目 錄 緒 論 1 第一章 真空設備獲得 3 1 1 需要不斷擴大的真空領域 3 1 2 真空技術在能源方面的應用 5 1 3 真空泵市場各類泵設備發(fā)展現(xiàn)狀 7 1 4 真空泵技術進展趨勢 9 1 5 對真空技術未來發(fā)展的期望 12 第二章 羅茨真空泵的介紹 13 2 1 羅茨真空泵的術語和定義 13 2 2 羅茨真空泵的型式和基本參數(shù) 13 2 3 羅茨真空泵的技術要求 15 第三章 ZJ 150型羅茨真空泵的總體設計 17 3 1 ZJ 150 型羅茨真空泵的總體構(gòu)成 18 3 2 電動機的選擇 20 3 3 總體傳動結(jié)構(gòu)設計 21 3 4 斜齒圓柱齒輪傳動設計計算 21 3 4 1 按齒面接觸強度設計 22 3 4 2 按齒根彎曲強度設計 24 3 4 3 齒輪幾何尺寸計算 25 3 5 轉(zhuǎn)子體設計計算 26 3 6 軸的結(jié)構(gòu)設計計算 30 3 6 1 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算 30 3 6 2 按剛度條件計算 30 3 6 3 精確校核軸的疲勞強度 31 3 7 軸承選取設計計算 34 3 7 1 軸承的設計參數(shù) 34 3 7 2 軸承的當量動載荷計算 34 第四章 國產(chǎn) ZJ型羅茨真空泵的檢修與保養(yǎng) 36 4 1 引言 36 4 2 羅茨泵的拆卸 37 4 3 羅茨泵的裝配 39 4 4 羅茨泵的保養(yǎng) 40 4 5 羅茨泵防止過載的三種方法 41 4 6 常見故障及消除方法 42 技術經(jīng)濟分析 44 結(jié) 論 45 參考文獻 46 謝辭 47 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 2SK 2SK P1 系列雙級水環(huán)式真空泵 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(jié)構(gòu)簡單 使用方便 工作可靠 維 護方便的特點 2XZ 型旋片式真空泵 具有結(jié)構(gòu)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 XD 型旋片式真空泵 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 SZ SK 系 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 2 油化工等行業(yè)中 ZJ 系列羅茨真空泵 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) 本人本次畢業(yè)設計設計的就是 ZJ 系列的真空泵 本次設計的 ZJ 150 型羅茨真空泵是根據(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(gòu)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陳士忠講師的悉心指導 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 3 第一章 真空設備獲得 1 1 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 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 現(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(jié)構(gòu) 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 5 1 2 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 2l 世紀達到實用化的目標 現(xiàn)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 1MW 的太陽熱實驗發(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 1000kW 在美國 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 500kW 10MW 并已建成應用 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 3 的 半導體膜 就制成了選擇吸收面 用 Si Cu PbS Ge CuO Cr 2O3等材料作為 6 半導體膜 這種結(jié)構(gòu)的膜 它可吸收陽光轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?對紅外線則呈透明體 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 Si Ge 對太陽光的折射率高 涂上 SiO2等材料的減反射膜 對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(jié)構(gòu)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 Al 2O3 MO Al 2O3 MO 基板 及利用 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 ZrCx HfCx 等 做成槽型拋物面鏡收集器 帶有 ZrCx Zr 選擇吸收面 3 利用表面和膜結(jié)構(gòu)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 現(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 3Kw 的個人住宅 20Kw 集體住宅 200Kw 學校用裝置 lOOKw 工廠用裝置以 及 1000Kw 集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 7 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 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(jié)晶硅作為陰極 在 10 3 10 1托非活性氣體中 加上高壓使其放電 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(jié)晶硅光吸收系數(shù)大 能帶寬度比結(jié)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 TFTR 型 歐洲共同體制作 JET 型 俄羅斯研制 T 15 型 日本研制 JT 60 型的托卡馬克型核聚變裝置 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) JET 真空室是一個全焊接的雙層壁結(jié)構(gòu)的環(huán)型容器 總?cè)莘e為 200m3 焊縫總長達 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 可控聚變裝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 4 5K 的具 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(jié) 8 構(gòu)和物質(zhì)起源等重大基礎科學研究中起著重要的作用 1 3 真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 1 5 億元左右 僅相當于美國 Kinney 公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 1 水環(huán)真空泵 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 Nash Seimems 和 Kinney 等公司都在我國投資 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 2 滑閥泵 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 3 直聯(lián)旋片泵 9 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 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 4 分子泵 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 LCVD 等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 130 150 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 5 干式機械真空泵 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 10Pa 10 2Pa 抽速從 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 10 1 4 真空泵技術進展趨勢 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(jié)構(gòu)的調(diào)整兩個途徑來保住原有市場 進 而繼續(xù)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(jié)構(gòu)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 11 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 I 導了當今科學技術發(fā)展的潮流 而這些高新技術的發(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 12 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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu) 使其適應 市場需求才是最明智的選擇 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)經(jīng)驗教訓 團結(jié)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 1 5 對真空技術未來發(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 空間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 總之要 以方便用戶的操作為出發(fā)點 得到全世界用戶對歡迎 13 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 第二章 羅茨真空泵的介紹 2 1 羅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 Pa 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Pa310 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 Pa 4 零流量最大壓縮比 零流量壓縮比 就是關閉進氣管路 氣體流量為零時 前級真空管路中0K 的壓力與入口壓力之比 該壓縮比的最大值用 表示 實驗氣體為非可凝max0K 性氣體 一般指空氣 2 2 羅茨真空泵的型式和基本參數(shù) 1 型號表示方法 14 圖 2 1 型號示意圖 表 2 1 類型 一般型 帶溢流閥 氣冷式 代號 P Q 2 標記示例 1 名義抽氣速率為 150L s 的羅茨真空泵 標記為 ZJ 150 2 名義抽氣速率為 300L s 的帶溢流閥羅茨真空泵 標記為 ZJP 300 3 名義抽氣速率為 600L s 的氣冷式羅茨真空泵 標記為 ZJQ 600 3 基本參數(shù) 一般型及帶溢流閥型泵的基本參數(shù)應符合圖 2 2 15 圖 2 2 參數(shù)表 1 氣冷式泵的基本參數(shù)符合圖 2 3 16 圖 2 3 參數(shù)表 2 2 3 羅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 ZJ P 型泵必須有前級泵為其預抽真空 它不能單獨使用 ZJQ 型泵可 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 ZJ P 型泵啟動運轉(zhuǎn) 30min 之后 應達到圖 2 2 規(guī)定的極限壓力 ZJQ 型泵在啟動和運轉(zhuǎn)平衡后 一般 3min 到 5min 應達到圖 2 3 規(guī)定的極限壓力 5 本標準不考核抽氣速率 如需測量抽速 ZJ 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 ZJ P 型泵的其他性能應符合圖 2 2 的規(guī)定 ZJQ 型泵的其他性能應符 合圖 2 3 的規(guī)定 17 7 泵工作的環(huán)境溫度為 C 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 18 第三章 ZJ 150型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?它是由羅茨鼓風機 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 機械摩擦損失小 7 結(jié)構(gòu)緊湊 占地面積小 通常選臥式結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu)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 19 3 1 ZJ 150 型羅茨真空泵的總體構(gòu)成 此次設計的 ZJ 150 型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 v0內(nèi) 再經(jīng)排氣口排出 由于吸氣后 v0空間是全封閉狀態(tài) 所以 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 v 0空間與排氣側(cè)相通時 由于排氣側(cè)氣體壓強較高 則有一部 分氣體返沖到空間 v0中去 使氣體壓強突然增高 當轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動時 氣體排 出泵 如圖 3 1 為羅茨泵轉(zhuǎn)子由 0 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 v0體積的氣體 當轉(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 v0體積的氣體 當轉(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 v0體積的氣體 20 圖 3 1 工作過程 目前國內(nèi)外的羅茨泵 多數(shù)為臥式結(jié)構(gòu) 泵的進氣口在上 排氣口在下 這種臥式結(jié)構(gòu)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 2 是羅茨真空泵的剖面示意 圖 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 12 13 14 15 16 圖 3 2 羅茨泵剖面示意圖 1 Y 系列異步電動機 2 爪型彈性聯(lián)軸器 3 支架 4 密封壓蓋 5 前端板部件 6 油杯 7 前蓋板部件 8 泵體 9 轉(zhuǎn)子部件 10 后蓋板部件 11 軸承壓蓋 12 放油塞 13 出口盲板 14 泵底座 15 擋油盤 16 中間法蘭 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 21 和剛度 軸與轉(zhuǎn)子要固結(jié)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 22 3 2 電動機的選擇 羅茨泵泵腔內(nèi)無摩擦 轉(zhuǎn)子可高速運轉(zhuǎn) 一般為 1500 3000r min 而且不 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 有關數(shù)據(jù) 1 容積效率 0 7 0 9 范圍內(nèi)選取 取 0 8V V 2 幾何抽速 按 計算得 1 2thsVths sL 3 轉(zhuǎn)子相對長度 選擇得 3 0lk 4 型線的質(zhì)量系數(shù) 對于雙葉轉(zhuǎn)子為 0 617 0 50 選擇得 0 5240 5 轉(zhuǎn)子頂?shù)膱A周速度 決定轉(zhuǎn)子的離心力大小 也就是決定轉(zhuǎn)子的強2u 度故取 65m s 6 轉(zhuǎn)子的計算半徑 R 3 1 mukslth15 020 取 R 0 112 參量 參數(shù) 值 單位 功率 3 0 KW 吸入口壓 力 1 33 Pa 出口壓力 133 Pa 額定轉(zhuǎn)矩 2 2 N m 抽氣速率 150 L S 轉(zhuǎn)速 2900 r min 真空極限 0 05 Pa 23 7 轉(zhuǎn)軸的計算頻率 n 3 21296 sRu 8 軸旋轉(zhuǎn)頻率 選異步電機旋轉(zhuǎn)頻率 1 n 故選用 Y132S1 2 Y 型異步電動機 3 3 總體傳動結(jié)構(gòu)設計 1 總體傳動比 3 3i1290 wn 2 傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算 軸 3 4kP 30 min 0r 3 5NnT 1 829 35 900 軸 3 6齒 1 kw7 3 7min 29001rin 3 8NPT 78 91 5 9 311 3 故定最小軸徑 3 9 mdd 3 4 09 80 80 電 機 所以選取聯(lián)軸器軸孔 1 電 機 d52 24 圖 3 3 聯(lián)軸器示意圖 3 4 斜齒圓柱齒輪傳動設計計算 3 4 1 按齒面接觸強度設計 1 齒輪精度選擇 6 級精度 6 DB179 60 2 材料選擇 齒輪材料為 40Cr 淬火 HRC50 50 3 選擇齒輪齒數(shù) 21 Z 4 選取螺旋角 0 5 按齒面接觸強度設計試選 6 1tK 6 選取 46 2 HZ8721 所以 3 1071 7 齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 9 1T 8 齒寬系數(shù) 1d 9 材料的彈性影響系數(shù) 218 aEMPZ 25 10 查得齒輪的接觸疲勞極限 aHMP450lim 11 計算應力循環(huán)次數(shù) 3 11 101 253 138219060 njLN 12 查得接觸疲勞壽命系數(shù) HNK 13 計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為 1 安全系數(shù) S 1 3 12 aHNHMPs2583 0lim 14 計算齒輪分度圓直徑 3 13 m zuTKdHEadtt 036 1258 946 187 019623 243 21 15 計算圓周速度 3 14sdnv 7 4063 6 16 計算模數(shù) 3 15mzmnt 2 1cos 1cos 3 16hnt 45 2 52 17 計算縱向重合度 3 17 08 41tan6318 0ta318 0 zd 18 計算載荷系數(shù) 根據(jù) 6 級精度 查得動載系數(shù) smv 9 25 vK1 A 查得 公式為 HK 3 1830 12 510 18 03 2 bd 查得 F 26 查得 1 FaHK 故載荷系數(shù) 3 1976 130 25 aVA 19 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 3 20 86 1703 3 ttKd 20 計算模數(shù) nm 3 21mzzdn 49 2cos 8cos 3 4 2 按齒根彎曲強度設計 1 根據(jù)縱向重合度 查得螺旋角影響系數(shù) 92 0 Y 2 計算當量齒數(shù) 3 2275 691cos3321 zzv 3 查取齒形系數(shù)和應力校正系數(shù)并計算 FSaY 24 FaY75 1Sa 3 23 09 8 FS 4 設計計算模數(shù) nm 3 24 786 0159 08 461cos92 7 2 cos3 2321 FSaadn YzYKT 對比計算結(jié)果 由齒面接觸疲勞強度計算的發(fā)面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度 27 計算的發(fā)面模數(shù)所以取 已可滿足彎曲強度 需按接觸疲勞強度算得mn5 2 的分度圓直徑 來計算應有的齒數(shù) 于是由d 168 3 2504 65 21coscos nmz 取 Z 66 3 4 3 齒輪幾何尺寸計算 1 計算中心距 3 26 mmzan 08 16cos25 6cos21 將中心矩圓整為 168mm 2 按圓整后的中心距修正螺旋角 3 27 83051682arcos2arcos1 z 因 值改變不多 故參數(shù) 等不必修正 a kHz 3 計算齒輪分度圓直徑 3 28mmzdn168305cos 26 4 計算齒輪寬度 b9 1682 0 圓整后取 B 38mm 齒輪結(jié)構(gòu)如圖 3 4 28 圖 3 4 齒輪示意圖 3 5 轉(zhuǎn)子體設計計算 1 確定 R a 的比值 選取得 R a 1 488 2 計算節(jié)圓半徑 a a R 1 488 0 084m 3 計算中心距 A A 2a 168mm 4 計算轉(zhuǎn)子中心到轉(zhuǎn)子頭中心距離 b 3 29 maRb07 2 2 5 轉(zhuǎn)子頭半徑 r r471 6 轉(zhuǎn)子腰寬度 c mRac562 29 7 轉(zhuǎn)子頭的半角 3 30 452z 8 轉(zhuǎn)子腰部型線的繪制 由 3 31 2coscos rbAx 3 32in2iin y 3 330si c css aa 計算所得坐標值 表 3 2 坐標值 x m y m x m y m 0 0 0296 0 0000 6 0 0405 0 0346 1 0 0304 0 0078 7 0 0425 0 0374 2 0 0318 0 0148 8 0 0443 0 0396 3 0 0338 0 0212 9 0 0457 0 0412 4 0 0362 0 0266 10 0 0470 0 0426 5 0 0384 0 0312 11 0 0482 0 0437 9 轉(zhuǎn)子的斷面積 A 計算得 A 0 0230 2m 10 線型的質(zhì)量系數(shù) 0k 3 3456 120 RAk 11 轉(zhuǎn)子的計算長度 pl 3 35 mnkslthp310 02 12 材料的密度 經(jīng)查表得球墨鑄鐵的密度為 3 10 7mkg 13 材料的屈服極限 T 30 由材料表查得 MPaT30 14 轉(zhuǎn)子的體積 pV 經(jīng)測量得 32 m 15 轉(zhuǎn)子軸心到半個轉(zhuǎn)子的質(zhì)心之間的距離 pr brp07 16 轉(zhuǎn)子的角速度 619 9rad s 3 36n 2 17 作用在半轉(zhuǎn)子上的離心力 lF 3 37kNrVFpl 3 75 02 18 轉(zhuǎn)子軸的直徑 BD 選得 mB 19 轉(zhuǎn)子腰部中心斷面上的拉應力 3 38MpaClFBpl 5 22 20 安全系數(shù) zn 3 398 9 Tz 21 周圍環(huán)境溫度 0t 選取 Ct 20 22 工作狀態(tài)對周圍環(huán)境軸承蓋的溫升 選取得 3 40ttk 60 軸 承 蓋 溫 度kt 23 軸承蓋材料的線膨脹系數(shù) 612 24 軸承蓋受熱中心距的增加量 31 3 41mtA15 0 25 泵殼工作時的溫升和轉(zhuǎn)子工作時的溫升 Ctk 6tp 26 泵殼與轉(zhuǎn)子材料的線膨脹系數(shù) 6102 pka 27 轉(zhuǎn)子腰部受熱伸長量 3 42mtCpp78 28 轉(zhuǎn)子在工作時受熱的半徑伸長量 3 43tRapp3 0 29 泵殼在工作狀態(tài)受熱的伸長量 3 44mtkk2 30 工作狀態(tài)轉(zhuǎn)子受熱長度增量 3 45tlalpp84 0 31 工作時泵殼受熱長度增量 3 46mtlkk53 32 在泄漏方向上端面間隙平均長度 crl 8 33 排氣溫度 CKTV 150423 34 被抽氣體分子量 給定值 9 M 35 間隙流導 3 47 smkaDkLTUV 0298 224 36 3431 36 容積利用系數(shù) 3 4870 13 VAthpTPsv 32 37 轉(zhuǎn)子長度校正 3 49mlVPp305 38 轉(zhuǎn)子大圓直徑的 D 查表容積利用系數(shù) 9 取吸氣系數(shù) 570 H 所以2 1 取L24 1 L mDnSH 3 24 17509 36 3 7 實 3 50 取 D 250 39 轉(zhuǎn)子長度 L m310254 12 3 6 軸的結(jié)構(gòu)設計計算 3 6 1 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算 1 電機功率 kwP5 2 軸傳扭矩 3 51mNnT 1 82905 90 3 軸的直徑計算 3 52mnPAd5964 120 16330 3 6 2 按剛度條件計算 max 33 經(jīng)查表得鑄鐵剪切彈性模量 所以PaG91045 5 3 53265 014 3828324294 Td 所以轉(zhuǎn)子軸最小直徑取 D 35 3 6 3 精確校核軸的疲勞強度 1 判斷危險截面 從應力集中對軸的疲勞強度影響來看 截面 處的過盈配合引起的應力集 中最嚴重 從受載的情況來看 截面 和 之間上的應力大 但應力集中不打 而且這里軸的直徑最大 所以不用校核 因而該軸只需校核截面 左右兩側(cè)即 可 軸的結(jié)構(gòu)與裝配如下圖 50 40 50 35 45 圖 3 5 軸的結(jié)構(gòu)與裝配圖 2 截面 的左側(cè) 抗彎截面系數(shù) 3 543336401 0 mdW 抗扭截面系數(shù) 3 5533328 2 T 彎矩 M 及彎曲應力為 3 56mN 1795 67098 34 3 57MPaWb02 76419 扭矩 T 及扭轉(zhuǎn)切應力為 mN 82 3 58PaT41 0 軸的材料為 QT700 2 正火處理 查得 MaB7 231 MPa187 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù) 和 因 031 652 dr 經(jīng)查得 可得軸的材料的敏系數(shù)為08 1657 dD2 a31 2 q5 過盈配合處的 值 由表查出取 3 16 k 3 5953 216 80 k 軸按磨削加工 表面質(zhì)量系數(shù)為 92 0 故綜合系數(shù)為 3 605 3192 06 31 kK 3 616 5 所以軸在截面 左側(cè)的安全系數(shù)為 3 6204 18 89 32501 maKS 3 635 7 6 11 a 3 64 801 4 8222 Sc 35 5 1 Sca 所以截面 左側(cè)強度足夠 2 截面 右側(cè) 抗彎截面系數(shù) 3 543331250 01 mdW 抗扭截面系數(shù) 3 55333 2 T 截面 右側(cè)的彎矩為 3 56mNM 17295 86709 截面 右側(cè)的扭矩 NT 12 截面上的彎曲應力 3 57MPaWb83 15079 截面上的扭轉(zhuǎn)切應力 3 65pTb72 故有效應力集中系數(shù)為 3 66 82 182 011 aqk 3 67635 軸表面未經(jīng)表面強化處理 即 得綜合系數(shù)值為q 3 688 219 067 821 kK 3 696 計算安全系數(shù)為 3 7079 160 86 4231 maKS 36 3 7181 274 05 86211 maKS 3 72 1 79 222 Sc 5 1 ca 故該截面右側(cè)的強度也足夠 3 7 軸承選取設計計算 3 7 1 軸承的設計參數(shù) 軸承類型 深溝球軸承 軸承型號 6310 軸承內(nèi)徑 d 50 mm 軸承外徑 D 110 mm B T 27 基本額定動載荷 C 47500 N 基本額定靜載荷 Co 35600 N 極限轉(zhuǎn)速 油 7500 r min 3 7 2 軸承的當量動載荷計算 軸承類型 深溝球軸承 1 計算徑向載荷和軸向載荷 3 73kwP5 min 290rnd50 3 74mNT 182 9 3 75dFt 4 75018 3 76ntr 5 2689 32cosa 37 3 77NFta 5 1409 4872n 徑向載荷 Fr 268 54 N 軸向載荷 Fa 140 55 N 額定靜載荷 Co 35600 N 徑向載荷系數(shù) X 0 4 2 計算當量動載荷 3 78039 356 140 CFA 3 792 8rA 3 80 NYFXfPArd40 3 81NnLfCht 513810296216363 所以 故符合要求 3 壽命校核 額定動載荷 C 47500 N 當量動載荷 P 402 N 軸承轉(zhuǎn)速 n 2900 r min 工作溫度 T 20 溫度系數(shù) ft 1 要求壽命 Lh 4500 h 計算壽命 Lh 16122 h 3 82 PCfnt60 所以 軸承壽命合格 hL 38 第四章 國產(chǎn) ZJ型羅茨真空泵的檢修與保養(yǎng) 4 1 引言 目前 國內(nèi)幾乎所有大中型或小型企業(yè)在高真空和中真空系統(tǒng)中 為了縮 短抽氣時間 提高生產(chǎn)效率 一般都配有羅茨 水環(huán)真空機組 它是由 ZJ 系列 羅茨泵作為主軸泵 雙級水環(huán)泵或羅茨 水環(huán)真空機組作為前級泵組成的抽氣 機組 它除了可以用來抽除一般氣體外還可以抽吸含有水分或少量灰塵的氣體 與一般的機械真空泵相比 不怕油污染 不怕水氣及微塵 而與一般的水環(huán)式 真空泵相比 具有真空高度以及在高真空度工況下抽速大的特點 而羅茨真空 泵是羅茨 水環(huán)真空機組的重要組成部分 所以 就羅茨真空泵的檢修以及保 養(yǎng)展開輪敘 對保證裝置的安穩(wěn) 長 滿 優(yōu)運行有著積極的意義 羅茨真空泵根據(jù)工作范圍的不同 可分為直排大氣型的低真空羅茨泵和普 通型中真空羅茨泵 又稱機械增壓泵 二者區(qū)別除結(jié)構(gòu)外 主要是中真空羅 茨泵需要和前級真空泵串聯(lián)使用 組成羅茨真空機組 普通型羅茨真空泵按泵 體結(jié)構(gòu)的不同又可分為普通型和帶旁通閥型 帶旁通閥型羅茨泵的壓差僅限于 2000Pa 4000Pa 當壓 差超過每 一規(guī)格泵的規(guī)定值時 旁通閥就啟動頂開 泵出口處的氣體經(jīng)旁通閥返流入 泵進口處以使泵安全運行 羅茨 真空泵的工作原理 羅茨真空泵 簡稱羅茨泵 是一種旋轉(zhuǎn)式容積真空泵 它是 利用兩個 8 字形轉(zhuǎn)子 在泵殼中 旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生吸氣和排氣作用的 其原理和羅茨鼓風機相似 由于羅茨真空泵在低壓力范 39 圍內(nèi)工作 氣體分子自由程度較 圖 4 1 工作原理圖 大 氣體漏過微小縫隙的阻力很大 因而獲得較高的壓縮比可以作為增壓真空 泵使用 轉(zhuǎn)子和泵腔 轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子之間有一定的間隙 互不接觸 不需要用油潤滑 轉(zhuǎn)子具有良好的幾何對稱性 可以提高轉(zhuǎn)速 從而能夠制造出結(jié)構(gòu)緊湊的大抽 速泵來 泵工作時振動小 容積大 容積利用系數(shù) np 0 5 左右 在泵腔內(nèi)并 不發(fā)生像機械真空泵那樣的壓縮現(xiàn)象 因此它不需要排氣閥 也正因如此 可 抽除可行凝性蒸汽 啟動快 能夠在短時間內(nèi)達到極限真空 功率小 運轉(zhuǎn)維 護費用低 在很寬的壓力范圍內(nèi) 1 103Pa 1 Pa 有很大的抽速 能迅速排出 突然放出的氣體 彌補了擴散泵和油封機械泵在 1 103Pa 1 Pa 時抽速都很 小的缺陷 因此 它最適合做增壓泵用 因為在化工生產(chǎn)中 羅茨泵的故障種類繁多 有的是由于維護保養(yǎng)不當 有的是操作失誤 有的是由于真空機組的設計本身存在缺陷 造成羅茨泵工作 環(huán)境惡劣 這些因素都會引起機組的部件損壞 致使使用壽命降低 機組能力 下降 所以綜合上面所敘 檢修羅茨泵時對檢修質(zhì)量和維修工的技術水平都要求比較 高 在多次檢修中 我們詳細記錄了整個檢修過程 并對各部分數(shù)據(jù)進行測量 檢修后進行總結(jié) 4 2 羅茨泵的拆卸 在未拆卸前 先測量并記錄轉(zhuǎn)子各部分間隙 拆卸中盡量避免用重錘敲打 拆下的零件不得碰傷 應妥善保管 1 拆卸固定端 卸下電機及電機連接架 更換聯(lián)軸器彈性圈 在完成 1 部后換上新彈 性圈即可 更換聯(lián)軸器彈性圈的原因有 1 長期使用磨損 2 軸承失效后聯(lián)軸器同軸度發(fā)生變化 致使彈性圈加劇磨損 40 2 拆下軸封壓蓋 3 拆下外軸封壓蓋及外軸封 4 拆下前蓋及內(nèi)軸封 更換內(nèi) 外軸封 在完成 1 4 部后換上新軸封即 可 軸封損壞的原因有 1 軸封裝配時沒達到要求 發(fā)生傾斜 翻邊或彈簧脫落 2 運行時巡檢不到位缺油 致使軸封失效 以 500t a 特種樹脂中試裝置 V 5157 羅茨 水環(huán)真空機組為例 年 月 日 21 40 分接到檢修通知 V 5157 二級羅茨泵發(fā)生 軸封漏油 系統(tǒng)漏氣 拆 卸后檢查 發(fā)現(xiàn)油封已龜裂 軸套表面有過燒痕跡且腔內(nèi)有微小橡膠粉塵 經(jīng)分 析 是缺油所致 5 卸下軸套 如需更換軸套 拉出軸套 用新的 O 型密封圈放入新軸套的密 封槽后 把軸套壓入泵軸即可 6 卸下軸承壓蓋 甩油盤 7 把軸承壓蓋和軸承從端蓋拆出 拆卸時注意將調(diào)整墊片 妥善保管 軸承損壞的原因有 1 軸承裝配時沒達到要求 調(diào)整墊片放置有問題 軸承裝配后發(fā)生傾斜 2 潤滑油腔進水后 潤滑油變質(zhì)形成乳化液 致使軸承損壞 3 有無