Пароструйный вакуумный насос

 

Сущность изобретения: генераторыформироватеди струй пара объединены в блоки, каждый из к-рых состоит из двух коаксиально расположенных трубок, установленных с зазором. Наружная трубка имеет щель с соплом Лаваля на выходе, внутренняя - соединена с системой подачи рабочей жидкости и имеет .ряд отверстий, направленных в сто рсну, противоположную направлению на щель в наружной трубке. 8 зазоре между трубками расположен электронагреватель (спираль). Между кромками плоскостей холодильника в вершине образованного ими плоского угла оставлена щель, соединяющая пространство между плоскостями холодильника с полостью, соединенной с трубой для откачки сжатого насосом газа и емкостью для рабочей жидкости, в к-рую погружен насос для подачи этой жидкости в генераторы-формирователи струй пара. 2 з.п.ф-лы, 5 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s F 04 F 9/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) СПИйНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4857262/29 (22) 07,08.90 (46) 15,12.92. Бюл. N- 46 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) Г.И.Лесков и С.П.Костенко (56) Цейтлин А.Б. Пароструйные вакуумные насосы, M.-Л.: Энергия, 1965;

Авторское свидетельство СССР

М 1546723, кл F 04 F 9/00, 1988.

Авторское свидетельство СССР

М 1276856, кл, F 04 F 9/00, 1985.

Патент CLUA М 2691481, кл. 417-152, 1954. (54) ПАРОСТРУЙНЫЙ ВАКУУМНЫЙ НАСОС (57) Сущность изобретения: генераторыформирователи струй пара объединены в блоки, каждый из к-рых состоит из двух коИзобретение относится к вакуумной технике и может быть использовано в конструкциях пароструйных вакуумных насосов, предназначенных для получения вакуума д ) 1 04 fl a

Известны эжекторные, бустерные и диффузионные пароструйные насосы. Они имеют охлаждаемые корпуса, кипятильники для получения пара, паропроводы, сопла

Лаваля, камеры смешения. Схемы их построения и конструкции, производительность и КПД определяют, прежде всего, способ подготовки пара раоочего тела: нагрев и испарение жидкости из ванны значиЯЛ 1781466 А1 аксиально расположенных трубок, установленных с зазором, Наружная трубка имеет щель с соплом Лаваля на выходе, внутренняя — соединена с системой подачи рабочей жидкости и имеет.ряд отверстий, направленных в сторону, противоположную направлению на щель в наружной трубке, В зазоре между трубками расположен электронагреватель (спираль). Между кромками плоскостей холодильника в вершине образованного ими плоского угла оставлена щель, соединяющая пространство между плоскостями холодильника с полостью, соединенной с трубой для откачки сжатого насосом газа и емкостью для рабочей жидкости, в к-рую погружен насос для подачи этой жидкости в генераторы-формиро-. ватели струй пара. 2 з.п.ф-лы, 5 ил. юаЪ тельной толщины в кипятильниках, При этом с 1 см площади свободной поверхно- + сти жидкости за 1 с можно получить пар рабочих жидкостей с теплосодержанием не Ои более 5Дж. В противном случае наблюдается бурление жидкостей, ухудшение теплопекаЪ редачи к ним от нагревателей, разбрызгивание. Для получения интенсив- нь:х струй существующие эжекторные и бустерные насосы изготавливают в виде самостоятельных конструкций с кипятильниками больших размеров.

Мощность нагревателей (испарителей) рабочих жидкостей во всех пароструйных насосах постоянна, не зависит от д.: аления

1781466 откачиваемого газа, что приводит к большим потерям энергии.

Тепловая инерционность (постоянная времени) кипятильников достигает нескольких десятков минут, поэтому автоматиче- 5 ское управление их мощностью практически невозможно. По этой же причине для сокращения времейи на запуск и остановку насосов они комплектуются сложными вакуумйыми затворами, предо- 10 храняющими разогретую рабочую жидкость от окисления воздухом высокого давления.

Струи пара в существующих диффузионных и бустерных насосах сталкиваются не только с поверхностями холодильников, 15 но и с горячими паропроводами и соплами. . На них они частично меняют направление на обратное, проникают в откачиваемые объемы. загрязняют их и уменьшают быстроту откачки. Отсутствие возможности пе- 20

-регрева пара также ограничивает эту быстроту, Целью настоящего изобретения является устранение перечисленных выше недостатков. совмещение в одной конструкции 25 эжекторного, бустерного и диффузионного насосов, повышение относительной быстроты откачки (Хо-фактора) и КПД насосов, автоматизация процесса откачки в зависимости от давления откачиваемого газа, сни- 30 жения обратного потока паров рабочего тела и упрощение конструкции откачивающих устройств,.

Указанные цели достигаются за счет применения пленочного испарения рабочей 35 жидкости в генераторе-формирователе струй пара, выполненном в виде единого блока, состоящего из двух коаксиально рас положенных трубок, установленных с зазором, из которых наружная имеет 40 продольную щель с соплом Лаваля на выходе, а внутренняя соединена с системой подачи рабочей жидкости .и имеет ряд отверстий, направленных в сторону, противоположную направлению на щель в на- 45 ружной трубе; в зазоре мен<ду.трубками размещен электронагреватель, например, спираль, а холодильник выполнен в виде двух сходящихся под некоторым углом охлаждаемых пластин, при этом генератор- 50 формирователь струи установлен между плоскостями холодильника, а его сопло направлено в сторону сужающейся части холодильника; между кромками плоскостей холодильника в вершине образованного 55 ими угла оставлена щель, соединяющая холодильник с полостью для конденсата пара рабочей жидкости и сжатого насосом откачиваемого газа; полость имеет поддон с желобом, соединенным с емкостью для размещения запаса рабочей жидкости, в которую погружен насос системы подачи рабочей жидкости в генератор-формирователь струи пара.

Это позволило получить конструкцию, способную непрерывно интенсивно испарять, перегревать и конденсировать рабочее тело в тонком слое и, изменяя скорость его подачи и мощность нагрева, получить струю пара в широком диапазоне плотности и скорости, что дает возможность насосу работать в э>кекторном, бустерном и диффузионном рех<имах.

Другой вариант насоса за счет того, что между плоскостями холодильника один над другим установлены несколько генераторов-формирователей струй. каждый из которых снабжен дополнительным холодильником, установленным с зазором на генераторах-формирователях со стороны, противоположной cohny, и имеет форму клина, вершина которого направлена в сторону расширяющейся части холодильника, что позволило получить многоступенчатый насос и избежать противотока пара верхних ступеней при соприкосновении с нижними ступенями.

Третий вариант насоса за счет того, что электронагреватели имеют различное сопротивление, при этом минимальное сопротивление имеет нагреватель генератора-формирователя струи, расположенного в самой узкой части холодильника, а максимальное — в самой широкой части; электронагреватели и насос системы подачи рабочей жидкости электрически связаны с одним и тем же источником питания переменного тока через общий тиристорный ключ, управляемый фазовращателем, вход которого соединен с вакуумметром, что позволило автоматизировать процесс откачки.

На фиг.1 изображен генератор, продольный разрез; на.фиг.2-то же, поперечный разрез; на фиг.3-то же, общий вид; на фиг,4-то же, вид сверху; на фиг.5-блок-схе-, ма автоматического управления насосом.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Генератор-формирователь струи пара представляет собой кварцевую трубку 1 со щелью по всей длине. B ней размещен нагреватель-спираль 2 из нихромовой проволоки, сопротивлением R. Его мощность

U2

P = —, где U — напряжение на спирали. По оси трубки 1 размещен трубчатый распылитель рабочей жидкоСти 3 с отверстиями ма5 ... 1781466 6 лого диаметра в Стенке, направленными ричнымнапряжениемU 75В,безопасным вверх. Снаружи трубка охвачена формиро- для обслуживающего персонала. Через вателем струи 4,:образующим сопла Лава- ключ 31, состоящий из двух включенных ля. Соплo Лава ля может бы-ть встречно-параллельно тиристоров, источспрофилировано и йз материала трубки 1 5 ник питания соединен стремя спиралями 32 при ее изгоговлении.,:, генераторов- формирователей струй пара, а

Монтируются все элементы генератора- . через двухполупериодный выпрямитель 33 формйрователя струи в крышке 5. Электри- с электроприводом 34 шестеренчатого наческий ток к нагревателю подводится.по. соса, Фазовращатель 35, управляемый сигшине 6, охватывающей, скобу 7, с которой 10 налом вакуумметра 36, определяет угол соединен один конец спирали. Второй ее . отпирания тиристоров ключа 31 и, следоваконец соединен с заглушкой 8, которая вин- тельно, мощность нагревателей 32 и число том 9 крепится к распылителю 3. оборотов двигателя 34. Преобразователь 37

Рабочая жидкость к распылителю под- . вакуумметра 36, например, ПММ-28 расповодится по трубочке 10 через штуцер 11, 15 лагается в откачиваемой камере. Тепловое электрическая изоляция начала спирали от реле 38 с датчиком 39 включает вакуумметр крышки 5 и распылителя 3 осуществляется 36 при заданном давленйи в откачиваемой втулками 12 и 13. .: ..-:.., . камере.

Общая компоновка трехступенчатрго Насос работает следующим образом. насоса показана на фиг.3 и фиг.4. Три гене 20 После откачки форвакуумным насосом ратора струй парэ 28 крепятся между парал- газа.из камеры до давления, например, 100 лельными щеками 14, отстоящими друг .-от Па, при котором пароструйный насос может друга на расстояние 1. По обе стороны отних работать. в эжекторном режиме на рабочих к.тем же щекам приварены два основньй жидкостях, стойких к окислени о воздухом,. холодильнйка-конденсатора пара l5 и 16, 25 например ПФЫС-2, реле 38 включает вакуимею@их форму клина с углом при верши- . умметр 36, сигнал от которого приводит в . не, Внутри конденсаторов вварены попе- - действие фазовращатель 35, Он отпирает речные перегородкй 17. Охлаждаются тиристоры ключа 31 в-начале каждого полповерхности конденсации рабочего пара .. упериода напряжения. На нагревателях 32 изнутри .струями воды,.поступающей: по 30 генераторов-формирователей струй пара и трубкам 18 с отверстиями в их стенках; Над.: электроприводе 34 шестеренчатого насоса генераторами-формирователями струй па-. воздействует электрическое . напряжение ра расположены с зазором вспомогатЕль- максимальной величины. В распылители ге. ные конденсаторы 19, имеющие форму нераторов-формирователей поступает макклина С углоМ Р при вершине. Они также -35 сймальное колйчество рабочей жидкости и крепятсякщекам14иохла кдаютсяизнугри: . энергии для ее испарения. В: нижней— водой, поступающей по трубкам 20;: третьей — эжекторной ступени, сопротивле,Под основными конденсаторами к ще- .. ние нагревателя которой минимально, а секам 14 под углом у к горизонту приварено чение отверстий в распылителе рабочей днище 21, углубление в котором сообщается 40 жидкости максимально, образуется наибос баком 22 для рабочей жидкости. Внутри лее плотная струя, Взаимодействуя силами бака расположен шестеренчатый насос 23, . вязкого трения с откачиваемым газом, эта вращаемый электродвигателем 24. Маслоп-, . струя увлекает газ через щель между. конровод 25 соединяет насос 23 со всеми рас- денсаторами 15 и 16 в полость .под ними, пылителями рабочей жидкости в 45 откуда откачивается форвакуумным насогенераторах-формирователях струй пара. сом через отверстие в плите 29. Посла вы. Электрическийтоккнимподводитсяпоши- полнения своих функций струя пара не 26. Узел 27 управляет мощностью нагре- конденсируется, жидкость по наклонному вателей и числом "оборотов днищу 21 стекает в бак 22, откуда насосом электродвигателя 24 и насоса 23 в зависи- 50 23 снова подается в генераторы пара. По мости от давления откачиваемого газа. мере снижения давления в откачиваемой

Все узлы насоса монтируются на плите камере вступают в действие бустерная

29, служащей также-крышкой люка, через (средняя)идиффузионная(верхняя) ступени который откачивающйе газ узлы насоса вво- насоса, плотность струй пара в которых, HG дятся внутрь откачиваемых камер или при- 55 пример, в 3 и 9 раз ниже, чем в эжекторной . строек к ним. Узел 27 автоматического (нижней)ступени,посколькувнихвсоответуправления режимом работы — фиг.5 собран ствующем отношении меньше мощность наиз существующих элементов. Он питается гревателей и сечение отверстий в от понижающего трансформатора 30 со вто- распылителях рабочей жидкости, 1781466

По мере снижения давления откачиваемого газа уменьшается сигнал на фазовращатель 35, поступающий от вакуумметра 36, что приводит к увеличению угла отпирания тиристоров ключа 31, снижению мощности нагревателей 32 и числа оборотов привода

34 шестеренчатого насоса. Плотность струй пара из всех трех их генераторов-формирователей снижается, эффективность работы насоса в бустерном и диффузионном режимах возрастает.

Ни в одной точке насоса струи пара не вступают в контакт с нагретыми поверхностями, что снижает обратный поток рабочего тела в откачиваемый объем и повышает быстроту откачки. Для остановки насоса достаточно отключить его от электросети или поднять давление в откачиваемой камере выше 100 Па, при котором реле 38 отключает вакуумметр 36 и запирает ключ 31, После этого подача рабочей жидкости в генераторы-формирователи струй пара прекращается, ее остатки располагаются на холодных поверхностях конденсаторов, напуск воздуха в откачиваемый объект может начаться медленно, Предварительную откачку этих объемов можно производить непосредственно через насос, т.к. горячей рабочей жидкости в нем нет, и отказаться от устройств для коммутации цепей предварительной откачки и вакуумными затврров.

Примером конкретного выполнения является насос, в котором е = 40 см (фиг.4), 2b= 15 см, площадь входного отверстия (диффузионной диафрагмы) F-2p е = 600 см2; масса откачивающйх блоков 14 кг, площадь в плане 0,22 м, быстрота откачки в диффузионном режиме S " "Ятеор - Хо F=11,6 0,75 600 = 5000 л/с.

Максимальные мощности нагревателей; третья ступень Рз = 2000 Вт, вторая — Pz ==600 Вт, первая - Р1 = 200 Вт, время их разогрева 18 с.

При использовании масла ПФМС-2, на нагрев и испарение которого требуется 612

Дж/г, . генератором пара третьей ступени выдается 3,2 г/с. При коэффициенте эжекции Ч = 0,5 эта ступень, работая как эжекторный насос,при давлении Р = 100 Па может откачать воздух, масса которого mb =

=0,5 3,2=1,6r/с или И-1250л/с.

Формула изобретения

1. Пароструйный вакуумный насос, содержащий генератор пара, формирователь струй пара, холодильник для конденсации пара в виде двух сходящихся под некоторым углом охлаждаемых поверхностей, между которыми установлены формирователи струй с соплами, направленными в сторону

25 лодильника с. полостью, соединенной с трубой для откачки сжатого насосом газа и

30 ра

50 сужающейся части, поддон для сбора конденсата, соединенный с емкостью для рабочейжидкости,отл ич а ющи йся тем,что, с целью повышения скорости откачки и совмещения в одной конструкции эжекторного, бустерного и диффузионного насосов за счет формирования нескольких струй пара различной интенсивности, повышения КПД насоса, упрощения конструкции откачивающих агрегатов, генераторы и формирователи струй пара обьединены в блоки, каждый из которых состоит из двух коаксиальных трубок, установленных с зазором, наружная из них имеет щель с соплом Лаваля на выходе, а внутренняя соединена с системой подачи рабочей жидкости и имеет ряд отверстий, направленных в сторону, противоположную направлению на щель в наружной трубке, в зазоре между трубками расположен электронагреватель, например спираль, между кромками плоскостей холодильника в вершине образованного ими плоского угла оставлена щель, соединяющая пространство между плоскостями хоемкостью для рабочей жидкости, в которую погружен насос для подачи рабочей жидкости в генераторы-формирователи струй па2, Насос по п.1, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью. уменьшения обратного потока паров рабочей жидкости, каждый генератор-формирователь струй пара снабжен дополнительным холодильником, установленным с зазором со стороны, противоположной соплу генератора-формирователя, и имеющим форму клина, вершина которого направлена в сторону расширяющейся части холодильника.

3. Насос по пн.1 и 2, отличающийся тем, что, с.целью автоматизации процесса откачки, генераторы-формирователи струй пара имеют малую массу и тепловую инерционность. их электронагреватели имеют различное сопротивление, при этом минимальное сопротивление имеет электронагреватель генератора-формирователя эжекторной ступени насоса, расположен- . ной в самой узкой части холодильника, максимальное сопротивление имеет электронагреватель диффузионной ступени насоса, расположенной в самой широкой. части холодильника, электронагреватели и насос системы подачи рабочей жидкости в генераторы-формирователи струй пара электрически связаны с источником питания через тиристорные ключи, управляемые фазовращателем, вход которого соединен с вакуумметром, причем тиристорные ключи

1781466

9 10 выполнены с возможностью снижения мощ- оборотов насоса для подачи рабочей жидконости электронагревателей в генераторах- сти rio мере улучшения вакуума в откачиваформирователях, струй пара и числа емом объеме.

1781466

Фиг q

Составитель Г.Лесков

Редактор A.6ep Техред М.Моргентал Корректор П.Герещи

Заказ 4264 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101