеличение создаваемого давления по всей длине канала.
Перепад давлений воздействует на частицы газа в направлении, близком к направлению нормали к каналу, а импульс количества движения передается частицам газа в направлении, перпендикулярном к оси Z (см. фиг. 2), т.е. практически во взаимно перпендикулярных направлениях. Воздействие каналов на молекулы газа приводит к движению молекул газа по спирали, т.е. его можно представить в виде вихревого движения частиц газа.
Процесс откачки, основанный на принципе относительного движения, предполагает одинаковое влияние относительной скорости движения рабочих органов ротора и статора при симметричном расположении каналов на перемещение газа соответственно в каналах статора и ротора.
Наличие винтовых каналов на роторе и статоре увеличивает быстроту действия в 2 раза в сравнении с проточными частями молекулярных насосов, в которых каналы в основном расположены либо на роторе, либо на статоре, а ответная поверхность гладкая. Каналы на роторе при их движении вдоль каналов на статоре играют роль лопаток, перемещающих газ; каналы на статоре при движении относительно каналов на роторе играют роль лопаток, перемещающих газ вдоль каналов на роторе.
Особенностью работы молекулярно-вязкостной проточной части вакуумного насоса является возможность работы в различных режимах течения газа: вязкостный, переходный (молекулярно-вязкостный), молекулярный, границы которых можно оценить числами Рейнольдса и Кнудсена. Эффективность работы молекулярно-вязкостной проточной части вакуумного насоса в том или ином режиме течения газа определяется условиями работы и геометрией проточной части.
Молекулярно-вязкостная проточная часть может использоваться в молекулярно-вязкостных вакуумных насосах. Конструктивные схемы одноступенчатого однопоточного (см. фиг. 4), одноступенчатого двухпоточного (см. фиг. 5), многоступенчатого двухпоточного горизонтального и вертикального (см. фиг. 7) молекулярно-вязкостных насосов образованы вращающимся ротором 1 и неподвижно закрепленным корпусе насоса 3 статора 2. Газ через всасывающий патрубок 4 поступает в проточную часть насоса и выходит из него через нагнетательный патрубок 5.
Молекулярно-вязкостная проточная часть вакуумного насоса может использоваться в комбинированном (гибридном) турбомолекулярном вакуумном насосе (см. фиг. 8) в качестве форвакуумной ступени. В этом случае в корпусе насоса 3 неподвижно закреплен статор молекулярно-вязкостной проточной части насоса 2 и статорные колеса турбомолекулярной проточной части насоса 6. На основном роторе насоса 8 закреплен ротор молекулярно-вязкостной проточной части насоса 1 и роторные колеса 7 турбомолекулярной проточной части насоса. Газ через всасывающий патрубок 4 поступает в турбомолекулярную проточную часть насоса, затем в молекулярно-вязкостную проточную часть насоса и выходит из него через нагнетательный патрубок 5.
В конструкции комбинированного турбомолекулярного вакуумного насоса (см. фиг. 9) молекулярно-вязкостная проточная часть и роторные колеса турбомолекулярной проточной части выполнены непосредственно на роторе 1, представляющей собой единую цельнометаллическую конструкцию.
Преимуществами молекулярно-вязкостной проточной вакуумного насоса являются: перенос частиц газа со стороны всасывания на сторону нагнетания, а не сорбирование их на рабочих органах насоса; безмасляная откачка газа; возможность работы вакуумных насосов с молекулярно-вязкостной проточной частью в качестве форвакуумной ступени в диапазоне давлений от атмосферного до высокого вакуума с или без дополнительной форвакуумной откачки; надежность; малая металлоемкость; экономичность. Допустимый радиальный зазор увеличен в 50-100 раз без снижения эффективности работы молекулярно-вязкостной проточной вакуумного насоса в сравнении с проточными частями молекулярных насосов, что упрощает технологию изготовления и сборки насоса в целом. Молекулярно-вязкостная проточная часть вакуумного насоса может использоваться в сочетании с другими типами проточных частей. В этом случае она считается одной из ступеней насоса.
Недостатками молекулярно-вязкостной проточной части вакуумного насоса являются: ограничение диапазона быстроты действия молекулярно-вязкостной проточной части за счет ограничения глубины каналов h; зависимость перепада давлений, обеспечиваемого проточной частью насоса, от длины канала.

Claims (1)

  1. Молекулярно-вязкостная проточная часть вакуумного насоса с винтовыми каналами эллипсоидного профиля, расположенными на смежных поверхностях коаксиальных цилиндров, один из которых - ротор вращается, а второй - статор неподвижен, отличающаяся тем, что каналы ротора выполнены зеркально каналам статора под одинаковым углом к торцевой поверхности, но разным направлением, при этом кромка на периферии профиля на статоре и роторе выполнена острой с шириной, не превышающей 5% от ширины каналов.
    Figure 00000001
RU2016130341/06U 2016-07-25 2016-07-25 Молекулярно-вязкостная проточная часть вакуумного насоса RU166526U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016130341/06U RU166526U1 (ru) 2016-07-25 2016-07-25 Молекулярно-вязкостная проточная часть вакуумного насоса

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016130341/06U RU166526U1 (ru) 2016-07-25 2016-07-25 Молекулярно-вязкостная проточная часть вакуумного насоса

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU166526U1 true RU166526U1 (ru) 2016-11-27

Family

ID=57777127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016130341/06U RU166526U1 (ru) 2016-07-25 2016-07-25 Молекулярно-вязкостная проточная часть вакуумного насоса

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU166526U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2680292C1 (ru) * 2018-04-10 2019-02-19 Виталий Николаевич Ключник Насос

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2680292C1 (ru) * 2018-04-10 2019-02-19 Виталий Николаевич Ключник Насос

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20120051948A1 (en) Vacuum Pump
RU166526U1 (ru) Молекулярно-вязкостная проточная часть вакуумного насоса
RU164000U1 (ru) Молекулярно-вязкостная проточная часть
CN201106558Y (zh) 一种无油涡旋真空泵
CN109359430B (zh) 立式长轴泵间隙密封计算方法
Svichkar et al. Molecular-viscous vacuum pump (MVVP)
US20210363991A1 (en) Rotary compressor
CN2903483Y (zh) 一种气、固、液三相输送泵
CN110529376B (zh) 一种涡旋压缩机定盘与动盘配合间隙测量装置及测量方法
CN204610276U (zh) 一种对置式同步回转多相混输泵
CN105927542A (zh) 一种双螺杆压缩机转子轴封结构
CN208236647U (zh) 一种真空泵及其多级真空泵
CN203548214U (zh) 高真空多级罗茨泵多功能检测装置
CN1061131C (zh) 一种抽吸高真空度的装置
CN111734632A (zh) 双螺杆转子组及真空泵
RU224933U1 (ru) Объемно-роликовый насос
CN106321425B (zh) 多级增压叶片泵
RU220514U1 (ru) Секторный нагнетатель
CN212155149U (zh) 一种偏心驱动平动式气液增压装置
CN217632947U (zh) 水陆两栖双吸自平衡多级泵
CN204025044U (zh) 十字环滚动运动的涡旋空气压缩机
JPH02264196A (ja) ターボ真空ポンプ
CN211975379U (zh) 一种转子滑片泵
CN214196645U (zh) 双吸式低压四螺杆泵
CN111322239A (zh) 一种新型转子滑片泵

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20200726