羅茨真空泵的結構設計【含CAD圖紙全套+畢業(yè)答辯論文】

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購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 摘要 羅茨真空泵近年來在國內(nèi)外得到較快的發(fā)展，在冶煉、石油化工、電工等行業(yè)得到廣泛應用，主要是用于輸送石油及石油產(chǎn)品和工廠輸送各種油類和液體。 本文主要設計羅茨真空泵的結構設計，重點研究羅茨真空泵的結構特點，在研讀了諸多相關文獻資料的基礎上，分析羅茨真空泵國內(nèi)外研究理論和現(xiàn)狀，進行了羅茨真空泵的整體方案及設計，對相關技術參數(shù)進行了設計，利用 關鍵詞：真空泵，轉(zhuǎn)子， 買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 at in to of In on of of of at 買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 目 錄 緒 論 ............................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 第一章 真空設備獲得 ....................................................................................................... 3 要不斷擴大的真空領域 ................................................................................. 3 空技術在能源方面的應用 ............................................................................. 5 空泵市場各類泵設備發(fā)展現(xiàn)狀 ..................................................................... 7 空泵技術進展趨勢 ......................................................................................... 9 真空技術未來發(fā)展的期望 ........................................................................... 12 第二章 羅茨真空泵的介紹 ............................................................................................... 13 茨真空泵的術語和定義 ................................................................................ 13 茨真空泵的型式和 氣冷式羅茨真空泵型線 分析 ........................................ 13 茨真空泵的技術要求 .................................................................................... 18 第三章 羅茨真空泵的總體設計 ........................................................................................ 19 茨真空泵的總體構成 .................................................................................... 20 動機的選擇 .................................................................................................... 22 體傳動結構設計 ........................................................................................... 23 齒圓柱齒輪傳動設計計算 ........................................................................... 24 按齒面接觸強度設計 ................................................................................ 24 齒根彎曲強度 設計 ................................................................................... 26 齒輪幾何尺寸計算 .................................................................................... 26 開線型轉(zhuǎn)子型線的確定 ............................................................................... 27 的結構設計計算 ........................................................................................... 34 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算 ................................................................................ 34 剛度條件計算 ........................................................................................... 34 精確校核軸的疲勞強度 ............................................................................ 35 承選取設計計算 ........................................................................................... 38 軸承的設計參數(shù) ........................................................................................ 38 軸承的當量動載荷計算 ............................................................................ 38 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 第四章 羅茨真空泵的三維設計 ............................................ 40 簡介 ........................................................................................... 40 創(chuàng)建和發(fā)展 ............................................................................... 41 功能和特征 ............................................................................... 41 茨真空泵零部件三維模型設計 .................................................................... 42 茨 真空泵三維裝配圖 .................................................................................... 42 結 論 ....................................................................................................................... 43 參考文 獻 ..................................................................................................................... 44 謝辭 ............................................................................................................................. 45 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 1 緒 論 真空泵的分類 ： 真空泵利用機械、物理、化學、物理化學等方法對容器進行抽氣，以獲得和維持真空的裝置。真空泵和其他設備（如真空容器、真空閥、真空測量儀表、連接管路等）組成真空系統(tǒng)，廣泛應用于電子、冶金、化工、食品、機械、醫(yī)藥、航天等部門。按真空泵工作原理，基本上分為氣體輸送泵和氣體捕集泵兩種類型。氣體輸送泵包括： 1、液環(huán)真空泵 2、往復真空泵 3、旋片真空泵 4、定片真空泵5、滑閥真空泵 6、余擺線真空泵 7、干式真空 泵 8、羅茨真空泵 9、分子真空泵10、牽引真空泵 11、復合式真空泵 12、水噴射真空泵 13、氣體噴射泵 14、蒸汽噴射泵 15、擴散泵等氣體捕集泵包括：吸附泵和低溫泵等。 首先介紹幾種常見泵及其特點： 22主要用來抽除空氣和其他有一定腐蝕性、不溶于水、允許含有少量固體顆粒的氣體。廣泛用于食品、紡織、醫(yī)藥、化工的行業(yè)的真空蒸發(fā)、濃縮、浸漬、干燥的工藝過程中。該泵具有真空度高、結構簡單、使用方便、工作可靠、維護方便的特點。 2具有結構緊湊、體積小、重量輕 、噪音低、振動小等優(yōu)點。它適用于作擴散泵的前級泵，而且更適用于精密儀器配套和實驗室使用。例如 :質(zhì)譜儀器、冰箱流水線、真空冷凍干燥機等。 可以在任意入口壓強下工作，已普遍應用于食品的真空包裝，塑料工業(yè)的真空吸塑成形。印刷行業(yè)的紙張輸送、真空夾具、以及真空吸引等。 列水環(huán)式真空泵主要用于粗真空、抽氣量大的工藝過程中。它主要用來抽除空氣和其他無無腐蝕、不溶于水、含有少量固體顆粒的氣體，以便在密閉容器中形成真空。所吸氣體允許混有少量液體。它廣泛應用于機械、醫(yī)藥、 =食品、石油化工購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 2 等行業(yè)中 。 羅茨真空泵是一種旋轉(zhuǎn)式變?nèi)菡婵毡庙氂星凹壉门浜戏娇墒褂迷谳^寬的壓力范圍內(nèi)有較大的抽速對被抽除氣體中含有灰塵和水蒸氣不敏感廣泛用于冶金、化工、食品、電子鍍膜等行業(yè)。 本次設計的羅茨真空泵是根據(jù)我國的實際生產(chǎn)情況以及現(xiàn)有的技術水平，綜合國內(nèi)外同類產(chǎn)品的優(yōu)點，本著高效率，低成本的原則，自行設計的。廣泛應用與真空冶金、真空脫氣、真空鍍膜以及空間模擬、低密度風洞等裝置中抽除非腐蝕性氣體，還可用與醫(yī)藥、食品、電子、化工等工業(yè)的蒸餾、蒸發(fā)、干燥等生產(chǎn)過程。 該機器的主要機構為：主軸電動機帶動主軸旋轉(zhuǎn)，軸上有一對“ 8”字型轉(zhuǎn)子在泵殼中作等速反向旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生吸氣和排氣作用。由于此次設計缺少大量資料給設計制造了巨大困難，對于這次設計的不足希望各位老師提出寶貴的意見。 在本次設計中得到了宋愛平 老師 的悉心指導，對此表示衷心的感謝！同時也對在設計過程中給與我大力幫助和指導的各位老師一并表示感謝！ 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 3 第一章 真空設備獲得 需要不斷擴大的真空領域 在 21世紀，真空的需求是增長還是減少 ?今后的發(fā)展趨勢又將如何 ?這主要取決于真空應用的領域是否增加，需求是否增長。 在 20～ 30 年前，真空書籍中就指出：真空技術的應 用，一是靠壓力差，二是通過空間的電子或分子排除干擾，三是降低粒子撞擊表面的次數(shù)。用于各自的需求不同，所需的真空度當然也就不同了。所謂排除空間障礙物，即粒子的平均自由程要比裝置的特征尺寸長。真空蒸發(fā)、電子管和加速器就是利用了真空的這一特點。除大功率的電子管外，其他大部分做成固體元件，這樣就不再需要真空了。暖水瓶是真空技術在人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾獞?，如果以后能生產(chǎn)出優(yōu)良的絕熱材料，且很便宜，那么真空在暖水瓶的生產(chǎn)過程中將會失去作用。從降低表面粒子入射頻率的必要性看，超高真空技術定會得到發(fā)展，它可使表面長時間地維 持其清潔。目前，真空技術的應用的特點是：利用真空環(huán)境來研制一些新材料和新工藝。使真空應用領域得到進一步擴大，例如超微粉和納米顆粒的制作以及固體元件的工藝開發(fā)。另一個應用領域是為了減少化學反應過程和核聚變反應中的不純物，有時也要利用真空。真空室的器壁本身與反應過程有著極其密切地關系。 人們對真空的需求將會擴大。如日本三井物產(chǎn)公司把鉛摻入鋁中，然后用高溫使鋁蒸發(fā)，利用這種方法煉鋁就會擴大對真空泵的需求。因此，對于真空設備廠來說將會有一個很大的真空泵的銷售市場。過去煉鋁采用電解法，現(xiàn)正在研究熔爐還原法。在 熔爐內(nèi)還原時，由于耐火材料與鋁的混合，使分離非常困難。如果把熔爐中出現(xiàn)的含有鋁的不純物溶解于鉛溶液中就可以對含鋁的鉛和不純物進行分離。利用真空可以分離由此形成的鋁鉛混合物。由此可見，新工藝的出現(xiàn)，就會直接影響到真空行業(yè)，對真空的需求也會隨之急劇增加。前幾年我國真空煉鎂工藝的出現(xiàn)，曾一度使真空設備廠產(chǎn)的滑閥泵和羅茨泵供不應求。造成畸形發(fā)展。但這也說明一個問題，即新工藝、新材料等出現(xiàn)，勢必要帶動真空產(chǎn)業(yè)等發(fā)展。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 4 在 2l 世紀，表面處理在內(nèi)的表面技術成為相當大的一個真空應用領域。因為人們對材料可靠性的要求， 尤其對表面技術的應用定會有所增長?，F(xiàn)在人們都喜歡用防銹、防氧化的材料。鋁合金雖己生產(chǎn)出來了，但就原有工藝稍加改進，就會在性能上大有改觀，如用氧化膜將材料與大氣隔開，就能滿足用戶上述的要求。這種情況，只要提示一下與真空廠家合作就能開拓一個相當可觀的市場。又如過去作超純鋁箔的方法很費事，又要把真空設備應用到這個項目的生產(chǎn)過程中去，就一定會產(chǎn)生更好地超純鋁箔來。如果真空廠家能積極地參與到這一應用領域中去，人們對真空的需求自然會大大加強。 今后電子技術領域?qū)φ婵盏男枨笠矔^續(xù)有所增長。由于真空是個很純凈的空 間，而電子元件的生產(chǎn)工藝也需要純凈，因此真空是制作電子元件的理想環(huán)境。如分子束外延，半導體產(chǎn)品多是在真空狀態(tài)中進行的。 搞分子束外延似乎都在以超大規(guī)模集成電路為目標。要想達到這一目標就要求有非常微細的結構。在這種情況下，最大的障礙就是灰塵。如果一系列的操作都能在真空中進行，從底片進入真空室到最終處理完成也在真空中進行是最理想的。如何去掉灰塵，首先是避免人與元件的直接接觸。但真空設備不一定都是干凈的。一般認為放氣、排氣或者切換開關時就會揚起灰塵，所以還是存在一定的問題。有時也需要給裝置搞一個清潔的表面 ，清潔的表面是極其容易受污染對，當必須使表面維持清潔狀態(tài)的時候，有一個受到控制的氣體環(huán)境往往比處于超高真空狀態(tài)更為理想。為了充入某種氣體以保證清潔度，就要在充分處理本底之后，再充入干凈的氣體。例如在濺射成膜時的真空度并不高。然而充入氣體之前的本底壓力則對膜的質(zhì)量有很大的影響，所以濺射裝置必須給創(chuàng)造一個良好的本底真空度。 有時由于充入其它氣體，而使得真空度略有下降，但就在這種真空度稍有改變的情況下，也可以進行同樣的操作。真空技術不僅僅建立狹義上的真空，而且制作高純氣體，再受控制的環(huán)境下維持所需表面，這 也是真空技術的應用。如果這樣考慮，真空技術的應用也就更廣泛了。 真空設備似乎可以作為工具使用。人們隨著對高級產(chǎn)品的需求，也迫切需要真空技術更加簡便，并可應用于高新技術領域。因此，在 21 世紀真空技術將會繼續(xù)得到發(fā)展。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 5 真空技術在能源方面的應用 最近，人們對能源危機的關注已逐漸淡薄，但如何根本問題并沒有得到解決。能源問題是一個長期地、不容樂觀地重要問題。從長遠的觀點看，要研究用新能源代替舊能源。如太陽能利用技術，在不久的將來，有可能達到實用化。日本曾提出到 1990 年，總能源的需要量的 2％將由新能源代替。將核聚變裝置列為 2在各國都在進行太陽熱利用技術。典型的太陽熱利用技術即對太陽熱發(fā)電系統(tǒng)的研究。 日本于 1981 年在香川縣建成了第一座 1太陽熱實驗發(fā)電廠。采用塔式聚光和曲面聚光兩種方式。這兩種方式的額定輸出均為 1000美國、法國、俄羅斯、德國、西班牙及意大利等國都將太陽熱發(fā)電廠的研究開發(fā)列入了國家計劃。這些工廠的容量為 50010已建成應用。 太陽熱發(fā)電系統(tǒng)是由聚熱裝置、熱傳輸管、蓄熱裝置、發(fā)電機和計量控制裝置所組成。 太陽熱發(fā)電的聚熱溫度范圍很寬，約為 150～ 550℃ 。要想獲得 150℃ 以上的熱能，就必須有聚光裝置。聚光的方式有很多種，但多數(shù)都采用反射鏡。鏡面材料多使用銀和鋁等。表面鏡由于膜面暴露在大氣之中，受氧化和摩擦等因素的影響，會使反射率較低。黑面鏡的缺陷是在于基板和膜面的界面上，發(fā)生污染。 近來，由于高分子材料制作的軟鏡具有重復性好、透過率高、能大量生產(chǎn)、成本低等特點，而倍受重視。 選擇吸收面對有效利用太陽能極為重要。在選擇吸收面的制作上，采用了真空技術。高溫聚熱裝置中采用了聚熱管。為防止由聚 熱管造成的對流損失，用透明玻璃管覆蓋在聚熱管外面，玻璃管內(nèi)保持真空狀態(tài)。 下面將按原理把選擇吸收面的光吸收選擇性，分類說明如下： (1)利用半導體膜的譜帶之間的遷移而產(chǎn)生基礎吸收。 在紅外線領域具有高反射率的金屬表面上，涂上一層吸收波長為 1～ 3μ的半導體膜，就制成了選擇吸收面。用 種結構的膜，它可吸收陽光轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽粚t外線則呈透明體。購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 6 由于金屬表面的作用使得輻射率變小，可以更有效地利用太陽能。由于 高，涂上 太陽光的吸收率變好。 (2)利用薄模干涉形成減反射效應。 在基板上制成具有高反射率的金屬膜，在膜上疊加干涉濾光鏡。干涉濾光鏡由電介質(zhì)膜 +半透明金屬膜 +電介質(zhì)膜所組成。像這樣結構的膜，可見光在電介質(zhì)膜中被吸收，而紅外線透過干涉濾光鏡被金屬膜面反射而使輻射率變小。 采用這種方式的選擇吸收面的例子如： O／ 利用光干涉效應的單層膜一耐溫性極好的金屬碳化物，金屬氮化物，如 做成 槽型拋物面鏡收集器 (帶有 。 (3)利用表面和膜結構形成的反射特性與波長的相互關系。 在加工成深溝和棱角的表面上，垂直入射的太陽光，在溝與棱角的間隙中，經(jīng)多次反射而被吸收。 這種面會因高溫加熱而引起性能劣化，其原因可能由于蒸發(fā)、熱分解、熱膨脹造成的剝離和表面成份變化，紫外線照射引起的化學反應或機械損傷等因素造成的。 太陽光利用技術，也就是利用太陽光來發(fā)電，它是通過太陽電池吸收陽光，先變?yōu)橹绷麟娫俎D(zhuǎn)換為交流電加以利用的。 太陽電池就是將陽光直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿脑? 這種太陽光利用技術，過去僅被用在宇宙衛(wèi)星、臺燈電源和邊遠地區(qū)的通訊電源?，F(xiàn)在的價格仍較高 (日本資料報道于 1984年時其價格為 3000日元／瓦 )，所以應用范圍有限。 如能在太陽能電池的主體材料上加以研究和改進，降低太陽能電池的成本，改進制作太陽電池生產(chǎn)的工藝，這種技術是會得到進一步發(fā)展的。如日本曾在對 320200校用裝置， 000中的大容量裝置等進行了研究。這些裝置的大部分電力，最終將聯(lián)接到電力系統(tǒng)上去，同現(xiàn)有發(fā)電廠組合運行，向形成綜 合電力調(diào)配系統(tǒng)方向發(fā)展。 非晶硅太陽電池的制造，如輝光放電分解法，反應濺射法，真空蒸發(fā)法等，多采用真空技術。 輝光放電分解法：將被稀釋的氫和氬等加入到硅烷等低壓氣體中引起輝光購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 7 放電，在等離子區(qū)分解硅烷，可使非晶硅堆積在低溫基板上。 另一種是反應濺射法：把結晶硅作為陰極，在 1010上高壓使其放電。因放電產(chǎn)生正離子轟擊陰極，陰極材料就被濺射出來。如果在陰極附近安置一塊低溫基板，基板上將堆積起非晶硅膜。 太陽電池不僅要求高效、廉價和大面積等特點，而且要求暴 露在自然條件下具有良好的穩(wěn)定性。 非晶硅的優(yōu)點很多，能在玻璃、不銹鋼、塑料等基板上作成大面積廉價的薄膜；比結晶硅光吸收系數(shù)大，能帶寬度比結晶硅寬。 核聚變是人類未來的可靠能源，它的實現(xiàn)是全世界人們的愿望。目前，世界上最先進的磁場封閉式托卡馬克型核聚變裝置，很多國家都在開發(fā)研制。美國正在研制 洲共同體制作 羅斯研制 T— 15型，日本研制 大型聚變裝置的建造和運行，大大推動了高新技術的開發(fā)，特別是真空技術、低溫技術、磁體技術、大功率 脈沖電源技術和射頻加熱技術以及遙控處理技術等。 核聚變裝置的真空室用來長時間包容高溫等離子體。例如歐洲聯(lián)合環(huán) 容積為 200縫總長達8000m。這種真空室漏氣率很低，在室溫和 500℃ 時要滿足 3000余年滲入真空室l 升氣體的極微小的漏率?？煽鼐圩冄b置用的高真空泵采用渦輪分子泵和低溫泵，前者用于檢漏，后者則用于抽排聚變反應廢氣的主泵。工作于 具有活性炭吸附劑的低溫泵，所吸留的廢氣中，除了氘氚核反應產(chǎn)物氦灰外，還有大量未能參與核反應的氘和氚。把 回收后的氘和氚再注入到大環(huán)真空室中，把除氚外的雜質(zhì)氣體按環(huán)保要求排放出去。 這種裝置的研究，可通過國際合作攻關，人類有望在 2l 世紀中期建成氘一氚核聚變示范電站，最終目標是提供市場銷售用電的核聚變發(fā)電站，為 2l 世紀的新能源和經(jīng)濟發(fā)展做出應有的貢獻。 等離子體科學技術和真空科學技術將會得到協(xié)同發(fā)展，并將為探索宇宙結構和物質(zhì)起源等重大基礎科學研究中起著重要的作用。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 8 空泵市場各類泵設備發(fā)展現(xiàn)狀 真空泵是一個量大面廣的產(chǎn)品，產(chǎn)量很大，產(chǎn)值不高，但它確實是一個直接影響到真空成套設備性能質(zhì)量的 必不可少的基礎產(chǎn)品。真空泵的市場根據(jù)用戶的需要而發(fā)生動態(tài)變化。市場增長的主要驅(qū)動力來自于半導體工業(yè)的迅速發(fā)展以及干泵和分子泵應用領域的日益擴大。 目前，全球真空泵市場的年銷售額約 20億美元，年增長率在 7%左右。 我國生產(chǎn)真空泵的廠家很多，全部真空泵的年銷售額大約在 元左右，僅相當于美國 司一家真空泵的年銷售額。通過對全球真空泵市場的分析我們可以看出，各類真空泵的市場及應用領域都在不斷變化和發(fā)展。我國真空泵制造業(yè)有著悠久的歷史和雄厚的基礎，國產(chǎn)真空泵已經(jīng)在各個不同領域得到應用 并經(jīng)過驗證，有些泵還出口國外，得到國外用戶的認可并受到好評，應該說我國真空泵制造業(yè)在國內(nèi)外市場仍然有著巨大的發(fā)展空間 。 雖然水環(huán)真空泵屬于粗真空泵，但在我國的石油、化工、電力、輕紡、造紙、醫(yī)藥等領域仍然有著很大的市場。在國外，水環(huán)泵的銷售額占全部真空泵市場的 14%，僅次于干泵，所以 公司都在我國投資建廠或建立銷售網(wǎng)絡，不斷擴大在我國的市場份額。由于水環(huán)泵大部分是鑄件，加工要求也不高，屬勞動密集型產(chǎn)品，所以國產(chǎn)水環(huán)泵在價格上有競爭優(yōu)勢，關鍵 是要改進設計，縮小體積，減輕重量，提高效率，降低能耗。 滑閥泵是油封式真空泵的一種。由于滑閥泵比較耐用、可靠，國內(nèi)外各種真空爐、鍍膜機以及干燥、浸漬等設備都是用滑閥泵作為前級泵，但是滑閥泵鑄件重，加工工作量較大，所以國外各真空廠都在中國尋找合作伙伴。為了使國產(chǎn)滑閥泵能夠進入國際市場，必須進一步降低泵的振動噪聲，杜絕噴油和漏油，提高滑閥泵長期運行的可靠性。 隨著真空技術在各個應用領域的不斷擴大，直聯(lián)旋片泵的需求量越來越大。由于這種泵數(shù)量很多，加工裝配工作量很 大，價格又很低，所以有的國外真空廠商在中國建立專業(yè)廠。國產(chǎn)中小型直聯(lián)旋片泵在技術上已經(jīng)過關，價格又遠購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 9 比國外的泵便宜，所以國產(chǎn)泵仍然有競爭優(yōu)勢，關鍵是要解決軸封漏油以及旋片材料和真空泵油的性能質(zhì)量問題，確保直聯(lián)泵在高速、高溫下性能穩(wěn)定和運行可靠，同時還要進一步提高國產(chǎn)直聯(lián)旋片泵抽除水蒸氣的能力。 分子泵在國外半導體領域里的許多工藝場合是用來代替低溫泵，尤其是濺射、刻蝕和 裝置都采用復合分子泵和牽引泵作為主泵。 由于分子泵對水蒸氣的抽速僅為同口徑低溫泵抽速的四分之一， 所以分子泵的排氣時間比低溫泵長。為了提高抽速，國外在分子泵的入口側(cè)裝一個～ 的低溫冷板，稱之為低溫分子泵，水蒸氣被低溫板捕獲，其他氣體則由分子泵抽走。這種低溫分子泵在真空鍍膜裝置上應用，既提高了生產(chǎn)效率又改善了膜層質(zhì)量。隨著我國半導體工業(yè)、薄膜產(chǎn)業(yè)和科學研究事業(yè)迅速發(fā)展，分子泵應該是我國真空泵制造業(yè)發(fā)展的重點。首先，分子泵要從小到大建立完整系列，并研究開發(fā)各種復合分子泵、牽引泵和低溫分子泵，以滿足不同場合的需要。 國外干式機械真空泵市場的不斷增長，其主要 驅(qū)動來自于半導體行業(yè)、化學工業(yè)、薄膜產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。在日本，半導體行業(yè)已全部用干式真空泵代替油封式機械泵，歐美半導體行業(yè) 45%以上用干式真空泵代替了油封式機械泵，大大提高了產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。為了滿足不同應用領域和不同工況的要求，國外有多級羅茨真空泵、多級爪式真空泵、螺桿式真空泵、渦旋式真空泵、往復式活塞真空泵以及渦輪式無油真空泵等。極限壓力從 1010速從 20m3/h～500m3/h。據(jù)統(tǒng)計，目前國產(chǎn)干泵的應用還不足 1%，國內(nèi)半導體工業(yè)用的干泵全部從國外進口，其價格十分昂貴。所以，我國應大力 研究開發(fā)干泵，使干泵成為我國真空工業(yè)新的經(jīng)濟增長點。 空泵技術進展趨勢 技術發(fā)展的原動力在于市場的需求。由于真空技術領域的擴展和迅速成長的高新技術，國內(nèi)真空泵市場對真空泵的技術水平提出了更高的要求。真空泵的生產(chǎn)企業(yè)必須通過技術創(chuàng)新和產(chǎn)品結構的調(diào)整兩個途徑來保住原有市場，進而繼續(xù)購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 10 擴大市場占有率。 提高真空泵的可靠性，降低振動、噪聲，注重真空泵的綜合水平。過去的若干年，生產(chǎn)廠注重真空泵的主要性能指標，比如，極限壓力、抽速等，而忽視真空泵的綜合性能。而現(xiàn)在，產(chǎn)品的可靠性、性能的穩(wěn)定性以及對環(huán)境不 造成污染逐漸成為用戶購買產(chǎn)品時考慮的主要因素。對于旋片泵、羅茨泵、滑閥泵等而言要將成熟的可靠性設計理念運用到真空泵的設計中，在可靠性設計、可靠性實驗等方面下工夫，以大幅度提高真空泵的可靠性 、 穩(wěn)定性和壽命，保證真空泵能夠在各種工況下長期可靠的運行。同時通過采用新技術、新材料、新工藝、新結構來降低振動、噪聲，解決泵的噴油、漏油問題，還用戶一個清潔環(huán)保的工作環(huán)境。 企業(yè)面對的永遠是變化的市場，而我們的真空泵產(chǎn)品卻千篇一律的雷同。產(chǎn)品和市場的不銜接，使我們丟掉了許多機會。真空泵的下一步發(fā)展應該面向個性化和多樣 化。所謂個性化和多樣化就是針對不同用戶的不同需求，設計針對某一用戶的特定場合的產(chǎn)品，使產(chǎn)品在這一場合應用，其特性的發(fā)揮恰倒好處。 盡快形成分子泵和干泵的規(guī)模生產(chǎn)。根據(jù)預測，到 2010 年我國將成為世界上第二大半導體集成電路市場，總需求量約 1000 億塊，達到 1000 億美元以上的總金額，需要建 30多條大生產(chǎn)線才能滿足需求。 30條生產(chǎn)線所需干式真空泵大約 15000臺，是目前我國真空泵年產(chǎn)量的 1／ 10左右。 國內(nèi)目前真空獲得設備仍然以傳統(tǒng)的真空泵為主，主要為旋片真空泵、滑閥真空泵、羅茨真 空泵、蒸汽 流泵、水環(huán)真空泵等，且全部用于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，我國生產(chǎn)的真空泵用于電子信息產(chǎn)業(yè)不足 1％，與日本、歐美等國相比差距巨大 。 我國干式真空泵的生產(chǎn)處于剛剛起步階段，在全國 200多家生產(chǎn)真空泵的企業(yè)中，能夠生產(chǎn)干式真空泵的企業(yè)不足 10家，年產(chǎn)量不足 1000 臺。沒有形成批量生產(chǎn)。目前國內(nèi)生產(chǎn)的干泵絕大多數(shù)用于實驗室及化學、醫(yī)藥等領域，用于半導體行業(yè)的很少。 國內(nèi)飛速發(fā)展的電子信息產(chǎn)業(yè)沒有有效的刺激國內(nèi)干式真空泵發(fā)展，而卻成為國際上真空工業(yè)發(fā)達國家的擴張之地。目前國內(nèi)建成的半導體集成電路生產(chǎn)線，幾乎所有的干 式真空泵 (包括其它真空設備 )均為進口，主要來自英國、日購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 11 本、德國、美國等。國內(nèi)生產(chǎn)的干式真空泵進入該領域十分艱難，使得干式真空泵這個未來真空獲得設備的主導產(chǎn)品在我國處于十分困難的境地。 造成 此狀況的主要原因為干式真空泵在我國的起步較晚，剛一起步即面臨國外已經(jīng)發(fā)展成熟的產(chǎn)品大量進入我國市場，國內(nèi)產(chǎn)品除了價格低外，在加工制造、技術水平、質(zhì)量狀況等各方面不含有優(yōu)勢，國外各國的產(chǎn)品經(jīng)過幾年的較量，已經(jīng)基本瓜分了國內(nèi)市場，并且站穩(wěn)了腳，國內(nèi)的干式真空泵生產(chǎn)由于失去了市場的激勵，沒有了發(fā)展的動力，進步緩慢。 業(yè)內(nèi)專家一致認為干式真空泵是真空獲得設備發(fā)展的方向，也是真空獲得手段的 “ 尖端 ” 技術，我國的真空泵產(chǎn)業(yè)必須在此領域有所作為，首先進入食品、化工、醫(yī)藥等行業(yè)。經(jīng)過這些市場的培育和鍛煉，進而打入半導體行業(yè)。才能使整個行業(yè)與時俱進的發(fā)展。 目前國內(nèi)分子泵應健全系列并開發(fā)多品種，如低溫分子泵、復合分子泵等，逐漸擴展市場。 引進國外先進技術，提升我國產(chǎn)品的科技含量在其他行業(yè)有成功的經(jīng)驗。在發(fā)展真空獲得設備的高端產(chǎn)品中引進國外技術，并很好的消化吸收，將宅譽速改變我國產(chǎn)品技術含量低、質(zhì)量 和技術水平不能滿足市 場需求的現(xiàn)狀。但苧引進國外技術，應特別注意兩點：一是重在消化吸收，在此基礎上培育企業(yè)的自主知識產(chǎn)權和創(chuàng)新能力。二是不要重復盲目引進，要瞄準國際上當代最新技術，避免引進一代，落后一代。引進國外技術不是目的，而是手段，通過引進技術最終打造國產(chǎn)自主品牌。 傳統(tǒng)的真空設備我們生產(chǎn)了幾十年，在全國范圍內(nèi)形 成了產(chǎn)品分布的穩(wěn)定格局。但是隨 著經(jīng)濟的高速發(fā)展，信息技術、航空航天、納米科學等高科技弓 這些高新技術的發(fā)展離不開真空獲得設備這個基礎裝備。目前國內(nèi)的狀況是真空泵生產(chǎn)企業(yè)仍然以生產(chǎn)傳 統(tǒng)產(chǎn)品為主 '在傳統(tǒng)應用領域占領 90％以上的市場份額。在高科技領域，國內(nèi)產(chǎn)品在技術水平和質(zhì)量上不能滿足要求， 90％以上市場份額由國外產(chǎn)品占領。國內(nèi)真空獲得產(chǎn)品與高新技術的發(fā)展嚴重脫節(jié)，產(chǎn)品結構不盡合理。多數(shù)企業(yè)期望只靠已有的老產(chǎn)品，不斷增加產(chǎn)量而逐年增加利潤，這種可能性在市場競爭日益激烈的今天會越來越小。在今天的國內(nèi)外市場格局面前，盡快調(diào)整產(chǎn)品結構，使其適應市場需求才是購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 12 最明智的選擇。 產(chǎn)品結構的調(diào)整一是要不斷推出市場需要的對路產(chǎn)品，對真空泵市場來說，就是要加快各種干式泵、分子泵以及其他高端產(chǎn)品的研制生 產(chǎn)，盡快形成批量 。二是全行業(yè)要形成高、中、低端產(chǎn)品的合理布局，并隨著 市場的變化，不斷調(diào)整，始終保持比較合理的產(chǎn)品結構狀態(tài)。 盡管 2003 年真空行業(yè)取得了令人矚目的成績，但目前的真空泵技術發(fā)展狀況卻并不樂觀。全行業(yè)要認真分析形勢，總結經(jīng)驗教訓 ，團結一致，為行業(yè)的發(fā)展和技術進步開出一條道路，為我國的經(jīng)濟建設做出 全行業(yè)應有的貢獻。 真空技術未來發(fā)展的期望 對未來真空技術的期望，首先希望廠家能研制出方便耐用的設備，朝著用戶與廠家相互滿足的方向努力。操作要方便，要縮短運轉(zhuǎn)時間或生產(chǎn)周期。因為 花費在抽真空上的時間非常長，所以要加以解決。 真空裝置和儀表要高級化，提高設備的壽命和精度。希望在太空中建立真空應用的工廠?？臻g站和飛船也會釋放出自身的氣體，真空并不理想，在空間飛船后 100米以外的地方才能獲得理想的超高真空。要利用微重力條件下宇宙真空環(huán)境，為人類服務。 鋁合金真空裝置可能代替不銹鋼。實現(xiàn)真空裝置鋁合金化，硬度問題利用離子鍍就可以達到實用化。 今后的發(fā)展方向，一是向微小化領域 (納米科技和固體元件的研制 )，另一個是向巨大化的領域 (如核聚變的研究 )，其中在巨大化裝置和使用 多種氣體的真空裝置方面，希望能研制出能夠用于從粘滯流領域到超高真空的寬域型真空泵。希望能研制出不經(jīng)烘烤的超高真空裝置或者烘烤 100℃ 就可以了?？傊苑奖阌脩舻牟僮鳛槌霭l(fā)點，得到全世界用戶對歡迎。 我們希望 21 世紀中真空科學與技術取得更新的成就。真空行業(yè)得到更大的發(fā)展。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 13 第二章 羅茨真空泵的介紹 茨真空泵的術語和定義 （ 1）抽氣速率 當泵裝有標準試驗罩并按規(guī)定條件工作時，從試驗罩流過的氣體流量與在試驗罩上指定位置測得的平衡壓力之比，簡稱抽速，單位 L/s。 （ 2）極限壓力 泵裝有標準實驗罩并按規(guī)定條件工作，在不引入氣體正常工作的情況下，趨向穩(wěn)定的最低壓力，單位為 （ 3）最大允許壓差 最大允許壓差是指泵入口壓力等于或低于 時，連續(xù)運轉(zhuǎn) 1h，不發(fā)生故障所允許的出口壓力與入口壓力差值的最大值，單位為 （ 4）零流量最大壓縮比 零流量壓縮比0體流量為零時，前級真空管路中的壓力與入口壓力之比，該壓縮比的最大值用驗氣體為非可凝性氣體，一般指空氣。 茨真空泵的型式和基本參數(shù) （ 1）普通羅茨真空泵的型式 圖 2號示意圖 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 14 （ 2）標記示例 1）名義抽氣速率為 150L/記為： 2）名義抽氣速率為 300L/記為： ）名義抽氣速率為 600L/記為： 3）基本參數(shù) 一般型及帶溢流閥型泵的基本參數(shù)應符合表 2 2的基本參數(shù) 氣冷式泵的基本參數(shù)符合表 2買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 15 表 2冷式泵的基本參數(shù) （ 4） 00低噪聲氣冷羅茨真空泵的簡介 在各個行業(yè)中為了實現(xiàn)無污染的真空獲得環(huán)境，需要把多臺氣冷羅茨真空泵與普通羅茨真空泵組合起來進行抽氣。但氣冷羅茨真空泵及由其組成的機組在運行時噪聲較大，影響了一些模擬實驗的進行以及工作人員的身心健康。 00低噪聲氣冷羅茨真空泵通過研究一種保證在工作過程中既要使排 出口及兩側(cè)返冷氣口的高壓氣體在回流是對低壓氣體的沖擊小又能保證有充分的反冷氣時間的轉(zhuǎn)子線型以及控制由于轉(zhuǎn)子在工作過程中的熱膨脹和軸承游隙引起的轉(zhuǎn)子徑向和軸向的列和間隙。如圖 2 200低噪聲氣冷羅茨真空泵采用如下扭葉轉(zhuǎn)子型線，轉(zhuǎn)子的截面型線由圓弧 - 擺線 - 漸開線- 圓弧 - 圓弧等多段曲線組成，以達到具有高壓縮比的效果；并通過確定合理的轉(zhuǎn)子扭角以及轉(zhuǎn)子導程，以達到合適的返冷氣時間，提高高壓差下的工作穩(wěn)定性；同時，采用兩扭葉轉(zhuǎn)子，可縮小其軸向錯位，以保證轉(zhuǎn)子在工作過程中的安全、高 效、可靠。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 16 圖 2子扭轉(zhuǎn)角的確定 圖 2維參數(shù)化造型 （ 5）兩葉與多葉轉(zhuǎn)子氣冷式羅茨真空泵型線分析 氣冷式羅茨真空泵的型線可以由漸開線、圓弧、擺線或由其組合而成。雖然漸開線型的容積利用系數(shù)稍大于圓弧擺線，但從泵的抽數(shù)和實際利用效率來看，則圓弧擺線型轉(zhuǎn)子要高一些。本文研究的則是兩葉、三葉、四葉圓弧排線轉(zhuǎn)子的型線。 本文先建立擺線的參數(shù)方程來確定轉(zhuǎn)子的形狀（如圖 2 2示）。并且通過對不同葉數(shù)下的容積利用系數(shù) ? 的分析，來確定二者之間的關系。就圓弧擺線轉(zhuǎn)子來說，葉數(shù)越多， c 值越大，容積利用系數(shù) ? 越大，則理論抽速就越大，泵的效率也就越高（三種葉片的 ? 線見圖 2同時，葉數(shù)增加，封閉工作腔的容積會變小，進氣及反流產(chǎn)生的噪聲也就越小。 其中 ?? , 2? （圖 2 m? 轉(zhuǎn)子外圓半徑（圖 2 R 為擺線形成的節(jié)圓半徑（圖2 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 17 圖 2始位置 圖 2轉(zhuǎn)一定角度后的位置 圖 2 積利用系數(shù)示意 圖 2種轉(zhuǎn)子型線 ? 線 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 18 茨真空泵的技術要求 （ 1）泵應符合標準要求，并按照經(jīng)規(guī)定程序批準的圖樣及技術文件制造。 （ 2） P）型泵必須有前級泵為其預抽真空，它不能單獨使用； 泵可單獨使用，直排大氣。 （ 3）泵配用油封機械真空泵作前級泵時，則不適于抽除含氧氣量過高、有爆炸性的、對黑色金屬有腐蝕性的、與真空泵油起化學反應和含有塵埃的氣體。 （ 4） 在帶試驗罩的條件下， P）型泵啟動運轉(zhuǎn) 30后，應達到圖 2般 3應達到圖 2 （ 5）本標準不考核抽氣速率。如需測量抽速， P）型泵必須配置相應的前級泵，并注明前級泵的型號和規(guī)格。 （ 6） P）型泵的其他性能應符合圖 2規(guī)定； （ 7）泵工作的環(huán)境溫度為 ? 40~5 。 （ 8）泵應運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)子不得有撞擊聲，不應有雜音。 （ 9）泵 的動密封不允許有漏油現(xiàn)象。 （ 10）泵的外表面應油漆光潔，緊固件及其他外露加工表面應做防銹處理。 （ 11）泵應無故障運行時間 2500h。 （ 12）泵出廠必須帶有必要的備件和專用工具。 （ 13）在用戶遵守泵的運輸、保管、安裝、使用維護的條件下，從制造廠發(fā)貨日期起一年內(nèi)，泵因制造質(zhì)量不良發(fā)生損壞而不能正常工作時，制造廠應為用戶免費修理或更換。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 19 第三章 羅茨真空泵的總體設計 羅 茨真空泵（簡稱羅茨泵）是一種旋轉(zhuǎn)式變?nèi)菡婵毡谩Ｋ怯闪_茨鼓風機演變而來的。根據(jù)羅茨真空泵工作范圍的不同，又分為直排大氣的低真 空羅茨泵；中真空羅茨泵（又稱機械增壓泵）和高真空多級羅茨泵。一般來說，羅茨泵具有以下特點： （ 1） 在較寬的壓強范圍內(nèi)有較大的抽速； （ 2） 起動快，能立即工作； （ 3） 對被抽氣體中含有的灰塵和水蒸氣不敏感 ，泵腔內(nèi)氣體垂直流動，有利于被抽的灰塵或冷凝物的排除 ； （ 4）轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與泵腔之間有間隙，泵內(nèi)運動無摩擦； 轉(zhuǎn)子不必潤滑，泵腔內(nèi)無油； （ 5）轉(zhuǎn)子形狀對稱， 振動小， 選擇高精度的齒輪傳動，運動時噪音低 轉(zhuǎn)子動平衡條件較好，沒有排氣閥； （ 6） 驅(qū)動功率小，機械摩擦損失?。? （ 7） 結構緊湊，占地面積小 ， 通常選臥式結構 ； （ 8） 運轉(zhuǎn)維護費用低。 因此，羅茨泵在冶金、石油化工、造紙、食品、電子工業(yè)部門得到廣泛的應用。 在泵腔內(nèi)，有二個 “8” 字形的轉(zhuǎn)子相互垂直地安裝在一對平行軸上，由傳動比為 1的一對齒輪帶動作彼此反向的同步旋轉(zhuǎn)運動。在轉(zhuǎn)子之間，轉(zhuǎn)子與泵殼內(nèi)壁之間，保持有一定的間隙，可以實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速運行。由于羅茨泵是一種無內(nèi)壓縮的真空泵，通常壓縮比很低，故高、中真空泵需要前級泵。羅茨泵的極限真空除取決于 羅茨真空泵 本身結構和制造精度外，還取決于前級泵的極限真空。為了提高泵的極限真空度，可將羅茨泵串聯(lián)使用。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 20 茨真空泵的總體構成 此次設計的羅茨真空泵是參照國內(nèi)外同類產(chǎn)品，在現(xiàn)有的基礎上，揚長避短，而設計出來的。 羅茨 真空 泵的工作原理與羅茨鼓風機相似。由于轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn)，被抽氣體從進氣口吸入到轉(zhuǎn)子與泵殼之間的空間 ，再經(jīng)排氣口排出。由于吸氣后 以，在泵腔內(nèi)氣體沒有壓縮和膨脹。 但當轉(zhuǎn)子頂部轉(zhuǎn)過排氣口邊緣， 于排氣側(cè)氣體壓強較高，則有一部分氣體返沖到空間 氣體壓強突然增高。當轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，氣體排出泵 。 如圖 3° 轉(zhuǎn)到 180° 的抽氣過 程。在 0° 位置時（圖中 a），下轉(zhuǎn)子從泵入口封入 轉(zhuǎn)到 45° 位置時（圖中 b），該腔與排氣口相通。由于排氣側(cè)壓強較高，引起一部分氣體返沖過來。當轉(zhuǎn)到 90° 位置時（圖中 c），下轉(zhuǎn)子封入的氣體，連同返沖的氣體一起排向泵外。這時，上轉(zhuǎn)子也從泵入口封入 轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)到 135° 時（圖中 d），上轉(zhuǎn)子封入的氣體與排氣口相通，重復上述過程。 180° （圖 e）位置和 0° 位置是一樣的。轉(zhuǎn)子主軸旋轉(zhuǎn)一周共排出四個 圖 3作過程 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 21 目前國內(nèi)外的羅茨泵，多數(shù)為臥式結構，泵的進氣口在上，排氣口在下，這種臥式結構重心低，高速運轉(zhuǎn)時穩(wěn)定性好。羅茨真空泵的兩個轉(zhuǎn)子是通過一對高精度的齒輪來實現(xiàn)其相對同步旋轉(zhuǎn)的。如圖 3 圖 3茨泵剖面示意圖 密封圈 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 22 泵的傳動多為直聯(lián)式的，大泵則有皮帶傳動的。電動機與傳動齒輪，多設在轉(zhuǎn)子軸的兩側(cè)，安裝拆卸方便。主動軸傳遞的扭矩較大，軸要有足夠的強度和剛度，軸與轉(zhuǎn)子要固結牢靠。羅茨泵的密封很關鍵，主動軸外伸部分、兩個轉(zhuǎn)子的軸承與泵腔之間設有動密封，泵腔與各端蓋設有靜密封。 動機的選擇 羅茨泵泵腔內(nèi)無摩擦，轉(zhuǎn)子可高速 運轉(zhuǎn)，一般為 1500~3000r/且不必用油潤滑，可實現(xiàn)無油清潔的抽氣過程。泵的潤滑部位僅限于軸承和齒輪，以及動密封處。羅茨泵沒有往復運動不見，故可實現(xiàn)良好的動平衡。因此，羅茨泵運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速高，尺寸小可獲得大的抽速。 有關參數(shù)： 表 3（ 1）容積效率V?：V?=圍內(nèi)選取，V??取 2）幾何抽速