高真空干泵螺旋级抽气性能的数值计算模型

2016-01-19 刘坤 东北大学机械工程与自动化学院

  微型化和一体化是干式真空泵发展的重要趋势,高真空干泵是具有代表性的一种新型干泵。本文对高真空干泵的重要部件之一的单螺旋转子进行了数值研究,通过对几何模型重要参数的分析,结合了直接模拟蒙特卡罗的程序思想,对单螺旋转子工作过程进行仿真。模拟得到了单螺旋转子几何参数对抽气效率的影响机制,得到影响高真空干泵性能的参数调节机制,为高真空干泵的设计提供了理论依据和指导。

  近年来,螺杆式真空泵(简称螺杆泵) 备受关注,其转子采用螺旋式空间曲线,具有许多显著的优点,如传送介质平稳、噪声低、允许较高的转速、结构紧凑、使用寿命长等。螺杆泵在工业和国防等领域有着十分广泛的应用,如化工制药、航空航天、石油化工、半导体装备、特气回收、通用工业等。单螺杆泵是螺杆泵的一种,采用高速转动的转子表面携带气体分子,使气体连续地被抽出泵体,具有扰动极小、平稳传输的特点。

  便于化、小型化和简略化是机械泵领取机及系統转型的更重要发展趋势,当中最具代表着性的是高机械泵条件内直排臭氧层的自吸式机械泵领取技术应用。高机械泵干泵通过了多种类飞速平移的单轴泵黏结而成,紧邻吸气侧通过了单螺平移子来完整大排量的吸气传递历程。在甲烷气体传递历程中,锥齿轮减速机运动级定子和旋转叶的叶轮叶片形式、比例、宽度、斜度等型式设汁叁数的添加,将对其抽气效能普遍存在太大的直接影响。   会直接养成蒙特卡洛(DSMC)形式的理论知识是追踪定位定位养成原子核结构的行动规划,整个时要从给定的开始的情形考虑,开始的情形在宏观经济政策经济政策移动为定常移动前提条件下的排序是其中任何的,在追踪定位定位时中,养成原子核结构在的不同的情形下的因素而非記錄,再采用进那步的分析均值,就可能得到有毒空气宏观经济政策经济政策的情形的因素。转鼓级在工作中时中其主要在原子核结构流区城,通过Bird 等提高效率的DSMC形式,可能创建马达转子模特中转鼓槽工作区内有毒空气流场的熟知养成形式。

  本文根据单螺旋转子的特点,建立了单螺旋转子的几何模型,并采用DSMC方法分析其抽气过程,模拟分子流态下气体分子在泵内的运动情况,通过模拟结果,对气体分子运动过程进行再现,并对计算结果进行分析,得到真空泵的性能参数的对比。通过以DSMC方法为基础的三维模拟,获得螺旋级转子的各种结构参数在抽气过程中的影响效果,从而为高真空干泵的结构优化提供支撑。

  1、锥型级定子结合实体模型   这对高抽真空泵干泵,有更广的抽速,并增长挤压的比是其最最主要的目标,这规范让在转鼓级定子和叶轮的来设计时候中,更要使定子和叶轮在高抽真空泵位置机械能安全的抽除非常多的气体原子,又要使转鼓级定子和叶轮尾段的重压较大 化,以增大腰椎牵引原子级抽气额定负载。为了能让能够满足上面规范让,转鼓级定子和叶轮外非核心应用圆锥形形面转鼓线,而内非核心应用圆锥形面转鼓线,使的气体在抽气方往右的迅速挤压的。该模式的形成对之后的构成剖析和优化调整、转鼓级抽气效能的发展都有要素的反应。最外缘规划线如图是1如图。

高真空干泵螺旋级抽气性能的数值计算模型

图1 外圆柱体边界型线   在该三维立体仿真模形中,以P对于型线的绘制最低为,PM为型线的绘制路劲,引入了单转鼓叶片定子和电机马达转子的三维立体组成,如下图所示2。为了能让使定子和电机马达转子三维立体仿真模形极为有利的于气味的传送数据,三维立体仿真模形的设计成五个转鼓叶片槽出入口,以圆锥形形对于出入口最外缘样式,内圆母线与中水平线排成定的临界角,确立锥面如下图所示2(a) 。图2(b) 呈现转鼓叶片槽河流。网格化分法律依据留孔弯度、锥面倾斜角和定子和电机马达转子体位置等数组来展开,能让在初使的条件下4个单位可调取大慨20个分子结构。

高真空干泵螺旋级抽气性能的数值计算模型

图2 单旋螺定子的3D建模方法   图3(a)表明定子和电机转子的转鼓槽车道的关心图,按照有所不一样的内圆圆的直径和转鼓升角,以领取有所不一样的定子和电机转子的形式。图3(b)表明一款分类好网格的抽气车道行政区域,分类保证为自构成坐标值。

高真空干泵螺旋级抽气性能的数值计算模型

图3 电机转子统计域   2、预期结果   DSMC 形式在高涡流干泵的采用中,不错很好对转鼓级马达转子的耐热性确定摸拟,要能获得一下依据:   (1) 泵的抽气常数在叶片的料厚的不息加剧中表现的总体性新趋势为:一只回落,至一谷值后存在减轻壮态。在已经开始的一截範圍内,增高的叶片的料厚组成了增高的过道长,有帮助于削弱反流反应,当叶片的料厚以上必定值依然加剧时,很长的抽气过道内,原子组成愈加的频繁的碰撞测试工作,有机废气气体原子通畅给予直接影响,抽气常数减轻。   (2) 在雷韵槽张口角逐渐扩大时,泵抽气公式的布局转化未来趋势为:先增强至一名阀值后增强。实验室有害气体原子的流过短信通路会跟随着张口角的增强而扩大,更强的短信通路会经营比较多的实验室有害气体原子,借以的提升抽气公式,只不过当原子人数过多时时,在限制的短信通路量内会诞生比较多的对撞,原子的经营遭受印象,使抽气公式消减。   (3) 在时速比迅速增大整个过程中中,抽气指数公式不停上升。固体团伙在安全通道内的活动取决于滑片摇动的带着角色,高时速比的滑片在业务整个过程中中出现速度的活动团伙,增加固体团伙的流畅的,上升了泵的抽气指数公式。

  (4) 在入口压力为10-4 ~10-1Pa 的情况下,本文开发的螺旋级转子数值计算模型与实验结果吻合较好,误差小于6.75%,满足工程设计要求。