无油螺杆真空泵内部气体输送过程的热力计算与研究

发布时间：2019-11-05 11:16

【摘要】：无油螺杆真空泵具有抽速范围宽、结构简单紧凑、抽气腔元件(等螺距或者变螺距螺杆转子)、和无油污染等很多的优点,已被广泛应用在半导体、医药、粮食干燥、化工制药、空间模拟等众多工业领域中。因此,无油螺杆真空泵是符合世界经济发展和节能减排潮流的“绿色”真空泵。但是,随着抽气对象和抽气目标的改变,无油螺杆真空泵也面临着前所未有的机遇和挑战。泵腔内部易发生相变、凝华、沉积等问题,故螺杆泵腔内部的热力学过程、摩擦发热功耗和内部气体流动过程等已引起人们的关注。因此,有必要对等螺距,变螺距螺杆真空泵内部气体输送过程的热力学的理论推导和计算。论文首先对无油螺杆真空泵的课题研究背景进行了阐述和总结,并对国内外著名的真空泵企业的相关产品进行了总结,最后给出论文研究的主要内容。本课题针对广泛应用的等螺距螺杆真空泵和变螺距螺杆真空泵展开了热力计算与研究。依据成熟的热力学理论、一些合理假设和等螺距螺杆真空泵的结构特点,将内部气体的输送过程分成为四个阶段来进行理论推导和热力计算,分别为：吸气阶段、输送阶段、压缩阶段、排气阶段。首先对不同压缩方式(等温压缩方式、绝热压缩方式、多变压缩方式)进行了理论公式推导,并对排气温度和功耗进行了计算和对比。螺杆泵腔内部不可避免地发生着泄漏返流和热量的交换,也会对影响热力过程。假定输送过程中泄漏返流量和热量均随时间成线性变化,对内部气体的输送过程进行了推导和计算。论文在理论推导和计算的基础上,绘制了相关的示功图、各个热力学参数(被抽气体介质的压力、温度、质量、熵等)随时间的变化关系图。变螺距螺杆真空泵,因其具有内部预压缩的排气方式,与等螺距螺杆真空泵相比,具有突出的节能降噪功能。论文接着对变螺距螺杆真空泵内部气体输送过程进行了推导和计算。常见的变螺距螺杆真空泵有螺距连续变化的变螺距、组合式变螺距、三段式变螺距螺杆真空泵。受到加工制造难度的影响,对螺距连续变化的变螺距螺杆真空泵仅仅推导了轴向位置和旋转转角成二次方变化的热力过程。组合式变螺距螺杆转子是由两段螺距不一样的等螺距螺杆转子所组成的,避免了变螺距螺杆转子的加工难题：假设两等螺距螺杆转子接触处气体容积随时间成线性变化关系。三段式变螺距螺杆真空泵的优点：吸气端有较大的抽气容积,故其理论抽速较高一些,并且兼具了等螺距螺杆转子和变螺距螺杆转子的优点。因此,采用和等螺距螺杆真空泵相类似的方法,将工作过程分成为吸气阶段、输送阶段、预压缩阶段(突变压缩阶段、变螺距压缩)、多变压缩阶段和排气阶段几个阶段来进行热力推导和计算。论文在变螺距螺杆真空泵的理论推导和计算的基础上,绘制了相关的示功图、热力参数随时间的变化关系图；也讨论了螺杆转速对排气温度和功耗的影响。最后,论文对三种变螺距的排气温度和功耗进行了对比,得到了最优热力性能的变螺距螺杆真空泵。理论推导过程中没有涉及到具体的转子型线的构成,故推导的方法也适用于任何结构型线螺杆转子的真空泵。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB752

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