低比功率宽工作能力的螺杆真空泵设计与试验

为开发能高效适应0.1～100kPa宽工作压力范围，且能兼顾预期极限真空工艺工况的螺杆真空泵，设计了分段式渐进变化螺距螺杆。其第一部分导程由小到大变化，位于吸气端，从第二部分开始导程由大到小渐进变化，该构造确保了螺杆良好的动平衡性，可保证齿面结构完整；前两级导程决定了螺杆真空泵的吸气量，相邻导程比率决定了压缩能力；末端导程螺距变化小，螺杆齿宽大，保证了螺杆的加工性能。试验证明采用分段式渐变螺杆转子的螺杆真空泵，在整个工作压力区域都能保持较大的抽速，并且可依据工作预期优化螺距参数，极大降低了设定工作压力区域的比功率，从而提高抽气效率，大幅降低驱动功率，使泵运行效果良好。     

螺杆真空泵自平衡螺杆转子优化设计

为了开发能适应恶劣工况、高效节能和安全运行的螺杆真空泵,设计了一种自平衡的内部压缩螺杆转子模型。使用借助Hermite插值理论导出圆柱变螺距螺旋线的参数方程,构建了变螺距设计参数、尾部压缩级数与螺旋角度的变量关系式,建立了自平衡螺杆转子优化设计模型。通过计算,优化转子质量轴向分布,无需在螺杆转子两端和齿顶减重而达到良好的自身动平衡,动平衡试验证明了设计模型的可靠性,为螺杆真空泵的动平衡研究提供了参考依据。     

一种等齿顶宽的螺杆真空泵单头变螺距转子型线

一种适用于无油螺杆真空泵的单头变螺距螺杆转子新型线,其端面型线依次由齿根圆、摆线、齿顶圆和渐开线线顺序相接组成;该型线的主要特征是:当端面型线沿轴向作变螺距螺旋展开过程中,转子螺旋导程由排气端向吸气端逐渐增大,同时其渐开线的发生圆半径则逐渐变小,使转子齿形面的齿顶宽可以保持不变,因此能够增大吸气端的吸气容积,降低排气端的气体返流泄漏,从而提高泵的抽速和极限真空度.文章中给出了端面型线的极坐标方程、轴向展开方程和渐开线发生圆半径的计算方程,可供设计人员参考借鉴。     

等螺距螺杆真空泵内气体热力过程的研究

选择目前已得到大量应用的、采用等螺距螺杆转子的无油螺杆真空泵作为研究对象,针对其内部的气体输运过程开展热力学研究。基于等螺距螺杆真空泵的结构特点和抽气原理,论文将被抽气体在泵内所经历的输运过程,分解为膨胀吸气、等容输送、绝热压缩和等压排气四个阶段,并详细讨论了各阶段的内在机制。依据气体热力学基本原理,分别对每一个阶段进行了定量分析,推导出每一阶段内气体质量、体积、温度、压力、内能、焓、熵等热力学参数随时间的变化规律公式。以某一指定抽速真空泵为例,计算给出了泵内气体的各个热力学参数随时间变化的数据图表,并讨论了等螺距螺杆泵排气功耗和排气温度随入口压力变化的规律。     

干式螺杆真空泵内部泄漏过程建模及分析

准确掌握螺杆真空泵内部泄漏规律是设计高性能螺杆转子的基础。本文基于螺杆真空泵内部简化的泄漏通道几何结构与广泛的狭缝通道流动模型调研,对螺杆真空泵内部涉及分子流、粘滞流、过渡流三种流态及泊肃叶流、库爱特流两种流动方式的泄漏过程进行了建模。基于所构建的泄漏模型搭建了螺杆真空泵内部工作过程模拟程序,分析了极限真空下等螺距螺杆转子的内部泄漏过程。分析结果表明,不同间隙与转速下,齿顶泄漏通道内泊肃叶流动始终为影响转子内泄漏的主要因素,转子尖点啮合处泄漏通道内泊肃叶流动为影响转子外泄漏的主要因素,齿顶与齿间接触线处泄漏通道内库爱特流动因素不可忽略。螺杆真空泵内部气体的主要泄漏路径为:排气侧工作腔内气体首先通过齿顶泊肃叶流动内泄漏至吸气侧工作腔,而后通过转子尖点啮合处外泄漏至吸气腔。     

双螺杆真空泵工作过程中容积及气体状态变化分析

以常见单头等螺距凹齿双螺杆真空泵的齿间容积变化为基础,对工作过程中气体状态的变化进行了总结,对螺杆真空泵的排气口的设计给出了一种方法。建立了一种基于热力学原理的数学模型,对其中的压缩过程进行了计算,并做了验算。本文可为研究螺杆真空泵转子及排气口的设计提供借鉴,为螺杆真空泵工作过程的热力学计算提供参考。     

螺杆真空泵内气体热力过程的解析计算与实验研究

本文提出了一个描述螺杆真空泵内气体级间返流泄漏量沿程分布的简化模型,基于此模型对螺杆真空泵内的气体热力过程进行深度分析,解析计算了抽气过程的吸气、压缩、输运、反冲和排气各阶段气体热力学参数随时间的变化关系。同时,组建了专门的实验测试台,并制作了采用三段式螺杆转子、泵腔侧壁带有5个压力测试孔的专用测试样泵;通过实际测试极限真空状态下的螺杆泵内沿程气体压力,间接验证了返流泄漏模型和热力学计算的正确性。     

变螺距螺杆真空泵转子温度场和热变形的有限元分析

以变螺距螺杆真空泵转子为研究对象,建立主动转子的三维有限元分析模型,对转子在热载荷作用下的温度场和热变形进行有限元分析。计算得到每一级的当量温度和对流换热系数,确定变螺距转子热边界条件,对螺杆转子的温度场分布进行模拟分析,得出转子的温度分布规律,并进一步对转子的热变形进行研究。研究结果表明:变螺距转子温度场和热变形分布均匀,最高温度为146.97℃,最低温度为68.30℃,轴向形变量最大值为0.41168 mm,径向形变量最大值为0.17245mm,为变螺距螺杆真空泵的设计提供了理论依据。     

变距螺杆真空泵轴功率影响因素研究

建立了变距螺杆真空泵吸气、排气、压缩和返流过程分参量功率计算模型和所需轴功率计算模型,采用瞬时稳态流场数值模拟方法进行变距螺杆真空泵转子几何参数、周向间隙、转速和泵入口压力等参量对功率的影响分析,并与所建模型的计算结果进行了对比。结果表明,在所研究的样品参数设计范围内,转子齿顶圆、齿根圆直径从大到小同步改变,导程同时由短变长的过程中,所需轴功率存在最大值;转子与泵腔间的周向间隙越大,转速越高,所需轴功率均越大;在500~1000 Pa的入口压力范围内,轴功率随入口压力的增加而增大。抽样实验证明,实验数据、理论数据和仿真结果的趋势一致,表明所建立的功率计算模型和模拟计算方法是可行的。     

螺杆真空泵返流特性的研究

以单头等螺距内凹转子双螺杆真空泵为研究对象,对螺杆真空泵工作时转子与泵腔、转子与转子之间气体的流动状态进行研究,将周向返流简化为两平面平板之间库埃特流动与泊肃叶流动,径向和齿侧返流简化为薄壁孔流动,建立了螺杆真空泵转子周向、径向和齿侧返流量计算的理论数学模型。计算分析了不同间隙值以及螺杆转子参数对螺杆真空泵返流量的影响,得到螺杆真空泵返流量随着螺杆渐开线基圆半径、大径、小径、和导程变化的规律。研究结果表明:周向间隙的增加使得返流量显著增加;在理论抽速给定的条件下,小径大径比为0.63时,返流量最小。     

螺杆真空泵单头等螺距螺杆转子的一种动平衡简便算法

针对无油螺杆真空泵单头等螺距转子的动平衡计算问题,本文基于前期研究方法,在研究原理和计算模型不变的条件下,给出了一种既满足转子动平衡条件又简单易行的设计计算方法。在铸造转子毛坯时,直接在转子毛坯两端端面上,向内预留出螺旋体形状的去除质量平衡孔;两侧平衡孔的几何形状完全相同,其螺旋导程与螺杆转子的导程相同,其截面面积和形心位置则与螺杆转子端面型线的截面面积和形心位置具有简单的定量关系,文章给出了这一定量关系的计算式和数据图表,可供直接查阅。由于计算中没有涉及转子端面型线的具体形状和尺寸,因此适合于任意形状端面型线和导程的螺杆转子。     

螺杆真空泵单头变螺距螺杆转子型线的研究

本文介绍了一种用于无油螺杆真空泵的单头变螺距螺杆转子型线，给出了型线方程和抽速计算公式，并说明了参数确定原则。     

基于三坐标测量机的送瓶变距螺杆导程误差的检测与数据分析

本文介绍了通过接触式三坐标测量仪对送瓶变距螺杆进行取点的方法,分析了该送瓶变距螺杆导程误差的检测数据,再利用CAD对螺距进行送瓶距离进行螺距的变化判断,与理论计算的数据进行比较,得到其导程变化的综合误差。通过该方法的检测与分析,能大大提高检测的精度及导程误差的数据分析的精确性。更有利于送瓶机构运动特性的研究,同时,为检测螺杆综合动态误差打下基础。     

内压缩干式螺杆真空泵工作特性数学建模

内压缩螺杆真空泵工作过程中,工作型腔内部同时存在粘滞流、转移流和分子流等多种流态,针对该问题,提出了稳定的操作状态下,等熵压缩的孔径流系数法计算质量流的方法,建立了离散化、漩涡式多级螺杆真空泵工作特性计算模型,解决了内压缩螺杆真空泵抽速与入口压力关系、消耗功率与入口压力关系理论计算问题。分析比较了仿真与试验结果,发现仿真值与试验数据较吻合,理论计算模型计算精度达到预期效果。理论计算模型用于样机试验之前找到最佳的设计参数,为快速开发内压缩螺杆真空泵提供设计方法和技术支撑。     

水环真空泵内部流场分布数值模拟及其参数优化

现有的水环真空泵工作效率低且无法直观准确的描述内部流场流动规律,大大限制了新型水环真空泵的研发与应用,为解决以上问题,本文基于FLUENT软件对水环真空泵进行流场仿真,探究泵内部气液相态、压力和速度矢量的分布规律;并将吸气量与厂家测试结果做对比,验证仿真结果的准确性;在此基础上分析径向间隙和叶片数对吸气量、轴功率和气体等温压缩效率的影响,确定径向间隙和叶片数的最佳参数组合,由数值模拟结果可知:最佳参数组合为径向间隙25 mm,叶片数17,此时水环真空泵吸气量提高了7%,并优化了泵的工作性能,为今后水环真空泵的设计提供了理论支持,提高了研发效率。     

基于数值计算方法的双螺杆真空泵气体输运过程研究

基于双螺杆真空泵气体输运的特点,将泵腔内级间的泄漏通道简化为不同类型的真空管路,采用相邻级间的平均压强确定不同压强下级间泄漏气体的流态,计算得到级间泄漏的质量流量。根据质量守恒定律,建立了双螺杆真空泵气体输运过程的数学模型。以渐开线型端面的等螺距螺杆真空泵为研究对象,计算分析了泵从大气压到极限真空的整个抽气过程。对不同入口压强下的级间泄漏量与抽速进行了研究,研究表明:不同的泄漏通道对级间泄漏的影响有所不同。在排气端,齿顶圆与泵腔内壁之间的泄漏通道对级间泄漏的影响较大;在吸气端,两转子齿顶齿根面之间、斜齿面之间以及凹齿面之间这三种泄漏通道对级间泄漏的影响较大。     

几种干式螺杆真空泵转子型线特性的研究

对4种干式螺杆真空泵转子型线--多头双边对称圆弧型线、单头变螺距梯形齿型线、单头等螺距梯形齿型线和单头等螺距凹齿型线进行了研究,包括:型线方程、面积利用系数、几何抽速及加工制造等特性.对各型线几何抽速和面积利用系数公式中的重要变量进行了讨论.得出以下结论:双边对称圆弧型线长径比λ取值范围为1～2,单头螺杆型线的内外径比p取值范围0.30～0.45,导程外径比ξ接近1.在相同的转子几何参数条件下,单头凹齿型线比其他2种单头型线的抽速大.     

无油螺杆真空泵螺杆转子设计理念的回顾与展望

基于对国内外公开文献资料的学习和作者多年研究工作的总结,本文回顾了当前关于无油螺杆真空泵中螺杆转子的设计思路与方法,从转子设计的几何学计算、常用转子型线的构成、等螺距与变螺距的螺旋展开方式、转子动平衡设计方法等几方面,进行了详细的综述;选择介绍在国内有产品销售的六款采用特殊结构螺杆转子的外国螺杆泵产品,对其转子特点进行了分析。针对干式泵在应用领域所面临的新挑战,本文还提出了基于气体热力过程分析的螺杆泵专属设计新理念和采用通用泵体和专属转子的螺杆泵生产新方法,并展望由此可能带来的新变化。     

分件供送变螺距螺杆螺旋线形式的探讨

根据分件供送螺杆的运动特点,提出了一种四段组合式变螺距螺旋线的形式,并给出了其数学模型。四段组合式变螺距螺旋线使加速度曲线的始末端均为零值,加速度无突变,可减少供送件与输送链带的摩擦力,使供送件与输送链带平稳衔接。为合理设计变螺距螺旋线提供了理论依据。     

Inventor中变螺距螺杆的绘制

螺杆是包装机械中常用的物料供送装置,由于Inventor不能直接由曲线方程绘制复杂曲线,导致无法直接用Inventor设计变螺距螺杆,限制了其在包装机械设计中的应用。结合Matlab的函数计算功能和Inventor的三维造型功能,提出了一种变螺距螺杆的绘制方法。结果表明:该方法能够快速、准确地设计变螺距螺杆,弥补了Inventor在复杂零件造型方面的不足,使其能够在机械设计中发挥更大的作用。