漸開線型羅茨真空泵轉子型線的改進研究
通過對羅茨泵轉子型線關鍵指標的分析,找出限制羅茨泵工作效率提高的原因,在此基礎上,對傳統漸開線型線進行改進。與傳統型線關鍵指標的對比表明: 改進后型線的徑距比及面積利用系數有了明顯的提高,轉子型線平滑度得到改善。
羅茨真空泵因啟動快、功耗少、運轉維護費用低、抽速大、效率高而被廣泛應用于真空冶金、化工、食品、醫藥等行業中。羅茨真空泵是一種雙轉子回轉式容積泵,其工作原理類似于齒輪泵,依靠兩個相互嚙合的齒輪,分別帶動兩個轉子相互嚙合實現抽氣的功能。要保證其正常平穩地工作,最為關鍵的是兩個轉子,而轉子的核心則是型線。轉子型線的設計合理與否,直接關系到真空泵的各項性能指標。因而,轉子型線的設計顯得尤為重要。傳統的轉子型線主要分為3 個大類: 漸開線型、圓弧型、擺線型。圓弧型和擺線型均由于面積利用系數較低、密封性能較差,而得不到廣泛應用。目前,漸開線型由于便于加工且密封性能好而被廣泛采用,但是,依然存在因干涉原因徑距比、面積利用系數得不到提高的問題。作者針對目前傳統漸開線型線存在的問題,提出了一種改進后的漸開線型羅茨泵轉子型線。
1、羅茨真空泵設計的主要參數
1. 1、徑距比
徑距比是指羅茨泵轉子最大外圓半徑Rm與1 /2中心距的比值,即Rm /a。其大小直接影響到葉型、面積利用系數、轉子剛度、葉輪嚙合性能。因此,在轉子型線設計中,徑距比是一個極其重要的參數。如圖1 所示。
圖1 葉型發生干涉的極限位置
隨著徑距比Rm /a 的變大,漸開線嚙合極限點K1、K2逐漸遠離點P,逐漸靠近對應切點E、F。當徑距比達到一定極限時,即Rm /a = ( Rm /a)max = 1 +
E 與K1、F 與K2分別重合。而當Rm /a > ( Rm /a)max時,漸開線終點附近的一段型線,將不能與另一葉輪漸開線始點附近的一段型線嚙合,這就發生了葉型干涉現象。
正因為這個原因,導致在中心距固定的情況下,轉子型線的改進受到了很大的限制,從而羅茨泵的工作效率難以大幅度地提高。
通過主要參數變化的對比,可以看出改進后的轉子型線相對于傳統轉子型線具有明顯的優勢,徑距比突破了傳統轉子為防止干涉而所能取得的最大值的界限,而有效地避免了干涉。改進后的轉子相對于傳統漸開線轉子的面積利用系數也有了10% 以上的提升,從而提高了羅茨真空泵的工作效率,并且改進后轉子的葉峰部分型線圓弧半徑加大,當處于工作狀態時,轉子與殼體之間相對結合更為緊密,減少了空氣的泄漏,進一步提高了羅茨泵的工作效率。其次,葉峰部分型線比較平滑,當兩轉子在嚙合時,氣體均勻變化,降低了氣體因劇烈變化而產生的噪聲,對羅茨真空泵的整體降噪起到了重要的作用。
4、結束語
傳統的羅茨泵轉子型線因存在干涉問題,使得羅茨泵工作效率難以提高,發展緩慢。針對這一難題,通過研究,作者對轉子型線進行了改進。通過改進后相關數據的對比,可以看出,徑距比及面積利用系數有了明顯的提高,進而,羅茨泵的工作效率也得以提高。另外,改進后的轉子型線變得更加平滑流暢,這對降低噪聲以及后期轉子的加工都十分有利。