干式螺杆真空泵热力耦合分析与结构优化设计

摘要

近年来，伴随着半导体行业和微电子行业的崛起，传统的真空泵因其无法满足清洁无油及耐腐蚀的要求而逐渐被新兴的干式真空泵所代替。干式螺杆真空泵就是一种常见的干式真空泵，因其结构紧凑、清洁无油、抽速大、寿命长、能适应恶劣工况以及可直排大气等优点受到众多企业和科研单位的广泛青睐。但由于国内干式螺杆真空泵研究起步较晚，螺杆转子的关键加工技术被国外垄断掌握，我国主要依赖于国外进口，价格昂贵，供货周期较长，无法满足市场需求。因此，本文以干式螺杆真空泵的核心部件螺杆转子作为研究对象，研究了单头和多头螺杆真空泵转子端面型线、转子热力学性能，并对真空泵结构进行优化设计，旨在弥补国内技术短缺的不足，推进国产干式真空泵的高速发展。论文共分为四章，主要研究内容如下： 第一章，简述干式螺杆真空泵的主要结构、工作原理和性能特点，重点说明螺杆转子型线设计和转子热变形分析的现状，例举分析国内外一流企业的产品，总结陈述将来干式螺杆真空泵的发展方向。 第二章，对几种典型的螺杆转子型线理论分析研究，包括多头型线和单头型线。比较各种型线的泄漏三角形、啮合线、面积利用系数等设计要素，分别选出性能较好的型线并给出型线方程。 第三章，建立螺杆转子热分析数学模型，通过 ANSYS软件模拟仿真得到三维螺杆转子在三种冷却方式共同作用下的温度场和形变量分布，阐述不同的螺杆转子热变形变化，分析讨论转速、冷却方式、螺杆齿数以及转子材料对转子形变的影响，并结合模拟仿真结果确定干式螺杆真空泵内部各处装配密封间隙值。 第四章，针对实际工作中发现的密封、冷却和腐蚀等问题对干式螺杆真空泵进行结构优化设计，采用磁流体密封改进真空泵的密封系统，并将原有的冷却水直接冷却系统改进为间接冷却系统，进一步提升干式螺杆真空泵的综合性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 干式真空泵概述

1.3 干式螺杆真空泵概述

1.4 关键技术研究现状

1.5 本文的主要研究内容

第2章 干式螺杆真空泵转子端面型线研究

2.1 转子型线设计

2.2 多头螺杆转子端面型线分析

2.3 单头螺杆转子端面型线分析

2.4 转子型线方程

2.5 本章小结

第3章 干式螺杆真空泵热力耦合分析

3.1 前言

3.2 数学模型

3.3 有限元仿真模拟

3.4 本章小结

第4章 螺杆真空泵结构优化设计

4.1 密封结构优化

4.2 冷却系统优化

4.3 本章小结

总结与展望

1 总结

2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录