【摘要】：羅茨真空泵在石油化工、電力、半導(dǎo)體、食品、輕工等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用,隨著羅茨真空泵在真空應(yīng)用領(lǐng)域的普及,現(xiàn)代工程技術(shù)對羅茨泵性能要求也愈來愈高。目前,羅茨泵的研究主要集中在轉(zhuǎn)子型線優(yōu)化設(shè)計(jì)、內(nèi)泄漏量的計(jì)算、氣流脈動(dòng)以及泵腔內(nèi)氣體流動(dòng)特性等方面。本文結(jié)合理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法研究了羅茨真空泵內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律及其外特性,系統(tǒng)地探究了不同參數(shù)對羅茨真空泵性能的影響;采用熱流固耦合的方法研究了壓力、溫度作用下羅茨泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的溫度分布和變形,并對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行了模態(tài)分析;最后對羅茨泵開展了外特性實(shí)驗(yàn),將數(shù)值模擬、理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測試的結(jié)果進(jìn)行了對比驗(yàn)證。本文的開展的具體工作如下:(1)對羅茨真空泵的進(jìn)氣流量、氣流脈動(dòng)、流動(dòng)過程中的溫度變化以及軸功率進(jìn)行了理論建模與計(jì)算,并對熱流固耦合和模態(tài)分析等相關(guān)理論進(jìn)行了介紹。(2)以羅茨真空泵為研究對象,采用2.5D動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)對羅茨泵進(jìn)行三維瞬態(tài)模擬計(jì)算,主要包括羅茨泵三維流體域SolidWorks建模,ICEM網(wǎng)格劃分,Fluent流場數(shù)值計(jì)算和后處理。通過對比分析氣冷和普通羅茨真空泵內(nèi)部氣體的流動(dòng)規(guī)律,深入探究了工作循環(huán)內(nèi)氣體的壓力變化、氣流的脈動(dòng)、旋渦的產(chǎn)生、內(nèi)泄漏以及回流沖擊等,并系統(tǒng)地研究了入口壓力、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子間隙、逆流冷卻、進(jìn)氣溫度等參數(shù)對羅茨泵性能的影響。(3)將流體瞬態(tài)模擬計(jì)算的壓力、溫度加載到轉(zhuǎn)子系統(tǒng)表面,在ANSYS Workbench協(xié)同仿真平臺(tái)上分別對氣冷和普通羅茨泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行瞬態(tài)熱計(jì)算和靜力結(jié)構(gòu)計(jì)算,研究了逆流冷卻對轉(zhuǎn)子溫度、變形以及應(yīng)力的影響;在此基礎(chǔ)上對羅茨泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析,得到了其固有頻率和振型,避免羅茨泵轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中產(chǎn)生共振。(4)對羅茨泵進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)測試,研究了入口壓力、轉(zhuǎn)速對羅茨泵容積效率、排氣溫度的影響,并將實(shí)驗(yàn)得到的容積效率、排氣溫度、軸功率曲線與理論計(jì)算和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對比驗(yàn)證。
【圖文】：

圖 1-1 氣冷羅茨泵工作原理示意圖構(gòu)及特點(diǎn)單，主要由泵體、轉(zhuǎn)子、蓋板、同步齒輪和軸承等如圖 1-2 和圖 1-3 所示。轉(zhuǎn)子是羅茨泵的核心部件反方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子和泵體之間不，因此泵體內(nèi)部機(jī)械摩擦較小，不必潤滑，轉(zhuǎn)子可況的不同可為轉(zhuǎn)子選擇不同的形狀和材料。按照葉和四葉轉(zhuǎn)子；根據(jù)轉(zhuǎn)子形狀的不同，可以分為直單分為漸開線、擺線、圓弧型轉(zhuǎn)子。在選擇型線要盡可能提高面積利用系數(shù)，確保較大的進(jìn)氣流量程中盡量平穩(wěn)；同時(shí)要滿足氣流盡可能穩(wěn)定，不要加工的難易程度。如擺葉型因面積利用系數(shù)較低而優(yōu)于兩葉轉(zhuǎn)子正在逐步取代兩葉轉(zhuǎn)子羅茨泵，，扭葉

.2 羅茨泵結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)羅茨泵結(jié)構(gòu)簡單，主要由泵體、轉(zhuǎn)子、蓋板、同步齒輪和軸承等零部件組成，和各零件分別如圖 1-2 和圖 1-3 所示。轉(zhuǎn)子是羅茨泵的核心部件，兩轉(zhuǎn)子在軸驅(qū)動(dòng)作用下作反方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子和泵體之間不接觸，其間通~1.0mm 的間隙，因此泵體內(nèi)部機(jī)械摩擦較小，不必潤滑，轉(zhuǎn)子可以高速運(yùn)行。介質(zhì)、運(yùn)行工況的不同可為轉(zhuǎn)子選擇不同的形狀和材料。按照葉型頭數(shù)一般可為兩葉、三葉和四葉轉(zhuǎn)子；根據(jù)轉(zhuǎn)子形狀的不同，可以分為直葉轉(zhuǎn)子和扭葉轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子型線可簡單分為漸開線、擺線、圓弧型轉(zhuǎn)子。在選擇型線時(shí)要考慮以下條良好的性能，要盡可能提高面積利用系數(shù)，確保較大的進(jìn)氣流量；需要較好的性，在運(yùn)行過程中盡量平穩(wěn)；同時(shí)要滿足氣流盡可能穩(wěn)定，不要有較大的脈動(dòng)聲；還要考慮加工的難易程度。如擺葉型因面積利用系數(shù)較低而應(yīng)用比較少，的脈動(dòng)性能要優(yōu)于兩葉轉(zhuǎn)子正在逐步取代兩葉轉(zhuǎn)子羅茨泵，扭葉轉(zhuǎn)子的脈動(dòng)性轉(zhuǎn)子更好，但扭葉轉(zhuǎn)子比直葉更難加工[3-5]。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB752

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