曲爪型真空泵轉(zhuǎn)子優(yōu)化型線研究

2014-04-26 姜希彤中國(guó)石油大學(xué)（華東）化學(xué)工程學(xué)院

　　本文介紹了曲爪型真空泵轉(zhuǎn)子的典型型線以及優(yōu)化型線的構(gòu)建方法，并由此得到了9 種不同的爪式型線。為了找出9 種型線中的最佳性能曲線，分別對(duì)這9 種不同的爪型轉(zhuǎn)子進(jìn)行工作過程中流場(chǎng)的數(shù)值模擬以及轉(zhuǎn)子的受力分析。在數(shù)值模擬中，爪型轉(zhuǎn)子工作壓力比隨著爪尖半徑的增加而減小。在應(yīng)力分析中，隨著爪尖半徑的增加，轉(zhuǎn)子所受的最大應(yīng)力減小，其力學(xué)性能提高。因此，綜合其工作性能和力學(xué)性能考慮，爪式真空泵最好選擇相對(duì)爪尖半徑為0.114~0.143 的爪型轉(zhuǎn)子。

　　爪式真空泵(包括爪式真空泵、爪式壓縮機(jī)和爪式膨脹機(jī)等)是一種新型的容積式流體增壓輸送機(jī)械。它由兩個(gè)特殊的爪型轉(zhuǎn)子以及機(jī)殼、密封裝置等組成。爪式真空泵工作時(shí)，由兩個(gè)轉(zhuǎn)子進(jìn)行同步異向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而對(duì)泵腔進(jìn)行壓縮或者膨脹，從而達(dá)到流體增壓輸送目的。

　　爪式真空泵具有無需潤(rùn)滑，干式無油，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等特點(diǎn)，用途廣泛，型線的優(yōu)化必然帶來性能的提高。爪式真空泵已經(jīng)廣泛應(yīng)用到石油化工行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)和半導(dǎo)體行業(yè)中;爪式壓縮機(jī)作為低壓壓縮機(jī)也可以代替化工廠中的低壓壓縮機(jī)。因此，爪式真空泵應(yīng)用前景具有很大的潛力。

　　查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)。在型線方面，國(guó)外學(xué)者通過研究螺桿型線而引出了爪式轉(zhuǎn)子型線。國(guó)內(nèi)學(xué)者構(gòu)建了不同節(jié)圓半徑和頂圓半徑的爪式型線，擴(kuò)充了爪式型線類型。同時(shí)，也對(duì)爪式真空泵的工作過程進(jìn)行了細(xì)致的研究。在數(shù)值模擬方面，已經(jīng)對(duì)爪式真空泵的模擬研究有了較為成熟的方法，并成功模擬出爪式真空泵的工作過程。

　　因此，本文對(duì)曲爪型的典型爪式轉(zhuǎn)子型線以及優(yōu)化的型線進(jìn)行研究。通過對(duì)它們的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬以及對(duì)轉(zhuǎn)子的受力分析，并將9 種型線的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得出最佳的優(yōu)化型線取值范圍，為其產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1、曲爪型真空泵轉(zhuǎn)子型線構(gòu)建

　　1.1、典型型線構(gòu)建

　　典型型線構(gòu)建如圖1 所示，我們可以把它稱為典型曲爪型線或者r0 型線。型線構(gòu)建的過程如下：首先將圓O1 固定，圓O2 的中心與圓O1距離為L(zhǎng)，并且記錄圓O2 的a 點(diǎn)的位置。將圓O2 以角速度ω 繞圓O1 順時(shí)針進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，圓O2 也以角速度ω 繞自身圓心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。a點(diǎn)移動(dòng)的軌跡即為構(gòu)建爪型轉(zhuǎn)子最重要的曲線。a 點(diǎn)移動(dòng)的軌跡曲線的公式如下所示：

曲爪型真空泵轉(zhuǎn)子優(yōu)化型線研究

　　通過曲線繪制工具，可以得到a 點(diǎn)移動(dòng)的軌跡曲線。然后將該曲線進(jìn)行一系列的旋轉(zhuǎn)變換，并用3 個(gè)不同半徑的圓進(jìn)行截取，即可得到典型的爪式轉(zhuǎn)子型線。此爪式型線的節(jié)圓半徑為35 mm，爪頂圓弧半徑為50 mm。如圖2 所示。

曲爪型真空泵轉(zhuǎn)子優(yōu)化型線研究