小型涡轮分子泵静叶片设计与成型技术

2013-10-27 陶继忠 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所

  针对某小型涡轮分子泵的涡轮级,采用数值仿真方法分析了静叶片的结构参数与抽速和压比的关系,计算了叶片成型过程中应力分布,研究了叶片扭转成型工艺。经过样品试制,达到了设计指标要求,验证了本文提出的静叶片设计与成型技术是正确、可行的。

  涡轮分子泵是利用高速旋转的动叶片和静止叶片间的相向运动,将气体分子从高真空区“驱赶”至低真空区,然后由前级泵排入大气,从而达到抽真空的目的。经过多年的技术进步和应用改进,涡轮分子泵以其抽气性能高、污染小、耗能低等优势,在真空应用领域已经得到了广泛应用。目前,涡轮分子泵已经成为质谱分析真空检漏、高能束焊接、半导体制造、高能加速等高端仪器和设备的关键功能部件,用于获得洁净的高真空环境。真空技术网(//crazyaunt.cn/)发布的本文在研制某新型分子泵时,对静叶片的设计和成型技术进行了探索,取得了良好效果。

1、静叶片优化设计

  涡轮分子泵的抽气特性主要体现为泵的抽速和压缩比,它们不仅与每级叶片的抽气特性相关,也依赖于多级叶片的组合方式。泵的压缩比与叶轮级数成指数关系,因此增加叶轮级数是提高压缩比的最有效途径。出于小型化的考虑,希望每级叶轮高度h 尽量小,这样在有限的空间内可放置尽量多级的叶轮,从而提高压缩比。根据几何关系可知,叶轮高度h 主要由叶片弦长b 和叶片角α 确定(由于叶片厚度比叶片弦长少一个数量级,暂忽略不计),即如式(1)。

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  静茶叶多主要采用扭制茶叶,扭制茶叶的茶叶弦长有相拟=叶顶圆弧长,也就=叶顶园周长与茶叶数z 的商。那么水泵叶轮的心轴外形尺寸可写为下式: h ≈(2πR/z)·sin α (2)

  由式(2)可见,增加叶片数或减小叶片角可有效的降低叶轮高度h,并且叶片角的减小可增大单级叶轮的压缩比,从而使整体压缩比得到提高。叶片角与压缩比关系如下图所示。计算压缩比采用的转速为60000 RPM,叶轮线速度按文献[2]方法计算,为181m/s,因此速度比c=0.44。然而,直接增加叶片数z 或减小叶片角α 会导致叶轮的有效吸气面积降低,从而影响到抽速。有效吸气面积计算公式为[2]

F = π(R2-r2)-z(R-r))δ/sinα (3)

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  由式(3)可見,有用吸气表户型随叶尖数z 的扩大或叶尖角α 的减少而减少,但随叶尖板材厚度δ的减少而扩大。所以,若用扩大叶尖数或减少叶尖角使离心叶轮长度变小,还又不期盼壮烈牺牲有用吸气表户型,则需求进行较薄的叶尖。   实验室甲烷气体在各项扇叶的驱逐下,由长江中中中河流上游向下面动作,压为差迅速提升 。主要是因为压为差与实验室甲烷气体高密度有关,在品质热度类似的目的下,长江中中中河流上游质量大概大小热度多于下面的质量大概大小热度,故此长江中中中河流上游的质量大概大小热度对泵总体抽速决定更强。针对于下上面扇叶的其他的标准,本的设计应用了叶尖角为20°与30°的两个静扇叶,至少30°静扇叶当作长江中中中河流上游扇叶,20°静扇叶当作下面扇叶,叶尖薄厚均为0.3mm,已得到巨大的能够吸气占地,进而得到大抽速。为担保巨大的能够吸气占地,30°静扇叶的叶尖数较少,为32片。为扩大20°静扇叶的径向特别,应用了较多的叶尖数,为36 片。20°静扇叶的叶尖角小且叶尖数大,其能够吸气占地比30°静扇叶小大部分,但其当作下面扇叶,对抽速决定较小。   表1 其他结构特征指标离心叶轮更

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2、静叶片结构与应力分析

  离心风扇叶片的建筑材料为铝镍钢,活力模量取70 GPa,泊松比是0.33。离心风扇叶片的位移弹簧角为30°,算方法了离心风扇叶片位移弹簧定型的载荷环境。离心风扇叶片为簿壁件,柔性很弱,算方法中招虑了大倾斜等非曲线效用。优化调整前的算方法結果如图表达3 表达,离心风扇叶片的位移弹簧倾斜载荷多普遍看不出,更大载荷为108 MPa。

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  基于极限内压力超额,需调优方案节构以下降内压力。爱品生新风系统在树叶上如何设置了扭折梁,求算效果如图甲如下图所示4 如下图所示,调优方案后的极限内压力为51 MPa,极限内压力减减少了总量一半,看得出该调优方案步骤能有效率改进离心叶轮的节构和制造稳定性。

3、静叶片成型工艺研究

  静风机扇叶的材料为铝镍钢,含有较高的效果和耐蚀性,切屑功能优秀。静风机扇叶处理疑难问题基本有下面下列几点:   (1)应属常见的簿壁型弱平稳配件,厚薄仅为1mm,高精度需要高;   (2) 器件环槽部分规格仅0.3 mm,在部分内饱满分散十多个叶面,叶面面部轮廓繁琐精准;   (3)因叶尖两端与静风机叶轮结构接触处高宽比仅1 mm,在扩张做成型后要保持每片叶尖两端与结构不可有崩裂;   (4)工件表面为半环行构造,在制作流程中诱发生易变型。   由于静水轮径向刚度稍弱,在精制作制造生产的阶段 中需承担量预防食品径向会装夹,由于规划好几回些比较而言合理合法的微变形几率装夹与工服软件,按照环槽空间图形吸具实施间隔翻面精制作制造生产,于是维持食品的钢板厚度尺寸大小精准度。在弯曲风扇叶片精制作制造生产的阶段 中,凭借规划一个想法范本,将范本上面尖角与风扇叶片切缝排列,释放适于的力以至有环槽的内孔与网站靠平,最后进行风扇叶片受压压延成型精制作制造生产。应用场景超过构思,确实了静水轮的制作工艺自驾路线并进行第一批静水轮精制作制造生产,食品合理率达100%,食物长为5 右图。

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4、结论

  静叶子的设计的概念与拉深是齿轮分子式式泵的关键所在技木的一种,文章采取量值来计算和加工工艺检测相组合的措施,开始了有益健康探讨,获得了非常明显体验,考虑了设计的概念必须,为科研新技术工艺齿轮分子式式泵进行了坚固的技木前提。

参考文献

  [1] 王晓冬,等.涡轮分子泵组合叶列几何参数优化设计方法的研究[J].真空,1999:23-26.

  [2] 葛明.开式涡轮增压大分子泵的开发算[C].国内抽真空自学不断进步奖(1994-2000)拿奖技术人员小作文集,192-206.