Молекулярный вакуумный насос

Номер патента: 1781463

Авторы: Заозерский, Иванов, Христачев, Юрченко

Есть еще 1 страница.

Смотреть все страницы или скачать ZIP архив

Текст

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 463 А РЕСПУБЛИК(я)5 Р 04 О 19 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(57) Сущность изобретения: в кор положены статорные диски с торце регородками, образующими о тутканалы,и снабжены упругими леп ри высотой не менее половины высоть ер- родки. Вертикальный ротор имеетный подвес и роторные диски, ри- . лепесток отогнут от перегородки нпревышающий 300 вокруг корня в увеличения угла наклона перегоро тору скорости. Ширина лепестка н А- шает высоты, 6 ил. 1 табл. Изобретение относится к вакуумной ныеканалы, выполненыизупругогоматеритехнике, а именно к конструкции вакуумныхала и снабжены лепестками, перекрываю- молекулярных насосов, и может быть ис- щими друг друга . в радиальном пользовано для получения высокого и направлении,пичемлепесткиимеютвысосверхвысокого вакуума в радиотехнической, ту не менее 0,5 высоты перегородки. Напризлектронной, химической промышленно-. мер, каждая перегородка может быть сти, а также в экспериментальной физике и выполнена из двух плотно прилегающих при космических исследованиях. друг к другу лепестковых гребенок, в которых лепестки взаимно смещены на половиИзвестен молекулярный вакуумный на- ну своей ширины.сос с ротором на магнитном подвесе. Насос . Недостаток устройства-прототипа сосодержит систему магнитного подвеса, кор- стоит в том, что сила трения, действующая пус с размещенными в нем статорными ди- при аварии на каждый из лепестков со стосками, которые снабжены торцевыми роны ротора, направлена почти вдольлепеспиральными перегородками, образующи- стка, так как в оптимальном насосе угол ми откачные каналы, вертикальный сталь- . между направлением перегородки и соотной вал, с помощью которого ветствующей линейной скоростью.воащеосуществляется подвес ротора в магнитном ния роторного диска лежит в пределах полеинакоторомкрепятся рогорныедиски. 10-20. Продольное расположение лепестДля повышения надежности торцевые спи- ков затрудняет упругую деформацию переральные перегородки, образующие откач- городки при аварии, что вызьвает 1(71) Научйо-исследовательский инстиприкладной математики и кибернетики иНижегородском государственном унивситете им. Н,И.Лобачевского(56) Авторское свидетельство СССРЬ 1366710, кл, Р 04 О 19/04, 1986.(54) МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ВАКУУМНЫЙ НСОС пусе расвыми петкачные естками,перего- магнитКаждый а угол, несторону дки к веке превы15 20 30 35 40 50 ускоренный износ трущихся поверхностейлепестков и роторных дисков.Целью изобретения .является повышение надежности.,Поставленная цель достигается тем, что 5в молекулярном вакуумном насосе; содержащем корпус, расположеннь 1 е в нем статорные диски с торцовыми перегородками,образующимисййральные откачные каналыи снабженные"уйругймилепестками высотой не менее половййьТВ 1 Соть 1 В первгородке, вертикальный ротор с магнитнымподвесом и роторными дисками, каждый лепесток отогнут от перегородки на угол, непревышающий 30 О, вокруг корня в сторонуувеличенйя угла наклона перегородки к вектору скорости, а ширина лепестка не превышает его высоты,Благодаря узости и отгибу лепестки становятся гораздо более-податливыми к отклонению вдоль скорости ротора поддействием силы трения, износ лепестков и.поверхности роторных дисков при аварийном торможении ротора уменьшается, чеми достигается поставленная цель - повышение надежности насоса, Согласно расчету,предложенный отгиб лепестков на угол, непревышающий 30, повышает степень сжатия насоса.На фиг.1 изображен предлагаемый молекулярный вакуумный насос в продольномсечении; на фиг.2 - поперечное сечение рабочего пространства статорного диска приоткачке от оси к периферии насоса; на фиг.3- поперечное сечение рабочего пространства статорного диска при откачке от периферии к оси насоса; на фиг,4 - перегородка,статорного диска с отогнутыми лепестками;на фиг,5 - плоская модель насоса; на фиг.б- модель насоса с отогнутыми лепесткамина перегородках,Предлагаемый насос содержит электромагнит 1, крышку 2 с выхлопным патрубком3, корпус 4 с размещенными в нем статорньми дисками 5, на крайнихиз которых 4укреплены аварийные опоры: вверху кольцо6, внизу стержень 7, вертикальный вал 8, сроторными дисками 9. На статорном диске5 имеются спиральные откачивающие каналы 10, образованные перегородками 11, которые снабжены упругими лепестками 12высотой Ь не менее половины высоты перегородки 6, каждый лепесток отогнут от перегородки вокруг корня в сторонуувелйчения.наклона перегородки к вектору 5скорости ротора на угол а, не превышающий 30, и имеет ширину аг, меньшую высоты Ь, На фиг.4 изображена заготовкаперегородки с отогнутыми лепестками втрех проекциях, Лепестки в данном случае получаются надрезанием заготовки на 0,5-1,высоты и отгибаются вокруг корня 4 на угола, не превышающий 30 О. К статорному диску перегородкикрепятся с помощью точечной сварки. Заготовки выполнены излистового материала, например, латуни,толщиной 0,03-0,3 мм,Работает насос следующим образом,Ротор вывешивается в магнитном полеэлектромагнита 1 и поддерживается на заданномуровне с помощью электронной схемы регулирования тока подвеса ираскручивается асинхронным двигателемдо рабочей скорости (схема й двигатель нафиг. не показаны). Откачиваемый газ поступает на.вход первой ступени откачки, образова ной поверхностью нижнегостаторного диска 5 и нижней поверхностью " :;"нижнего роторного диска, и перемещаетсявдоль спиральных каналов 10 от центра кпериферии насоса. Далеегаз диффундирует на вход второй ступени откачки, образованной верхней поверхностью нижнего ротор-; ного диска и нижней поверхностью среднего статорного диска, и двйжется от : периферий к центру насоса и т.д. до выхода газа через выхлопной патрубок 3.,В аварийной ситуации роторныедиски;касаясь упругих лепестков 12 перегородок11, отклоняют их, не повреждая своей по-,верхности. Лепестки после торможения вы-прямляются, восстанавливая своеположение. Благодаря узости и отгибу лепестков вокруг корня поперек скорости ротораони легко отклоняются ротором при аварии," "что уменьшает износ роторных и статорных элементов, чем и достигается поставленнаяцель - повышение надежности насоса.Расчет показал, что предложенный отгиб лепестка от перегородки на угол не свы-. ше 30 О повышает степень сжатия насоса.Зто результат не очевиден, так как влияние предлокенного отгиба на откачные характеристики насоса неоднозначно. С одной стороны, вдоль межлепестковых ка-, налов происходит утечка газа со сторонывысокого на сторону низкого давления, что ухудшает откачные характеристики. С другой стороны, как показывают фиг,2, 3, газ перемещается ротором вдоль межлепестковых каналов в направлении откачки. Целесообразно, поэтому, дать обоснованиеэтого результата методами приближеннойтеории молекулярного насоса.Зта теория основана на рассмотрениитечения газа в насосе как суперпозиции наведенного ротором потока молекул вдольоткачных канавок статора и обратно ему диффузионного потока, возникающего вследствие сжатия газа ротором, причемдля описания диффузионного потока используются результаты молекулярно-кинетической теории по течению газа в трубах с неподвижными стенками, При формулировке теории используется также предположение о постоянстве давления в поперечном сечении откачной канавки, что справедливо лишь при малых скоростях ротора,Однако не только. высокими скоростями объясняются трудности приближенной тео-, рии. Для достижения этих высоких скоростей, особенно на магнитных опорах, приходится увеличивать зазор между ротором и статором. Для учета влияния зазора в 15 приближенную теорию необходимо вводить дополнительные предположения о формеизобарической поверхности над перегородкой, разделяющей откачные канавки,Проиллюстрируем приближенную теорию на простейшем примере цилиндрического молекулярного насоса с откачными канавками постоянной ширины а и глубины Ь и с близкой к оптимальной квадратной 20 формой поперечного сечения а = Ь, фиг,5, 25 развернуто,На этой фигуре общепринятые изобарические поперечные сечения откачных канавок изабразятся отрезками прямых а,Предположим, что изобарические поверхности над перегородками имеют вид кусочков плоскостей, сопряженных со смежными поперечньцли сечениями одинаковых давлений. Эти поверхности на фиг,5 изобразятся отрезками прямых а 1. В дальнейшем для краткости изобарические поверхности будЕт называть изобарами а, а 1.Описание работы насоса проведем в общепринятом допущении стационарностирежима работы, справедливом при доста 35 40 точно медленных изменениях. внешних условий (газовой нагрузки, температуры и . т,п.). Газоотделение стенок насоса будем считать пренебрежимо малым, вследствие, например, обезгаживания путем предварительного прогрева под вакуумом. В этомслучае величина газоотделения откачиваемого объема равна алгебраической суммепотоков через любое поперечноесечениепроточной части насоса, например изобарическое. Запишем это уравнение для изобарической поверхности 1, состоящей изпоперечных сечений а канавок и поверхностей а 1 над перегородками, фиг.5.О = 0(Ом - Оо - 0), с, (1) 55где О - газоотделение в откачиваемом обьеме,О - число откацных канавок в насосе,Ом - поток, наведенный вдоль канавки,вращения роторов современных насосов 10(б) где е - величина зазора между ротором и статором,а 1 - длина изобары над перемычкой между откачными канавками,и -нормаль к этой изобаре, фиг.5, Прежде чем подставить формулы (4) - (б) в уравнение (1), перейдем от переменных (, и), к К где- координата вдоль канавки, и - нормальная к изобаре над перегородкой координата, Ь - высота насоса, фиг,5, Для этого на фиг.5 проведем еще одну ломаную изобарическую поверхностьна расстоянии Лот поверхностии установим Оо - обратный диффузионный поток вдоль канавки,0-диффузионный потокчерез перегородку.Наведенный ротором поток молекул равенС)м = ЧЯр 1), )2) где 3 = аЬ = Ь - площадь поперечного сечения канавки,Ч - средняя скорость наведенного ротором потока вдоль канавки,р- давление в поперечном сечении,- координата вдоль канавки.При вычислении скорости Ч необходимо учесть, что при соударении с поверхностью ротора молекула приобретает его упорядоченную скорость, а относительное число таких молекул при постоянстве давления газа в поперечном сечении канавки пропорционально относительной протяженности йоверхности ротора в периметре поперечного сечения откачной канавки.ч=м ссс а - т+-,: )3): где Ч соз а- проекция скорости ротора на направление канавки. Поставляя формулу (3) в выражение (2),получим для наведенного ротором потока молекулС 3 м Чсоэ а 2 +Ь Р(,) (4)а 2 ЬЭтот поток приводит к сжатию газа от входа к выходу насоса, вследствие чего возникают обратные диффузионные потоки в канавках и через перегородку, причем предполагается, что они такие же, как в соответствующей трубе или щели с неподвижными стенками. Согласно молекулярно-кинетической теории, эти потоки соответственно равны (3),1781463 соотношения между приращениями Ь, Ьп,Ь Ь.Из прямоугольного треугольнйка с катетом Ь Ь и гипотенузой Ь получаем5(7) где а - угол наклона канавок, Из прямоугольного треугольника с катетом б и гипо тенузой а 1 получаемзпР = -13(8) где б - ширина перегородки между канавка ми. Из прямоугольного треугольника с катетом Ь и, гипотенузой Ьи тем же углом Р при вершине имеем 20Для нахождения длины а 1 изобары надперегородкой в треугольнике с катетом б и. гипотенузой а 1 определяем второй катет по 35формуле а+б ща б Ь асоза40 бп б-уо зи а а Ь 2 бр 3 а+Ь бЬ авилами диффнкций В соответствии сцирования сложных ф б) б б б бйб 2 а соза3 с 9 а" 13) Перепишем формулы (4), (17), (18) для) канавок квадратного поперечного сечения 55 а-Ь бр б) бЬбп бЬ бпбЬ бЬ- , - даютб бпетственно.Если выражену (5). а выраже ормулами (7), (11) гд(19) См = - Ч соз12 р 3) подставить в фор) - в формулу (6) и ие( ние Из формул (8), (9) получаем ЪТИз формул (7), (10) имеем подставить полученные выражения в уравнение(1), то мы получим дифференциальное уравнение первого порядка с постоянными коэффициентами, описывающее работу молекулярного насоса. Вблизи концов насоса изобарические поверхности, которые мы ввели в рассмотрение, должны постепенно измениться таким образом, чтобы плавно перейти в области постоянного давления на вхбде й выходе насоса. В этих переходных областях, протяженность которых того же порядка, что и поперечный размер откачной канавки, предложенное дифференциальное уравнение первого порядка с постоянными коэффициентами, вообще говоря, неприменимо, Однако в реальных насосах, высота которых много больше поперечного размера канавки, можно пренебречь влиянием концов, Поэтому граничнь 1 е условия для уравнения (1), слагаемые которого описываются полученными выше формулами, запишутся в видер(п) = р 2 при и = Нр(Ь) = р 1 при Ь = О. В реальных насосах используются наиболее выгодные канавки квадратного поперечного сечения а" Ь, разделенные тонкими перегородками с б а,При б а из формулы (12) получаем Подставляя это выражение в формулугде Ом, Оо, О - соответственно поток от ротора вдоль канавки, и обратные диффузионные потоки вдоль канавок и через перегородку, описываемые формулами (19) - (21), Ом - поток, наводимый ротором в межлопаточнцх каналах, приходящихся на длину а 1 изобары, Оо - обратный диффузионный поток межлопаточных каналов, приходящихся на длину а 1 изобары.Ограничимся рассмотрением просвета между лепестками с прямоугольной Формой поперечного сечения, чего можно достигнуть отгибом лепестка у его корня.По аналогии с формулой (4) наводимый ротором поток через межлопаточнце каналы можнб записать в виде) ваго канала,а- угол отгиб Подставим а и(2 на лепестка,глубина межле стколепестка. формулы (29) в фония на аг получим рмулу аг 19 гаЬЧсоз (а 0) Обратный дифф меклопаточные канузионный потокалы согласно фо сквозь рмуле а 1 бр б-Ьзи (а+а 2- фо3 33)улыров ние (27) фо веденных ро Подставляя в ура- (21), (30), (33) для,- коорди канала.Подставля выражение дл стковые канал изобары а 1 а) - ,бЬ ата вдоль межлепесткоформулу (32) в (31), полутечки газа через межл укладывающиеся на дли обратных дифФузионных потоковпридемк уравнению-4 Ч (а р =о, (з 4 Решение. этО сать в виде равнения можно запи=ехр ( ,- зи2где р 1, рг - давление на вхонасога соответственно;Ч, уо - скорость ротора насоняя арифметическая скоростьдвижения молекул газа,а - ширина (равная вэтой фобине) откацной канавки; .а- угол наклона откачньх кая - величина зазора междустатором насоса; са и сред- еплового О муле глунавок, роторо О 5 4 б - толщина перегородки между канав-. ками;аг - шйрина лепестка перегородки;Ь - глубина межлепесткового канала; а- угол отгиба лепестка.Напомним, что в формуле (35) под глубиной Ь откачной канавки понимается расстояние между дном канавки и поверхностью ротора, под глубиной Ь межлопаточного канала - расстояние от дна канала, образованного деформированной поверхностью лепестка, до вершины лепестка.При а = О, когда отгиба нет, формула (35) переходит в формулу(25), что подтверждает ее правильность.Рассчитаем степень сжатия Ко уже рас. смотренного насоса с перегородками толщиной б = 0,5 мм, надрезанной на лепестки шириной аг = 5.мм, и высотой Ь = 5 мм, в зависимости от угла а отгиба. Результаты расчета по.формуле (35) приведены в таблице.Формула изобретения Молекулярный вакуумный насос, содержащий корпус, расйоложенные в нем статорные диски с торцевыми перегородками, образующими спиральные откачные каналы и снабженные упругими"ле 1 есткамй высотой не менее половины высоты в перегородке, вертикальный ротор с магнитным подвесом и роторными дисками, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, каждый лепесток отогнут от пе13 1781463 а;гад 0 10 20 32,5 30 40 Ко 6,6 7,5 9,2 9,6 9,5 8,6 регородки на.угол, не превышающий ЗОО, клона перегородки к вектору скорости, а вокруг корня в сторону увеличения угла на-ширина лепестка не превышает его высоты.од; ул,Гагарина, 10 енно-издательский комбинат "Патент ои каз 4264 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж, Раушская наб.;4/5

Смотреть

Заявка

4909218, 16.11.1990

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ И КИБЕРНЕТИКИ ПРИ НИЖЕГОРОДСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСТИТЕТЕ ИМ. Н. И. ЛОБАЧЕВСКОГО

ЗАОЗЕРСКИЙ ЮРИЙ ПЕТРОВИЧ, ИВАНОВ ВАДИМ ПАВЛОВИЧ, ХРИСТАЧЕВ ВАЛЕРИЙ НИКОЛАЕВИЧ, ЮРЧЕНКО ПЕТР ИВАНОВИЧ

МПК / Метки

МПК: F04D 19/04

Метки: вакуумный, молекулярный, насос

Опубликовано: 15.12.1992

Код ссылки

<a href="https://patents.su/9-1781463-molekulyarnyjj-vakuumnyjj-nasos.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Молекулярный вакуумный насос</a>

Похожие патенты