（化工过程机械专业论文）螺杆真空泵转子参数化设计及润滑系统开发.pdf

7 奄 - ad i s s e r t a t i o ni nc h e m i c a lp r o c e s sm a c h i n e r y t h e d e v e l o p m e n t o fp a r a m e t e r d e s i g na b o u t d r y s c r e wv a c u u m p u m p r o t o ra n d d e s i g n a b o u tl u b r i c a t i o ns y s t e m b yl i u l i u h o n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rz h a n gs h iw e i n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 8 ttrl-， 一 l 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 二正 恧。 学位论文作者签名： 习赤卯乞砂 。日期：俐9 7 。o 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口 学位论文作者签名：乏迫表印组 签字日期：郦、07 df 两年 新虢抛衫 签字日期：加国乒7 j 7 矿一口，oj 1 ， i 东北大学硕士学位论文 摘要 螺杆真空泵转子参数化设计及润滑系统开发 摘要 近年来在半导体工业和液晶显示器制造工艺中，对清洁真空环境的要求越来越高， 而传统的有油真空泵己经达不到这样的要求了。螺杆型干式真空泵以其抽速范围宽、结 构简单紧凑、抽气腔元件无摩擦、寿命长、能耗低、无油污染等优点，得到越来越多制 造和应用单位的重视，在干式真空泵市场中占有重要的地位。在欧美和日本等发达国家， 螺杆型干式真空泵在很多领域己经越来越多的代替了传统的有油泵。但由于螺杆泵加工 难度大，我国使用的螺杆泵主要依靠进口，价格非常昂贵。 针对当前我国c a d 技术应用日益普及和推广，而螺杆真空泵转子c a d 二次开发相 对落后的现状，木文利用p r o e n g i n o e l 提供的二次开发土具p r o t o o l k i t 和v i s u a l c + + 6 。 的集成开发环境，对p r o e n g i n e e r 进行二次开发，建立了一个快速的设计系统。该系统 采用三维造型技术与参数化设计相结合的方法，通过p r o t o o l k i t 应用程序设计模块，进 入螺杆真空泵转子零件模型库，对零件模型进行调用，修改、再生等操作，从而实现螺 杆真空泵转子的快速设计。 。 首先，在对螺杆真空泵转子的特点进行分析的基础上，利用p r o e n g i n e o 的三维建 模和参数化功能，设计初始零件模型，建立螺杆真空泵转子零件模型库。 其次，在研究了p r o e n g i n e e r 零件参数化设计方法及其特点的基础上，建立螺杆真 空泵转子参数化设计的系统，开发零件参数化设计的程序模块。通过p r o t o o l k i t 程序设 计，实现各个应用程序模块与p r o e n g i n e e r 系统的无缝集成，建立螺杆真空泵转子设计 系统。 由于进行螺杆真空泵转子设计时的零件模型是通过调用零件库中的模型再生得到 的，避免了设计系列化零件模型的重复劳动，提高了设计效率，使得螺杆真空泵转子设 计更为方便快捷。同时，该软件系统的开发为商用c a d 软件在机械设计领域的应用研 究提出新的途径。 在立式真空泵中已部分存在结构简单、工作可靠的螺旋供油式润滑系统。然而，关 于这种润滑系统在以往使用情况下仅凭经验而实践还尚未见到相关理论阐述。在文章中 对其进行初步的计算。并建议取封液浸润长度接近于螺旋段长度，当螺旋角，轴向槽宽， u 东北大学硕士学位论文 摘要 螺旋槽宽固定时，随着螺旋槽深的加深，供油压力衰减，可用于润滑的油量缓慢上升。 当螺旋角固定，轴向槽宽，螺旋槽宽，螺旋槽深皆变化时，可得在毛= 0 6 ，七：= 4 左右 达到最大。当螺旋槽深固定时，螺旋角，轴向槽宽，螺旋槽宽均缓慢上升过程中，其最 优结果出现在毛= 0 5 ，螺旋角2 0 度左右。 关键词：螺杆真空泵；转子；参数化设计；p r o e n g i n e e r ；润滑系统计算 1 1 1 查! ! 查学硕士学位论文 a b s t r a c t _ _ - - _ - _ _ - 一一- _ t h e d e v e l o p m e n t o fp a r a m e t e r d e s i g na b o u td r ys c r e wv a c u u mp u m pr o t o r a n dd e s i g na b o u tl u b r i c a t i o ns y s t e m a b s t r a c t t h ed e m a n do fv a c u u me n v i r o n m e n t i n c r e a s i n gh i g h l yi nr e c e n ty e a r si n t h e s e m i c o n d u c t o ra n dl c di n d u s t r i e si nt h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s s ，a n dt h e r eh a sb e e nn os u c h r e q u e s ti nt h et r a d i t i o n a lo i lp u m p s s c r e w - t y p ed r yv a c u u mp u m p i n gc h a r a c t e r i c e do fi t s w i d es c o p es p e e d ，s t r u c t u r ew i t hs i m p l ec o m p a c t ，t h ee x h a u s tc h a m b e rc o m p o n e n t sw i t h o u t f r i c t i o n ，l o n gl i f e ，l o we n e r g yc o n s u m p t i o n ，1 1 0o i lp o l l u t i o n ，a n do t h e ra d v a n t a g e s ，o c c u p i e s a l lm o r ea n dm o r ei m p o r t a n tp o s i t i o ni nt h ed r yv a c u u mm a r k e t i ne u r o p ea n dt h eu n i t e d s t a t e sa n dj a p a n a n do t h e rd e v e l o p e dc o u n t r i e s ，s c r e w t y p ed r yv a c u u mi nm a n ya r e a sh a s b e e nm o r ca n dm o r ea p l a c eo ft h et r a d i t i o n a lp u m p h o w e v e r , d u et od i f f i c u l t yi np r o c e s s i n g s c r e wp u m p ，t h eu s eo fs c r e w p u m pm a i n l yr e l yo ni m p o r t s ，b u tt h ep r i c ei sv e r ye x p e n s i v e i nv i e wo ft h ec u r r e n t a p p l i c a t i o no fc a dt e c h n o l o g yi nc h i n aa n dg r o w i n gp o p u l a r i t y o ft h ep r o m o t i o n ，a n dt h es c r e wp u m pr o t o rc a d s e c o n d a r yd e v e l o p m e n tw a sr e l a t i v e l y b a c k w a r d ，w ec a nu s ep r o e n g i n e e rt op r o v i d et h es e c o n d a r yd e v e l o p m e n tw i t hp r o t o o l k i t a n dv i s u a l c + + 6 0 i n t e g r a t e de n v i r o n m e n t t h ee s t a b l i s h m e n to far a p i dd e s i g ns y s t e m t h e s y s t e mu s e st h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l i n gt e c h n o l o g ya n dt h e p a r a m e t i cd e s i g n ，t h r o u g h p r o t o o l k i td e s i g nt h es c r e wp u m pr o t o rm o d e lo ft h e p a r t s ，p a r t so ft h em o d e lc 锄b e m o d i f i e d ，r e n e w e dt h u sw ec a nd e s i g nt h er o t o rr a p i d l y f i r s to fa l l ，i nt h ea n a l y s i so ft h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h es c r e wp u m p s r o t o rb a s e do nt h e u s eo fp r o e n g i n e e ro ft h et h r e e - d i m e n s i o n a l m o d e l i n ga n dp a r a m e t e r sf u n c t i o n ，w ec a n e s t a b l i s ht h ev a c u u mp u m pr o t o rp a r tm o d e l s e c o n d l y , t h r o u g ht h es t u d yo ft h ep r o e n g i n e e r p a r t so ft h ep a r a m e t i cd e s i g na n d c h a r a c t e r i s t i c so fs c r e wp u m pr o t o r , w ec a ne s t a b l i s ht h es y s t e m ，t h ed e v e l o p m e n to f p a r t so f t h ed e s i g np a r a m e t e r so ft h ep r o c e s sm o d u l e s t h r o u g ht h ep r o t o o l k i tp r o c e d u r e st oa c h i e v e t h ev a r i o u sm o d u l e sa n ds e a m l e s si n t e g r a t i o n ，t h ee s t a b l i s h m e n to fs c r e w p u m pr o t o rd e s i g n s y s t e mi sr e a l i z e d i nt h es c r e wp u m pr o t o rd e s i g no ft h ep a r tm o d e li sg o tb yt h er e g e n e r a t i o n ，t h ed e s i g no f i v t 东北大兰堡主兰堡垒查 垒! ! ! ! 生 _ _ _ - - - _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ - l _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ 一一一 s e r i a l i z e dp a r t st oa v o i dt h ed u p l i c a t i o n , i m p r o v i n gt h ee f f i c i e n c yo ft h ed e s i g n , w h i c hm a k e s c r e wp u m pr o t o rd e s i g nm a k e se v e nm o r ec o n v e n i e n t a tt h es a m et i m e ，t h es o f t w a r es y s t e m i n 也cc o m m e r c i a ld e v e l o p m e n to fc a ds o f t w a r e i n t h ef i e l do fm e c h a n i c a ld e s i g n a p p l i c a t i o ni na n e ww a y t h e r eh a v ea l r e a d ye x i s ts p i r a l 1 u b r i c a t i o ns y s t e mw i t hs i m p l es t r u c t u r e ，r e l i a b l es u p p l y o fi nt l l ev e r t i c a lv a c u u m h o w e v e r , t h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dd e s i g na b o u tt h el u b r i c a t i o n s y s t e mh a sn os p e c i a l i z e ds t u d y i nt h i s a r t i c l ei tw i l lg i v eap r e l i m i n a r yc a l c u l a t i o n s a n d r e c o m m e n d e df o r l el e n g t ho fi n f i l t r a t i o nc l o s u r ec l o s et ot h el e n g t ho ft h es p i r a l w h e nt h e h e l i xa n g l e ，a x i a lt r o u g h ，t h es p i r a lt r o u g hf i x e d ，a l o n gw i t ht h ed e e p e n i n gs p i r a lg r o o v ed e e p ， t h eo i lp r e s s u r ed e c a y , t h el u b r i c a t i n go i lc a nb eu s e dr i s e w h e nt h es p i r a la n g l ei sf i x e d ， a x i a lt r o u g h ，t h es p i r a lt r o u g h c h a n g em a x i m u mi sa v a i l a b l ea t 屯= 0 6 ，k 2 = 4 w h e nt h e s p i r a lg r o o v ed e e pf i x e d ，t h es p i r a la n g l ea n da x i a lt r o u g ha r es l o w l yr i s i n gb e s t r e s u l t i n k , = 0 5 ，s p i r a la n g l ea r o u n d 2 0 ” k e y w o r d s ：s c r e wp u m p s ，r o t o r ，p a r a m e t r i cd e s i g n ，p r o e n g i n e e r ，l u b r i c a t i o ns y s t e m c a l c u l a t i o n s v 东北大学硕士学位论文目录 口三互 目豕 独创性声明。1 o 摘要 a b s t r a c t 。 第1 章绪论。1 1 1 课题背景1 1 2 螺杆型干式真空泵概述2 1 2 1 螺杆型干式真空泵在干泵家族中的地位2 1 2 2 螺杆型干式真空泵的国外研究现状4 1 2 3 螺杆型干式真空泵的国内研究现状8 1 2 4 螺杆型干式真空泵的未来发展瓶颈因素分析9 1 3 本课题研究内容9 第2 章软件开发工具的选择。 2 1 图形支撑软件p r o ew i l d f i r e 1 1 2 1 1p r o e 核心技术的特点1 1 2 1 2 p r o e 参数化设计的特性1 2 2 2p r o e 二次开发的定义、特点及基本思路1 3 2 3p r o e 二次开发的关键技术1 4 2 3 1p r o t o o l k i t 接口1 4 2 3 2p r o t o o l k i t 应用程序的编译、连接、注册和卸载1 5 2 3 本章小结1 7 第3 章螺杆干式真空泵转子型线知识总结。1 8 3 1 螺杆型干式真空泵转子型线要素和设计原则1 8 3 1 1 转子型线要素1 8 3 1 2 转子型线设计原则1 9 v i 东北大学硕士学位论文目录 3 2 转子型线的构成原理1 9 3 2 1 坐标系的建立2 0 3 2 2 坐标系变换2 0 3 2 3 齿曲线方程及其参数变化范围2 1 3 2 4 齿曲线的共轭曲线方程2 2 3 2 5 共轭曲线的啮合线方程2 2 3 3 常见型线分析2 2 3 3 1 型线的构成2 2 3 3 2 梯形齿转子型线方程2 3 3 3 3 凹齿面转子型线方程2 7 3 4 本章小结3 1 第4 章干式真空泵转子三维模型的参数化设计3 2 4 1 参数化设计3 2 4 1 1 参数化设计技术3 2 4 1 2 参数化程序设计的基本原理3 2 4 1 3 基于p r o t o o l k i t 三维参数化设计的开发3 3 4 2 基于p r o t o o l k i t 零件参数化设计3 4 4 2 1p r o t o o l k i t 下零件参数化二次开发模型3 4 4 2 2 零件参数化设计二次开发流程3 5 4 2 3 初始零件模型参数的建立3 5 4 2 4p r o t o o l k i t 关键模块的实现3 6 4 3 设计实现3 8 4 3 1 模型建立：3 9 4 3 2 建立参数关系3 9 4 3 3 用族表实现转子的系列化设计4 0 4 3 4 控制程序设计4 3 第5 章立式螺杆真空泵润滑系统设计计算 4 7 5 1 研究背景4 7 5 2 螺旋供油的相关理论研究5 0 5 2 1 螺旋供油的工作原理5 0 v 东北大学硕士学位论文 目录 5 2 2 螺旋供油的理论。5 3 5 3 影响螺旋供油润滑性能的因素分析。5 8 第6 章结论与展望。6 0 6 1 结论6 0 6 2 展望6 0 参考文献。6 2 至受 访j 。6 4 v i l l 东北大学硕士学位论文 第l 章绪论 1 1 课题背景 干式真空泵发展概况 第1 章绪论 真空技术作为一门实用技术，已广泛用于航天、航空、高能物理、可控热核聚变、 表面物理、半导体、微电子等尖端科学研究领域，还用于电子管、电光源、电气、化学、 光学、精密机械、冶金、汽车、核能、制冷、医学、制药、运输、包装、玩具、装饰、 日常用品等众多的工业领域和服务行业。真空获得技术是一切真空应用的技术基础，真 空获得设备关系到所有真空应用设备的运行和使用。 随着制造技术的不断发展，许多行业对真空环境的要求也越来越严格，真空系统或 真空泵所要处理的问题不再是达到真空度即可，因为伴随生产过程所产生的具有毒性、 腐蚀性、反应性、凝结性、可燃性等物质会与泵油相混合，而使泵油变质劣化，同时在 工艺过程中，化学反应的生成物及颗粒副产物也会给泵的正常工作带来不利影响，从而 引发真空泵故障、产品本身的污染以及对环境的污染，传统的有油真空系统已不能解决 这些问题，于是干式真空泵即绿色真空泵应运而生，从根本上解决油封式真空泵引发的 各种问题。 所谓的干式真空泵，一般通用的说法是：能在大气压到l o 2 p a 的压力范围内工作：在 泵的抽气流道( 如泵腔) 中，不能使用任何油类和液体、排气口与大气相通，能连续向大 气中排气的真空泵。其特点是没有油的污染。在泵的抽气口侧，没有油蒸汽返流，从而 保证被抽气的工作空间清洁，提高被抽空间产品的质量；在泵的排气口侧，没有油蒸汽喷 出，净化了周围的环境空间，因此又称“绿色真空泵。干式真空泵种类很多，现在应 用较多的有活塞式无油泵、涡轮分子泵、溅射离子泵和螺杆型干式真空泵等几种。 螺杆泵属于容积式无油真空泵。这种泵的抽气不再有油的污染，而且适用于较大抽 速的泵，是近年来研制开发较多的泵种。与其它真空泵相比较，螺杆型干式真空泵以其 抽速范围宽、结构简单紧凑、抽气腔元件无摩擦、寿命长、能耗低、无油污染等优点， 得到越来越多制造和应用单位的重视，在干式真空泵市场中占有重要的地位。 尽管螺杆型干式真空泵具有这么多的优点，然而，由于目前国内一些公司正在使用 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 的螺杆型干式真空泵均是从国外进口，价格非常昂贵，每台螺杆泵价格要三、四十万元 人民币，所以螺杆型真空泵在我国的使用并不广泛。造成这一现象的主要原因是由于螺 杆泵转子型线较复杂，加工难度大，需用特制的刀具在专用机床上进行加工。 另外，对螺杆型干式真空泵泵体的加工精度也有较高的要求，而国内的加工水平目 前还难以达到这个水平。为了简化螺杆型干式真空泵的设计，本文提出了对螺杆泵关键 部件一转子实现参数化设计的概念，参数化设计的意义主要有以下几点： ( 1 ) 提高设计效率 由于螺杆泵的关键运动部件是一对相互啮合的螺杆，其型线方程复杂，形状不规则， 采用计算机绘图时无法用简单图形直接绘制，而是需要描点生成曲线，如果每次设计时 都要重复计算点坐标然后再描点绘图，必然将大量时间浪费在绘图上。而参数化设计是 直接从设备的三维模型开始设计，生成二维图形，实现机械设计方式的改革，如果要设 计不同型号的螺杆泵，只要改动几个参数就可实现三维图形、二维图形的修改，实现柔 性设计，大大降低螺杆型干式真空泵的设计难度，减少了设计时间，缩短产品开发周期， 为企业的生存和发展赢得宝贵的市场和发展空间。 ( 2 3 有利于加工 实现螺杆泵转子的参数化设计，也会降低螺杆泵的加工难度。如今，随着数控技术 的蓬勃发展，大部分单位都己用数控机床、加工中心代替了传统的加工方式。把绘制的 程序转化成加工的程序，应用到数控机床，就可直接加工，解决了国内y j 、杆泵转子加 工难的问题。 1 2 螺杆型干式真空泵概述 1 2 1 螺杆型干式真空泵在干泵家族中的地位 干泵的种类很多，目前已开发出来的有罗茨泵、爪型泵、涡旋泵、往复活塞泵、 螺杆泵等。表1 1 1 1 是几种典型的干泵性能的比较。 在过去的十多年里，有好几种不同类型的干式真空泵被设计生产出来，它们在机 械结构设计上有明显差异，因此可以将干式真空泵归纳为以下几种类型：罗茨式、爪式、 组合式( 罗茨+ 爪) 、螺杆式1 2 】，其中前三种被称为多级泵。因为它们的工作方式大致相同， 都是利用多级真空腔对气体进行反复的压缩来产生真空。在多次反复压缩的过程当中， 气体的温度和压力也产生比较复杂的变化，因而比较容易引起气体物理特性的变化。而 螺杆泵被称为单级泵，因为它只靠一个真空腔来产生真空。 2 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 罗茨泵 爪型 活塞型 涡旋型 旋片型 螺杆型 3 - - - 6 3 - 4 4 l 2 2 2 2 5 2 5 1 5 一 2 0 2 0 1 5 2 0 1 5 涡轮型多级串联 2 0 3 0 5 0 1 5 2 0 2 0 0 1 0 1 5 2 0 6 0 3 0 易发热。需冷却 加工，装配有难度 怕抽带颗粒的气体 阅隙小、难装调 怕抽带颗粒的气体 阃隙小、转速高 加工比较困雉 转速惠 螺杆式结构的气体通路简单而且较短，气体在泵内停留的时间也最短，如图1 1 所 示。由于螺杆式设计为单级设计，同多级泵如罗茨式，爪式以及组合式相比，其在零件 的使用数量上减少了百分之六十。这使得其在稳定性和将来的维修成本上有很大的优 势。而且工作稳定性高，维修简单。 图1 1 螺杆型干式真空泵气体流动示意图 f i g1 1f l o wo f g a si nt h ed r ys c t e wp u m ps k e t c h 螺杆型干式真空泵特点如下： ( 1 ) 可靠性高。螺杆型干式真空泵结构简单，零部件少，因此它运转可靠，寿命长， 维修简单。 ( 2 ) 气体通路短，气体可以快速排出。单级设计，对流程气体搅动少，减少了冷物和 5 5 3 五们 3 叭 ” 纰 蝴 洲 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 微小颗粒堆积的可能。 ( 3 ) 动力平衡性好。螺杆型干式真空泵没有不平衡的惯性力，机器可平稳地高速返行， 振动小，噪声低。 ( 4 ) 适应性强。螺杆型干式真空泵具有强制输气的特点，在宽广的压力范围内能维持 较高的抽速，而且适合作大抽速的泵。 ( 5 ) 多相混输。由于螺杆型干式真空泵转子齿面间留有微小间隙，因而可抽除含粉尘、 。 可凝性蒸汽等多种气体。 螺杆型干式真空泵的这些优点使得这种泵被广泛应用于电子、核能、化工、医药、 、 食品工业等领域。螺杆真空泵作为一种低真空获得设备，是当前世界上先进的真空设备， 节能、压力稳定、噪音小，是替代液环真空泵和旋片真空泵的理想设备。螺杆泵在整个 干泵市场中占有重要的地位。 1 2 2 螺杆型干式真空泵的国外研究现状 一 螺杆型干式真空泵的研究最初是为了应用于半导体工业和液晶显示器制造业，日 本、德国、美国、中国台湾都是较早地开展研制工作的国家和地区。现在，螺杆型干式 真空泵广泛应用于电子、核能、化工、医药、食品工业等领域。在半导体工业中用于生 产芯片、制造液晶显示器、蚀刻、生产p l a s m a 的c v d t 3 1 制程；在核工业中用于核反应 堆及核工业真空获得；化工上用于真空蒸馏及溶剂萃取高效回收溶剂，肪酸生产中用来消 除水污染，清除喷射器中的阻塞物：医药工业中用于回收药液及药物中间体，为人造器官 生产提供清洁无菌条件，回收气体消毒剂；食品工业中用于香料、香精浓缩，食品包装等， 应用范围极为广泛。 国外已有许多公司进行螺杆型干式真空泵的生产，例如德国b u s c h 公司、美国纳 西姆公司、德国莱宝公司、韩国s h i n j u n g 公司、日本岛津公司等，所生产的产品也 己投放市场，被真空行业广泛应用。下面列举几家国外公司生产的螺杆型干式真空泵产 品及性能参数。 德国b u s c h 公司生产的c o b r a 系列螺杆型干式真空泵被我国许多真空应用厂家 使用，例如北京富莱克斯光变颜料有限公司等，图1 2 是这种c o b r a 系列螺杆型干式 真空泵的外形照片 4 1 。 这种c o b r a 系列的无油螺杆真空泵，广泛应用于溶剂干燥、气体回收及任何需 要完全无油真空的工艺流程。它具有以下几个优点： ( 1 ) 单级设计 4 查! ! 垄兰硕士学位论文 第1- 童绪论il-一w 图1 2b u s c h 生产的c o b r a 无油螺杆真空泵 f i g1 2c o b r ao fb u s c h - d r ys c r e wv a c u u mp u m p ( 2 ) 无油，无接触运作 ( 3 ) 静音操作 ( 4 ) 高容积效率 b u s c h 公司生产的c o b r a 无油螺杆真空泵有三个系列：c o b i 认t c c o b r a n ，c o b r a a c ，表1 2 至表1 4 分别列出这三种系列螺杆泵的性能参数。 表1 2c o b r a t c 无油螺杆真空泵性能参数 t a b l e1 2c o b r at c c a p a b i l i t yp a r a m e t e ro f d r y8 c r o wv a c u u mp u m p 技术参数表【5 0h z c o b r a l t c2 1 6 0 t c 2 2 5 0 t c 3 4 0 0 _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ - _ _ - _ - _ _ _ _ - - _ _ - _ 一一_ 一_ 一_ 一一一 抽气速率 m 3 ，i i l 1 6 0 2 5 0 4 4 0 极限压力【t l p a ( m b a r ) ) 如5如5 蜘1 电机功率 k w l 5 5 7 51 1 _ _ _ _ - _ - - _ _ - _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - _ - _ - _ _ _ l- _ _ l l i_ ll _ - 5 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 技术参数袭【5 0h z 】 c o b r a a c a c0 1 0 0a c0 2 0 0 a c0 4 0 0a c0 8 0 0a c2 7 0 0 美国纳西姆公司生产的d2 0 0d r yp r 。系列螺杆真空泵是一种高可靠性和高效率的 干式真空泵。独特的螺杆设计，纯净的气体供油和无润滑油泵室，使其非常符合环保要 求。 由于其无油以及非接触螺杆设计，它能够处理腐蚀性介质，有机物，无机物和各种 溶剂，而且内部零件无磨损，泵的使用寿命长，不像其他设备那样会在螺旋转子和各轴 之间出现腐蚀，d 2 0 0 d r yp r o 的轴和螺旋转子都是实心体，是一种最安全，无故障的设 计。在螺旋转子之间的密闭气体，被轴向输送至出口，不会污染贵重的溶剂、产品和环 境。 d 2 0 0 d r yp r o 系列干式螺杆泵5 1 非常适合于工艺化学制品和溶剂的回收。这使得他 们成为在节省能源，减少排除物，尤其是节省操作费用方面的最佳设备选择。 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 这种泵的另一个特点是根据使用情况能够直接冷却或间接冷却。可以提供一个可 选的空气冷却装置，以减轻安装工作量。直接冷却方法可以进行更大程度的温度控制， 尤其是在处理可燃气体的时候，在系统出口处收集冷凝液，减少排出物。需要大气量时， 特殊设计的复合系统能够达到超过2 5 0 0 0 m 3 。 这种螺杆泵的特色有以下几点： ( 1 ) 结构简单 ( 2 ) 单级设计 ( 3 ) 独特的螺杆型线 ( 4 ) 排气通道短 ( 5 ) 泵腔无油 ( 6 ) 大抽气量 ( 7 ) 结构紧凑 ( 8 ) 噪音低，震动小 这种泵最大的好处是运转可靠、无级间压差、效率高、无油污染、占地面积小。 德国莱宝公司在2 0 0 2 年底正式推出的s r e w l i n e 系列螺杆式无油压缩真空泵6 1 是 一种专门为工业应用( 非半导体应用) 设计的干式泵，它是一种全新的设计，是专门用来 解决工业应用中艰苦的真空问题，如粉尘、焦油等。 这种螺杆泵的技术参数如下：抽速：2 5 0 6 3 0m 3 h ，极限真空度： 1 0 0 0p a , 电机功率：1 5 k w , 噪音：7 5d b ，冷却方式：风冷 主要特性及优点： ( 1 ) 无油真空泵，由于真空腔内没有油润滑，因此粉尘不会存留在泵腔内，而是随着 气体从排气口排出泵外。不需处理废油，环保。 ( 2 ) 无压缩真空泵，由于气体在泵内没有压缩，因此消耗功率低。 ( 3 ) 泵腔内没有任何的内部阀门，排除了因内部阀门而产生的故障的可能性，因此耐 粉尘和焦油能力强。 ( 4 ) 泵腔外壳可方便地拆卸，便于清洗螺杆( 当必要时) ，并可在客户现场由用户自己 完成。 ( 5 ) 螺杆表面有非常坚硬的涂层。 ( 6 ) 泵腔内部无轴承和供油，大大降低了故障率。 ( 7 ) 螺杆内部中空，有冷却装置，螺杆寿命长。 ( 8 ) 动供油为无接触的齿轮环，供油无接触，无磨损，无需维护和更换。 7 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 ( 9 ) 易于维护的设计理念，日常的简单维护极其方便。 ( 1 0 ) s pg u a r d 监控器，可以在泵需要维护前报警，使得维护只有在必须时才进行。 韩国s h i n j u n gv a c u u m 公司生产的干式螺杆真空泵7 1 因为不再使用供油液或大 量真空油，从而降低了生产成本，减轻环境污染。两个螺杆形转子在圆柱形的泵体内旋 转，工艺气体经轴向通过泵腔。螺杆与螺杆之间以及泵体与螺杆之间无接触，因此可以 容许积累一定量的液体、冷凝物以及细小微粒。干式真空泵既可作为独立单元工作，也 可以作为部件与增压泵及控制柜组成自动真空系统。目前，该公司已与淄博高斯帕干泵 有限公司合资，生产的干式螺杆真空泵产品采用韩国专利技术生产。 这种泵的特点如下： ( 1 ) 油或水不与工艺气体接触，无污染。 ( 2 ) 仅有两个转子在圆柱形的泵体内运转，且螺杆与螺杆之间无接触。 ( 3 ) 零部件少，占用空间少，易操作。 ( 4 ) 在一个大气压到1 0 0 帕的范围内具有较大抽速。 ( 5 ) 极限压力到1 3 3 帕至更低 ( 6 ) 简单合理的设计可以容许泵内有少量工艺过程中产生的副产品存在如：液体、冷 凝物以及小微粒。 1 2 3 螺杆型干式真空泵的国内研究现状 国内从事螺杆型干式真空泵研究的有上海博汇真空设备有限公司、长沙鼓风机厂、 南通威特真空设备有限公司、东北大学等单位，这些单位都进行过大量螺杆型干式真空 泵的研究，但均未有相关产品的报道。查阅有关螺杆型干式真空泵的专利有三项： ( 1 ) 一种干式螺杆真空泵，所申请为实用新型，专利号为0 1 2 1 0 9 9 7 5 ，发明人为 周宝洪【引。该专利螺杆型线采用的是单头等螺距梯形螺纹。其结构主要特征为：真空泵包 括泵体，装在泵体上的左、右端盖，装在右端盖处的支架，装在支架上的电机，电机输 出轴与联轴器固定连接。在泵体内设有主动螺杆和被动螺杆，在泵体内靠近右端盖处设 有阀门，主动螺杆和被动螺杆上的螺纹方向相反，在主动螺杆和被动螺杆上均装有一齿 轮，两齿轮相啮合。 ( 2 ) 以螺杆转子副为功能部件的容积式机械，所申请为发明专利，专利号为 9 4 1 0 6 8 8 6 2 ，发明人为刘延林【9 l 。此发明涉及一种齿轮传动，是一种以螺杆转子副为功 能部件构成的螺杆真空泵。转子型线由圆包络线，圆弧与长幅外摆线三段曲线组成的光 滑的s 形曲线。该真空泵采用内水冷却结构形式。 r 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 ( 3 ) 干式螺杆真空泵，所申请为实用新型，专利号为2 0 0 4 2 0 1 0 8 1 0 1 2 ，发明人为 张世伟、徐成海、刘春姐【1 0 1 。该专利涉及一种干式螺杆真空泵及其三种转子型线，该泵 包括有电机、联轴器、齿轮、螺杆和泵腔。电机通过联轴器及轴承与齿轮泵腔的增速齿 轮联接，固定联接在阳螺杆上的传动齿轮与阴螺杆上的齿轮啮合，也可由电机通过联轴 器直接传动阳螺杆，再通过传动齿轮带动阴螺杆，省却增速机构。螺杆包括有三种型线， 分别为双边对称圆弧型线、等螺距单头螺纹和变螺距单头螺纹。 以上三个专利也均未见相关产品的报道，可以说目前国内独立设计加工螺杆型干式 真空泵尚空白。本文论述的螺杆型干式真空泵转子的数字化设计就是为了降低螺杆型干 式泵转子设计加工的难度，降低成本，使螺杆型干式泵在国内的加工制造成为可能。 1 2 4 螺杆型干式真空泵的未来发展瓶颈因素分析 目前，限制螺杆型干式真空泵发展的有以下两个主要因素【l ( 1 ) 转子型线方程复杂，设计工作量大。螺杆泵的转子形状不规则，型线方程复杂， 设计时要先根据使用条件和加工水平选择型线类型，根据抽速计算一系列转子结 构参数，按照转子型线方程描点绘制转子的工程图，这样，就将大量时间耗费在 了设计阶段。简化计算步骤，减少设计工作量，将会大大提高设计效率。参数化 设计的提出就会很好解决这一方面的问题。 ( 2 )转子加工难，泵造价高。螺杆泵的转子齿面是一空间曲面，需利用特制的刀具， 在价格昂贵的专用设备上进行加工。另外，螺杆泵的泵体加工精度也有较高的要 求。所以螺杆泵的造价较高，解决转子的加工问题，是未来一段时间内螺杆型干 式真空泵的主要发展方向。 解决好参数化设计的主要问题是转子问题，对螺杆型干式真空泵的加工制造会有很 大推进作用。因此，在未来的一段时间内，有志于螺杆型干式真空泵制造的单位应致力 于这方面的研究，解决了这问题，就可以大大降低螺杆型干式真空泵的生产成本，提高 其性能，为进一步研究螺杆型干式真空泵性能创造有利条件。 1 3 本课题研究内容 从查阅的国内外相关领域的文献资料可以看出，目前国内还没有一套完整的转子 参数化造型设计软件系统，木文在选题时针对这一现状，通过对转子零件模型特点进行 分析，研究计算机建模及其应用技术，在此基础上开发转子参数化设计系统，为进一步 研制这方面的软件系统进行技术探讨。 下面是本课题的主要内容： 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 利用p r o e n g i n e e r 自身提供的p r o t o o l k i t 二次开发程序模块进行模型库的程序设计 和模型的参数化设计，建立零件参数化模型库。通过设计接口程序，将完成的模型库、 交互界面和参数化设计部分联接在一起，最终形成一个完整的设计系统。 程序是用二次开发工具p r o t o o l k i t 以v c + + 6 0 为编译平台来编写，实现用户程序 和p r o