多级干式罗茨真空泵实际抽速计算的研究

摘要

近年来，随着电子工业、化学工业、薄膜及冷冻干燥行业的蓬勃发展，越来越多的行业要求有清洁的、没有油蒸汽存在的真空环境作为其生产基础，因此市场对性能优异的罗茨泵的需求也越来越迫切。在罗茨泵的设计实践和性能计算中，尤其是在计算罗茨泵的实际抽速和极限压强等性能指标时，需对间隙泄漏量进行精确计算。目前，在间隙泄露量方面多为经验公式，而且没有考虑管道尺寸变化和转子运动对流导的影响，因此理论计算与实际值有较大差距。
　　 在设计与制造罗茨泵时，往往先根据技术指标进行理论设计，然后依据设计尺寸生产样品进行实验验证。实验与理论的差距导致我们需对设计进行修正与改进，随后生产样品进行再验证，这样无疑会消耗大量的时间与财力。本课题主要研究了罗茨泵间隙泄漏量的建模以及考虑(?)子不平衡产生的变形量和泵体热变形对间隙通道的影响等，并对这些因素进行了改进。
　　 文中总结了考核罗茨泵性能所涉及的指标及其计算方法，简单描述了间隙泄漏的几种情况。并对前人的科技成果作出了改进，推导了粘滞流、过渡流及分子流三种流态下矩形复杂管道的流量计算公式，为推导罗茨真空泵的间隙泄漏打下了基础。
　　 在改进的计算公式的基础上，本文介绍了圆弧、渐开线和摆线这三类常见的罗茨转子的型线方程、工作时的特征尺寸和啮合过程，推导了这些型线在各种流态下的泄漏量计算方法。借助高等数学的原理和多种数学软件，编写了计算程序，方便、快捷地求得结果。接下来，对罗茨泵样机的泄漏量与性能指标进行了计算，并与未修正前计算值以及实测值进行了对比分析。
　　 本文对罗茨泵样机的泄漏量进行了计算，并通过ANSYS软件对罗茨泵转子和泵腔进行进行动力学及热力学分析，求出转子的多场耦合下的轴向和径向形变量和泵腔的热变形及应力分析。然后将得到的数据代入计算得到修正后的实际抽速结果。并与未修正前的计算结果进行比较。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.1.1 国外发展概况

1.1.2 国内发展概况

1.2 罗茨泵性能计算的发展

1.2.1 间隙泄漏量计算的发展

1.3 课题研究的内容及意义

1.3.1 课题研究内容

1.3.2 课题研究意义

第2章 罗茨泵工作原理及性能计算

2.1 罗茨泵的工作原理及特点

2.1.1 罗茨泵的工作原理

2.1.2 罗茨泵的特卢

2.2 容积利用系数和抽气速率

2.2.1 罗茨泵的抽气速率

2.2.2 罗茨泵的容积利用系数

2.3 极限真空和零流量压缩比

2.3.1 罗茨泵的极限真空

2.3.2 罗茨泵的零流量压缩比

2.4 罗茨泵的泄漏

第3章 多级罗茨间隙通道的稀薄气体泄漏模型及计算

3.1 粘滞流流态下泄漏量的计算模型

3.2 分子流流态下泄漏量的计算模型

3.2.1 克努森流导积分公式

3.2.2 传输几率法

3.2.3 分子流状态下固体表面的解吸作用

3.2.4 转子高速转动过程中的充填损失泄漏模型

3.3 过渡流流态下泄漏量的计算模型

3.3.1 加权法

3.3.2 分区域法

第4章 不同流态下各型线转子泄漏量计算模型

4.1 各型线转子的基本参数

4.1.1 圆弧型转子型线基本参数

4.1.2 渐开线型转子型线基本参数

4.1.3 摆线型转子基本参数

4.2 粘滞流下各型线转子的泄漏量

4.2.1 圆弧型转子在粘滞流下的泄漏量

4.2.2 渐开线型转子在粘滞流下的泄漏量

4.3 分子流下各型线转子的泄漏量

4.3.1 圆弧型转子在分子流下的泄漏量

4.3.2 渐开线型转子在分子流下的泄漏量

4.4 过渡流下各型线转子的泄漏量

4.4.1 圆弧型转子在过渡流下的泄漏量

4.4.2 渐开线型转子在过渡流下的泄漏量

4.5 摆线型转子在各流态下的泄漏量

第5章 转子不平衡量及泵腔热变形对间隙通道的影响

5.1 转子动平衡的理论依据

5.2 转子轴类型确定

5.3 转子不平衡量计算模型

5.4 由不平衡引起的支撑力

5.5. 许用不平衡量引起的振动变形模型

5.6 由不平衡量引起的转子轴变形

5.7 转子变形量分析

5.8 多场拟合后转子的轴变形量的分析

5.9 泵腔的热变形及应力分析

第6章 多级罗茨千泵实际抽速的研究

6.1 多级罗茨干泵实际抽速的计算模型

6.2 未修正罗茨泵各部分形变量时返流量的计算

6.2.1 罗茨泵主要尺寸

6.2.2 罗茨泵泄漏量计算软件的介绍

6.3 罗茨泵的理论计算结果

6.4 考虑罗茨泵各部分变形因素后的理论计算结果修正

6.4.1 考虑由转子不平衡量引起的变形对泄漏量的影响

6.4.2 考虑由各泵腔热变形对泄漏量的影响

第7章 结论

参考文献

致谢