S400螺杆真空泵设计论文解析Word文件下载.docx
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4.2转子温度场的有限元计算16
4.2.1建立数学模型16
4.2.2实体几何模型18
4.2.3网格划分18
总结22
致谢23
参考文献24
S-400螺杆真空泵设计
摘要：
近年来，随着科技的发展，干泵的需求越来越大。
本文介绍的螺杆干式真空泵具有一系列的优点。
1，抽气腔内无任何工作液，可输送高粘度的物质;
2，无油蒸汽排放，保证了外部环境的清洁;
3，由于转子之间留有间隙，所以能用于烟尘，侵蚀性，有害的气体。
本次干式螺杆泵设计要点是转子，气道结构和密封系统。
关键词：
干式真空泵；
螺杆；
吸气；
排气
Abstract:
Recently,thegrowingdemandfordrypumpwiththedevelopmentofscienceandtechnology
Thisarticledescribesthescrewdryvacuumpumpwithaseriesofadvantages
1,Thereisnooperatingfluidintheextractingchamber,itcandeliverhigh-viscositymaterial.
2,Thereisnooilvapouroutlet,itcanguaranteeoutsideclean.
3,Itcanextractgascontainingdust,corrosivity,andpoison,becauseithassmallgapbetweentoothfaceofmaleandfemalerotors.
Themainfactorsforthisdryscrewvacuumpumpdesignarerotors,airwaystuctureandsealingsystem.
Keywords:
dry（oil-free）vacuumpump；
screw；
inlet；
outlet
1绪论
泵的发展有接近110年的历史了，随着科技的发展，泵的种类也在飞速多元化，从最初的旋片泵到具有抽高真空能力的罗茨泵，螺杆泵，仿佛一切都是来的那么突然又有条不紊。
21世纪的今天，科学技术对真空泵的要求一步步的提高。
比如抽真空能力的提高，对抽真空清洁度的要求更加苛刻，对抽气速率要求逐渐提高。
在科研领域，比如食品工业、医疗、化学等行业，传统的有油泵很难满足要求，因为有油真空泵会带来污染，很可能危害人体健康，而干泵具有可以实现零污染的优点，因而干泵将占据着越来越重要的市场地位。
1.1课题背景及研究意义
干式真空泵，一般认为是能在大气压到Pa的压力范围内工作。
干泵的排气端直接与大气接触，工作时连续向外部排气。
对于被抽真空的对象不能含有任何液体环境。
干泵的种类已经发展的比较繁多，本文是只对于螺杆式真空泵进行设计研究。
据我查阅资料，整理总结出螺杆式泵特点如下：
1抽速高，在抽真空压力范围内保持较高的抽速。
2零部件较少，而且几乎没有易损坏零件，因而可靠性较高。
3适应性强，转子留在两齿表面之间的间隙小，从而可以抽腐蚀性，有毒，含有灰尘，冷凝的蒸汽和其他气体。
4操作维护方便
1.2课题研究方向
螺杆泵在国内依然停留在发展时期，主要原因有是国内很少有自主的大型螺杆泵企业，前景不甚明朗。
而且国内企业的普遍特点是加工精度太低，难以达到标准，依靠进口才是一条好路子。
但是在十二五建设的大洪流中，不少企业都在走科技创新的新路子，企业攻坚克难，做出国字号的转子型线，应该很快会有自主研发的转子投产。
但是前进的道路上还存在不少技术难题，以冷却最为棘手。
大多数企业采用的办法是在腔体高压端开环形冷却水槽，但是收效甚微，高温影响依然不容忽视。
另外，爱德华公司选择采用在轴上开设冷却水通道，弊病在于工艺复杂难以加工。
通过查阅资料我了解到，等螺距螺杆泵功耗大，原因在于只排气不进行压缩；
变螺距螺杆泵边功耗大大缩小，设计的成功之处在于可以边压缩边排气，排气口温度顺理成章的变低了不少。
所以气冷极有可能发展为未来的主流。
依照目前的科技发展实力，依然存在不少问题亟待解决。
1，抽取腐蚀性气体时涂层的防腐蚀技术。
2，排气温度高，转子利用率低的通病。
3，抽取活泼气体时，安全问题令人堪忧。
2螺杆干式真空泵的设计
2.1转子的设计
目前干式螺杆真空泵的主要生产厂家多采用单头等螺距型线，其他还有多头双边对称圆弧型线、单头变螺距梯形螺纹型线、单头等螺距梯形螺纹型线和等螺距凹齿型线。
（a）单头等螺距矩形螺纹转子（b）单头等螺距梯形螺纹转子（c）单头变螺距梯形螺纹转子（d）单头等螺距凹面转子（e）双边对称圆弧型线转子
图2.1螺距型线种类
综合考虑各种型线优缺点，本次设计采用的是单头对称圆弧型线。
图2.2单头对称圆弧型线转子
2.1.2螺杆泵工作原理
螺杆式干式真空泵的工作过程可分为吸气、压缩和排气三个过程。
1.吸气过程
以齿间容积最小开始，两螺杆反向旋转，啮合的两齿逐渐脱离啮合从而在其间形成了一定的真空空间，我们称之为齿间容积。
随着螺杆的继续旋转，齿间容积步步增大。
这部分空间只与吸气口相连，进气口的气体在齿间容积的负压下被倒吸入泵中。
吸气过程结束时，齿间容积达到最大值。
2．压缩过程
气体被转子齿和泵强密封在一个封闭的空间中，螺杆继续旋转，两齿开始再次啮合，齿间容积不断减小。
被上一过程吸进来的气体一直停留在齿间容积中也同时被压缩，压强同时升高。
3，排气过程
由于螺杆的旋转，齿间容积会在旋转的过程中逐渐往排气口平移，当齿间容积与排气口相连时气体与排气口外部大气连通，螺杆泵开始排气。
齿间容积进一步减小，气体在泵腔里被螺杆挤出排气口，同时齿间容积再次归零，循环往复开始下一次吸气过程。
由以上三个过程可以看出螺杆式干式真空泵是容积式机械真空泵。
转子在泵腔内回转导致齿间容积不断变化，同时齿间容积的变化实现吸气-压缩-排气的过程。
这个个流程循环往复，具有周期性。
2.2转子尺寸计算
螺杆压缩机转子的推荐公称直径：
800mm、630mm、500mm、400mm、315mm、250mm、200mm、160mm、125mm、100mm、80mm、63mm。
初选螺杆的公称直径=125mm。
型线选择单头对称圆弧型线，阴转子与阳转子齿数比选6:
4。
中心距=0.8×
125=100mm
阳转子工作长度=×
=1.5×
125=187.5mm
阳转子节圆=0.64×
125=80mm
阴转子节圆=0.96×
125=120mm
齿高半径r=0.205=0.205×
125=25.6mm
阳转子实际外径=1.05=1.05×
125=131.25mm
阴转子实际外径==120mm
2.3腔体的设计
图2.3腔体
腔体高压端有环形冷却液通道，上面的凹槽里安装冷却水管（含散热板），通冷却水以冷却冷却液，达到更好的冷却效果。
腔体端面采用O型圈密封。
2.4齿轮的设计
齿轮设计计算
中心距a=100mm
模数mt初步选为3
齿数初定为=42，=63。
螺旋角=10.14°
8°
～15°
满足要求
故模数确定为m=3，齿数确定为=42，=63。
齿轮强度校核
材料选用20Cr，热处理是渗碳淬火，处理之后齿轮齿面硬度为59HRC，查得==1500Mpa，取安全系数=1.2，则
=1500/1.2=1250MPa
齿轮按六级精度制造，载荷系数K选取为1.2，齿宽系数选为0.2。
小齿轮上的转矩
验算齿面接触强度
==379.0MPa<
，安全
图2.4齿轮
2.5气道的设计
进气口开在腔体上，通过一斜面打通到吸气端面。
排气口开在高压段盖板上,在排气侧装消声器。
排气压力为大气压，极限压力大约为1Pa,最大压缩比为105
图2.5气道结构图
2.6轴承的设计
2.6.1轴承的选择
齿轮端（高压端）由于要承受较大径向力与轴向力，选用两个深沟球轴承并排安装。
低压端由于主要承受径向力，选用圆柱滚子轴承。
图2.6深沟球轴承（左）和圆柱滚子轴承（右）
2.6.2轴承寿命计算：
n表示轴承转速2900r/min
C表示轴承基本额定动载荷，圆柱滚子轴承,C=80.2KN
深沟球轴承，C=43.2KN
P表示轴承载荷
为指数，对于球轴承，=3
对于滚子轴承，=3.333
计算得，深沟球轴承，Lh1=3707h（取载荷P=10KN）
圆柱滚子轴承，Lh1=5934h（取载荷P=10KN）
经计算符合要求。
2.7密封件的设计
采用骨架密封圈和卡环配合进行密封，然后连接挡油环。
盖板与腔体连接处使用O型圈进行密封。
图2.8骨架密封环（左）与挡油环（右）
2.8电机的选择
采用带法兰盘的电机，选用东元电机，AEVFXA系列防爆电动机，
额定功率7.5KW，转速2900r/min。
电压（V）380
频率（Hz）50，60
防护等级IP54
冷却方式IC411
周温-15℃~40℃
表2.9电机尺寸
图2.10BuschAC0400型干式螺杆真空泵
表2.2参数表
第三章参数计算
3.1排气量
3.1.1理论排气量
（3.1）式中——阳转子转速2900
——阳转子公称直径0.125m
——阳转子工作长度0.1875m
——面积利用率选取为0.521
——扭角系数。
按表3.1选取=0.971
表3.1扭角系数参考值
1.00
0.989
0.971
根据公式（3.1）计算理论排气量
=0.971×
0.521×
2900×
0.1875×
0.125×
0.125
=4.30
3.1.2实际排气量
（3.2）
的值与转子型线、间隙值、转子尺寸、转速有无喷液等因素有关，气值见表3.2
选取=0.80则按式（3.2）实际排气量
=4.45×
0.75=3.23
3.2轴的强度计算
螺杆式干式真空泵的阴阳螺杆所受弯矩不大，故可按扭转强度条件计算。
根据材料的成本问题和工艺规程，轴材料选取45钢，热处理方式是调制处理。
由表4.5查得其许用扭转切应力=40MPa。
按扭转强度计算最小直径
（4.7）
=
=14.6mm
为了给轴留有足够的安全系数，计算之后对轴进行10%~15%的加强，选取直径为35mm。
3.3极限真空度、功率及冷却水量（表3.3是台湾汉钟PS机型技术参数表）
表3.3台湾汉钟PS机型技术参数表
机型
DVS-23
DVS-37
DVS-42
DVS-150
单位
抽气速率
22
36
42
146
L/S
80
130
150
500
m3/hr
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