間隙設(shè)計(jì)是多級(jí)羅茨干泵設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一。在多級(jí)羅茨干泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí), 間隙受轉(zhuǎn)子和泵腔熱變形的影響較大。本文通過(guò)分析了多級(jí)羅茨干泵內(nèi)部的傳熱過(guò)程, 建立了工作過(guò)程的傳熱模型。通過(guò)接觸式和非接觸式測(cè)溫方法, 對(duì)多點(diǎn)溫度進(jìn)行了測(cè)量, 獲得了熱載荷的邊界條件�；�于ANSYS 軟件, 對(duì)泵體及轉(zhuǎn)子軸在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度場(chǎng)進(jìn)行了分析, 并采用熱􀀁結(jié)構(gòu)耦合分析對(duì)其熱變形進(jìn)行了計(jì)算, 得到轉(zhuǎn)子軸和泵腔的熱變形量, 并繪制了變形云圖和曲線(xiàn)。通過(guò)上述方法得到的熱變形數(shù)據(jù), 為確定間隙提供了參考, 并為進(jìn)一步計(jì)算干泵在運(yùn)行時(shí)的間隙泄漏量提供了計(jì)算依據(jù)。

　　近年來(lái), 受半導(dǎo)體制造、液晶注入、太陽(yáng)能電池生產(chǎn)、電子器件等新興行業(yè)和薄膜制備、化工、制藥等傳統(tǒng)行業(yè)的帶動(dòng), 多級(jí)羅茨干泵作為核心裝備之一, 其研制和生產(chǎn)越來(lái)越受到重視。多級(jí)羅茨干泵滿(mǎn)足了IC 裝備制造業(yè)的工作溫度高、長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、噪聲低、維護(hù)簡(jiǎn)單、清潔無(wú)油等眾多要求, 是很有發(fā)展前景的一種干式真空泵。但是, 除了加工及裝配要求精度高、加工難度大、一次性投入昂貴等制約因素外, 其設(shè)計(jì)理論和制造工藝亟待提高, 尤其包括羅茨型線(xiàn)的改善、加工成本的降低、間隙的確定、泄漏量的計(jì)算、泵內(nèi)的熱力學(xué)分析、轉(zhuǎn)子表面涂層、噪聲振動(dòng)等難點(diǎn)問(wèn)題, 制約了多級(jí)羅茨干泵研制和生產(chǎn)。

　　國(guó)內(nèi)外對(duì)于多級(jí)羅茨干泵的研究還停留在靜態(tài)泄漏量的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)上, 如俄羅斯A. Burmistrov 等利用角系數(shù)法建立了分子流態(tài)下羅茨泵復(fù)雜形狀的泄漏通道流導(dǎo)系數(shù)的模型, 著重在泄漏量計(jì)算中考慮了有害空間內(nèi)的氣體返流。法國(guó)學(xué)者L. C.Valdes 等推導(dǎo)了通過(guò)非恒定矩形截面下過(guò)渡流的流導(dǎo)計(jì)算, 并結(jié)合Knudsen Dong 法則研究了非運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下通過(guò)氣冷式羅茨干泵間隙的靜態(tài)泄漏理論, 并通過(guò)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。國(guó)內(nèi)一些學(xué)者則主要針對(duì)干泵型線(xiàn)和泄漏展開(kāi)了理論和實(shí)驗(yàn)研究。

　　多級(jí)羅茨干泵在混合壓縮過(guò)程中, 壓縮氣體產(chǎn)生熱量。隨著工作周期的重復(fù), 產(chǎn)生的熱量積聚起來(lái), 并逐漸傳遞給轉(zhuǎn)子和泵體內(nèi)壁, 造成轉(zhuǎn)子和泵體內(nèi)壁的溫度升高。由于溫度的升高, 轉(zhuǎn)子和泵腔將會(huì)產(chǎn)生一定的熱變形, 會(huì)影響間隙通道的尺寸。而間隙是干泵設(shè)計(jì)最重要的參數(shù)之一, 由于存在氣體逆向返流現(xiàn)象, 間隙的選取會(huì)嚴(yán)重影響干泵的極限真空度、壓縮比、容積效率、發(fā)熱卡死等指標(biāo)。

　　本文重點(diǎn)對(duì)泵體內(nèi)的傳熱過(guò)程及轉(zhuǎn)子、泵腔的溫度升高和受熱變形進(jìn)行分析, 一方面為泄漏量的準(zhǔn)確計(jì)算提供依據(jù), 另一方面, 也是涉及間隙尺寸、考察發(fā)熱后轉(zhuǎn)子與泵體內(nèi)壁是否刮碰的一個(gè)重要依據(jù)。

5 、結(jié)論

　　本文對(duì)多級(jí)羅茨干泵泵內(nèi)傳熱過(guò)程進(jìn)行了分析, 并建立了多級(jí)羅茨干泵工作過(guò)程中的傳熱模型,包括泵體外壁與大氣的自然對(duì)流換熱模型、泵壁內(nèi)部的熱傳導(dǎo)模型、泵體內(nèi)壁與氣體之間的強(qiáng)迫對(duì)流換熱模型、泵體內(nèi)氣體與轉(zhuǎn)子的強(qiáng)迫對(duì)流換熱模型和轉(zhuǎn)子軸上的熱傳導(dǎo)模型。同時(shí), 通過(guò)接觸式和非接觸式測(cè)溫方法, 對(duì)各級(jí)泵體內(nèi)外壁、氣體和轉(zhuǎn)子溫度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量, 并將溫度測(cè)量結(jié)果作為邊界條件, 使用ANSYS 軟件對(duì)多級(jí)羅茨干泵泵體及轉(zhuǎn)子軸在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度場(chǎng)進(jìn)行了分析, 并采用熱- 結(jié)構(gòu)耦合分析對(duì)其熱變形進(jìn)行了計(jì)算, 得到轉(zhuǎn)子軸和泵腔的熱變形量, 為進(jìn)一步計(jì)算干泵在運(yùn)行時(shí)受熱產(chǎn)生的間隙變化提供了計(jì)算依據(jù)