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无油螺杆真空泵工作过程数值模拟

责任编辑:品雅真空设备人气:439 次发表时间:2017-09-02

无油螺杆真空泵也称无油真空泵,是近年迅速发展起来的新型真空设备。国内无油螺杆真空泵的起步较晚,发展较慢,此类产品一直依赖进口。

对无油螺杆真空泵抽速、极限压力的研究中,技术人员提出了一种平衡理论抽速、实际抽速和泄漏关系的方法来计算真空泵抽速,对无油螺杆真空泵抽速曲线进行了测定并建立了真空泵热力学过程的简化模型、螺杆真空泵的性能计算方法进行了系统分析并与实验结果相对比得到了较为良好的真空泵过程计算方法和性能预测方法。另外,螺杆压缩机的性能计算方法同无油螺杆真空泵有相似之处,这些都可以用来分析无油螺杆真空泵的性能。

我们主要针对等螺距和变螺距双螺杆真空泵的工作过程和不同间隙下的泄露建立了数学模型并进行了数值模拟,并用已有变螺距双螺杆真空泵对计算结果进行了实验验证。

1、无油螺杆真空泵工作过程数学模型
无油螺杆真空泵工作过程与螺杆压缩机工作过程相似,分为3个过程:吸气、运输和内压缩、排气,如图1所示。

无油螺杆真空泵工作过程图片

无油螺杆真空泵工作过程图片

由于真空泵实际过程十分复杂,所以必须进行适当的简化或假设。我们中的无油螺杆真空泵的工作工质为空气,并做出如下假设:①空气为理想气体;②控制容积内各处状态均匀;③气体绝热流动,即吸排气和泄漏通道中的流动过程中没有与外界壁面等换热;④吸排气气腔容积无限大。吸、排气过程中工作腔内的压力对应是名义的吸、排气压力。

2、试验装置和方法
2. 1试验装置
无油螺杆真空泵试验系统如图4所示。电动机通过联轴器带动同步齿轮运转。真空泵进气口处安装真空容器,真空容器进气口处连接隔膜阀和流量计,以测定真空泵抽气量,容器另一接口安装真空计,以测量容器内压力(真空泵进气压力)。进气口处安装温度传感器,以测定进气温度,排气口处安装温度传感器,以测量排气温度。冷却水通过流量计进入真空泵水冷套,再在冷却泵体后从排水口排出。泵体接近排气端打孔,安装压力传感器和温度传感器,并用数据采集系统记录压力变化。

2. 2无油螺杆真空泵主要性能参数
无油螺杆真空泵主要试验数据如表5所示。

螺杆真空泵主要试验数据图片

螺杆真空泵主要试验数据图片

无油螺杆真空泵进气压力随抽气时间的变化如表6所示。

无油螺杆真空泵进气压力随抽气时间的变化

通过对无油螺杆真空泵工作过程压力采集试验获得压力变化曲线如图5所示。由图可以看出,在测试孔测得的压力是周期性变化的,周期大概为0.02 s,即转速为3 000r/min左右。如果周期从最低点为开始,压力值随转子转动迅速上升,这是测试孔靠近排气端面,控制容积体积变化率大,排气腔高压侧的泄漏量很大所致。曲线在最高点持续了一段时间,这是螺杆齿顶有一定的宽度,使得测试孔处于密封状态所致。曲线从最高点快速降到最低点,这是齿顶扫过测试孔后,测试孔直接与后一控制体相接通,而后一控制体内气体压力很低所致。

采集试验获得压力变化曲线图片

无油螺杆真空泵在极限真空压力下的压力随转角的变化

3、试验结果分析
无油螺杆真空泵试验与计算