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沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 緒 論 ................................................................................................................................1 第一章 真空設(shè)備獲得 ........................................................................................................3 1.1 需要不斷擴(kuò)大的真空領(lǐng)域 ...................................................................................3 1.2 真空技術(shù)在能源方面的應(yīng)用 ...............................................................................5 1.3 真空泵市場(chǎng)各類泵設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀 ........................................................................7 1.4 真空泵技術(shù)進(jìn)展趨勢(shì) ............................................................................................9 1.5 對(duì)真空技術(shù)未來(lái)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(shù)語(yǔ)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(shù)要求 ........................................................................................15 第三章 ZJ-150型羅茨真空泵的總體設(shè)計(jì) ...........................................................................17 3.1 ZJ-150 型羅茨真空泵的總體構(gòu)成 .......................................................................18 3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 .......................................................................................................20 3.3 總體傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..............................................................................................21 3.4 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 ..............................................................................21 3.4.1 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) ......................................................................................22 3.4.2 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) .........................................................................................24 3.4.3 齒輪幾何尺寸計(jì)算 ..........................................................................................25 3.5 轉(zhuǎn)子體設(shè)計(jì)計(jì)算 ..................................................................................................26 3.6 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 ..............................................................................................30 3.6.1 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算 ......................................................................................30 3.6.2 按剛度條件計(jì)算 .................................................................................................30 3.6.3 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 ..................................................................................31 3.7 軸承選取設(shè)計(jì)計(jì)算 ..............................................................................................34 3.7.1 軸承的設(shè)計(jì)參數(shù) ..............................................................................................34 3.7.2 軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算 ..................................................................................34 第四章 國(guó)產(chǎn) ZJ型羅茨真空泵的檢修與保養(yǎng) ......................................................................36 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 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(guò)載的三種方法 ...............................................................................41 4.6 常見(jiàn)故障及消除方法 ...........................................................................................42 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 ..............................................................................................................44 結(jié) 論 ........................................................................................................................45 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................46 謝辭 ..............................................................................................................................47 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒 論 真空泵的分類： 真空泵利用機(jī)械、物理、化學(xué)、物理化學(xué)等方法對(duì)容器進(jìn)行抽氣，以獲得 和維持真空的裝置。真空泵和其他設(shè)備（如真空容器、真空閥、真空測(cè)量?jī)x表、 連接管路等）組成真空系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于電子、冶金、化工、食品、機(jī)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(fù)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(fù)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(kuò)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(jiàn)泵及其特點(diǎn)： 2SK、2SK-P1 系列雙級(jí)水環(huán)式真空泵 主要用來(lái)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(guò)程中。該泵具有真空度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、工作可靠、維 護(hù)方便的特點(diǎn)。 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(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)。它適用于作擴(kuò) 散泵的前級(jí)泵，而且更適用于精密儀器配套和實(shí)驗(yàn)室使用。例如:質(zhì)譜儀器、冰 箱流水線、真空冷凍干燥機(jī)等。 XD 型旋片式真空泵 可以在任意入口壓強(qiáng)下工作，已普遍應(yīng)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(guò)程中。它主要用來(lái)抽除空 氣和其他無(wú)無(wú)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(yīng)用于機(jī)械、醫(yī)藥、=食品、石 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 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?jí)泵配合方可使用在較寬的壓力范圍內(nèi)有 較大的抽速對(duì)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(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的就是 ZJ 系列的真空泵 本次設(shè)計(jì)的 ZJ-150 型羅茨真空泵是根據(jù)我國(guó)的實(shí)際生產(chǎn)情況以及現(xiàn)有的技 術(shù)水平，綜合國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，本著高效率，低成本的原則，自行設(shè)計(jì) 的。廣泛應(yīng)用與真空冶金、真空脫氣、真空鍍膜以及空間模擬、低密度風(fēng)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(guò)程。 該機(jī)器的主要機(jī)構(gòu)為：主軸電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，軸上有一對(duì)“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(shè)計(jì)缺少大量資 料給設(shè)計(jì)制造了巨大困難，對(duì)于這次設(shè)計(jì)的不足希望各位老師提出寶貴的意見(jiàn)。 在本次設(shè)計(jì)中得到了陳士忠講師的悉心指導(dǎo)，對(duì)此表示衷心的感謝！同時(shí) 也對(duì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中給與我大力幫助和指導(dǎo)的各位老師一并表示感謝！ 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第一章 真空設(shè)備獲得 1.1 需要不斷擴(kuò)大的真空領(lǐng)域 在 21 世紀(jì)，真空的需求是增長(zhǎng)還是減少?今后的發(fā)展趨勢(shì)又將如何?這主 要取決于真空應(yīng)用的領(lǐng)域是否增加，需求是否增長(zhǎng)。 在 20～30 年前，真空書(shū)籍中就指出：真空技術(shù)的應(yīng)用，一是靠壓力差，二 是通過(guò)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(dāng)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(zhǎng)。真空蒸發(fā)、電子管和加速器就是利用了真 空的這一特點(diǎn)。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(shù)在人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾獞?yīng)用，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(guò)程中將會(huì)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(shù)定會(huì)得到發(fā)展，它可 使表面長(zhǎng)時(shí)間地維持其清潔。目前，真空技術(shù)的應(yīng)用的特點(diǎn)是：利用真空環(huán)境 來(lái)研制一些新材料和新工藝。使真空應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步擴(kuò)大，例如超微粉和 納米顆粒的制作以及固體元件的工藝開(kāi)發(fā)。另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是為了減少化學(xué)反 應(yīng)過(guò)程和核聚變反應(yīng)中的不純物，有時(shí)也要利用真空。真空室的器壁本身與反 應(yīng)過(guò)程有著極其密切地關(guān)系。 人們對(duì)真空的需求將會(huì)擴(kuò)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(huì)擴(kuò)大對(duì)真空泵的需求。因此，對(duì)于真空 設(shè)備廠來(lái)說(shuō)將會(huì)有一個(gè)很大的真空泵的銷售市場(chǎng)。過(guò)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(shí)，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(duì)含鋁的鉛 和不純物進(jìn)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(jiàn)，新 工藝的出現(xiàn)，就會(huì)直接影響到真空行業(yè)，對(duì)真空的需求也會(huì)隨之急劇增加。前 幾年我國(guó)真空煉鎂工藝的出現(xiàn)，曾一度使真空設(shè)備廠產(chǎn)的滑閥泵和羅茨泵供不 應(yīng)求。造成畸形發(fā)展。但這也說(shuō)明一個(gè)問(wèn)題，即新工藝、新材料等出現(xiàn)，勢(shì)必 要帶動(dòng)真空產(chǎn)業(yè)等發(fā)展。 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 在 2l 世紀(jì)，表面處理在內(nèi)的表面技術(shù)成為相當(dāng)大的一個(gè)真空應(yīng)用領(lǐng)域。因 為人們對(duì)材料可靠性的要求，尤其對(duì)表面技術(shù)的應(yīng)用定會(huì)有所增長(zhǎng)。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(lái)了，但就原有工藝稍加改 進(jìn)，就會(huì)在性能上大有改觀，如用氧化膜將材料與大氣隔開(kāi)，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(kāi)拓一個(gè)相當(dāng)可觀的 市場(chǎng)。又如過(guò)去作超純鋁箔的方法很費(fèi)事，又要把真空設(shè)備應(yīng)用到這個(gè)項(xiàng)目的 生產(chǎn)過(guò)程中去，就一定會(huì)產(chǎn)生更好地超純鋁箔來(lái)。如果真空廠家能積極地參與 到這一應(yīng)用領(lǐng)域中去，人們對(duì)真空的需求自然會(huì)大大加強(qiáng)。 今后電子技術(shù)領(lǐng)域?qū)φ婵盏男枨笠矔?huì)繼續(xù)有所增長(zhǎng)。由于真空是個(gè)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(dǎo)體產(chǎn)品多是在真空狀態(tài)中進(jìn)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(biāo)。要想達(dá)到這一目標(biāo)就 要求有非常微細(xì)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(jìn)行，從底片進(jìn)入真空室到最終處理完成也在真空中進(jìn)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(shè)備不一 定都是干凈的。一般認(rèn)為放氣、排氣或者切換開(kāi)關(guān)時(shí)就會(huì)揚(yáng)起灰塵，所以還是 存在一定的問(wèn)題。有時(shí)也需要給裝置搞一個(gè)清潔的表面，清潔的表面是極其容 易受污染對(duì)，當(dāng)必須使表面維持清潔狀態(tài)的時(shí)候，有一個(gè)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(shí)的真空度并不高。 然而充入氣體之前的本底壓力則對(duì)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(gè)良好的本底真空度。 有時(shí)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(jìn)行同樣的操作。真空技術(shù)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(shù)的應(yīng)用。 如果這樣考慮，真空技術(shù)的應(yīng)用也就更廣泛了。 真空設(shè)備似乎可以作為工具使用。人們隨著對(duì)高級(jí)產(chǎn)品的需求，也迫切需 要真空技術(shù)更加簡(jiǎn)便，并可應(yīng)用于高新技術(shù)領(lǐng)域。因此，在 21 世紀(jì)真空技術(shù)將 會(huì)繼續(xù)得到發(fā)展。 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 1.2 真空技術(shù)在能源方面的應(yīng)用 最近，人們對(duì)能源危機(jī)的關(guān)注已逐漸淡薄，但如何根本問(wèn)題并沒(méi)有得到解 決。能源問(wèn)題是一個(gè)長(zhǎng)期地、不容樂(lè)觀地重要問(wèn)題。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)看，要研究 用新能源代替舊能源。如太陽(yáng)能利用技術(shù)，在不久的將來(lái)，有可能達(dá)到實(shí)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(jì)達(dá)到實(shí)用化的目標(biāo)?，F(xiàn)在各國(guó)都在進(jìn)行太陽(yáng)熱利用技術(shù)。典型的太 陽(yáng)熱利用技術(shù)即對(duì)太陽(yáng)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(yáng)熱實(shí)驗(yàn)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(guó)、法國(guó)、 俄羅斯、德國(guó)、西班牙及意大利等國(guó)都將太陽(yáng)熱發(fā)電廠的研究開(kāi)發(fā)列入了國(guó)家 計(jì)劃。這些工廠的容量為 500kW～10MW，并已建成應(yīng)用。 太陽(yáng)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(jī)和計(jì)量控制 裝置所組成。 太陽(yáng)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(huì)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(lái)，由于高分子材料制作的軟鏡具有重復(fù)性好、透過(guò)率高、能大量生產(chǎn)、 成本低等特點(diǎn)，而倍受重視。 選擇吸收面對(duì)有效利用太陽(yáng)能極為重要。在選擇吸收面的制作上，采用了 真空技術(shù)。高溫聚熱裝置中采用了聚熱管。為防止由聚熱管造成的對(duì)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(shuō)明如下： (1)利用半導(dǎo)體膜的譜帶之間的遷移而產(chǎn)生基礎(chǔ)吸收。 在紅外線領(lǐng)域具有高反射率的金屬表面上，涂上一層吸收波長(zhǎng)為 1～3μ 的 半導(dǎo)體膜，就制成了選擇吸收面。用 Si、Cu、PbS、Ge、CuO、Cr 2O3等材料作為 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 半導(dǎo)體膜。這種結(jié)構(gòu)的膜，它可吸收陽(yáng)光轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?；?duì)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(yáng)能。由于 Si、Ge 對(duì)太陽(yáng)光的折射率高，涂上 SiO2等材料的減反射膜，對(duì)太陽(yáng)光的吸收率變好。 (2)利用薄模干涉形成減反射效應(yīng)。 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(jiàn)光在電 介質(zhì)膜中被吸收，而紅外線透過(guò)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(yīng)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(zhǎng)的相互關(guān)系。 在加工成深溝和棱角的表面上，垂直入射的太陽(yáng)光，在溝與棱角的間隙中， 經(jīng)多次反射而被吸收。 這種面會(huì)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(xué)反應(yīng)或機(jī)械損傷等因 素造成的。 太陽(yáng)光利用技術(shù)，也就是利用太陽(yáng)光來(lái)發(fā)電，它是通過(guò)太陽(yáng)電池吸收陽(yáng)光， 先變?yōu)橹绷麟娫俎D(zhuǎn)換為交流電加以利用的。 太陽(yáng)電池就是將陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿脑? 這種太陽(yáng)光利用技術(shù)，過(guò)去僅被用在宇宙衛(wèi)星、臺(tái)燈電源和邊遠(yuǎn)地區(qū)的通 訊電源?，F(xiàn)在的價(jià)格仍較高(日本資料報(bào)道于 1984 年時(shí)其價(jià)格為 3000 日元／瓦)， 所以應(yīng)用范圍有限。 如能在太陽(yáng)能電池的主體材料上加以研究和改進(jìn)，降低太陽(yáng)能電池的成本， 改進(jìn)制作太陽(yáng)電池生產(chǎn)的工藝，這種技術(shù)是會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展的。如日本曾在 對(duì) 3Kw 的個(gè)人住宅，20Kw 集體住宅，200Kw 學(xué)校用裝置，lOOKw 工廠用裝置以 及 1000Kw 集中的大容量裝置等進(jìn)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(yùn)行，向形成綜合電力調(diào)配系統(tǒng)方向發(fā) 展。 非晶硅太陽(yáng)電池的制造，如輝光放電分解法，反應(yīng)濺射法，真空蒸發(fā)法等， 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 多采用真空技術(shù)。 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(yīng)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(lái)。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(yáng)電池不僅要求高效、廉價(jià)和大面積等特點(diǎn)，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(diǎn)很多，能在玻璃、不銹鋼、塑料等基板上作成大面積廉價(jià)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(lái)的可靠能源，它的實(shí)現(xiàn)是全世界人們的愿望。目前，世 界上最先進(jìn)的磁場(chǎng)封閉式托卡馬克型核聚變裝置，很多國(guó)家都在開(kāi)發(fā)研制。美 國(guó)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(yùn)行，大大推動(dòng)了高新技術(shù)的開(kāi)發(fā)，特別是真空技 術(shù)、低溫技術(shù)、磁體技術(shù)、大功率脈沖電源技術(shù)和射頻加熱技術(shù)以及遙控處理 技術(shù)等。 核聚變裝置的真空室用來(lái)長(zhǎng)時(shí)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(gè)全焊接的雙層壁結(jié)構(gòu)的環(huán)型容器?？?cè)莘e為 200m3，焊縫總長(zhǎng)達(dá) 8000m。這種真空室漏氣率很低，在室溫和 500℃時(shí)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(yīng)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(yīng)產(chǎn)物氦灰外，還 有大量未能參與核反應(yīng)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(guò)國(guó)際合作攻關(guān)，人類有望在 2l 世紀(jì)中期建成氘一 氚核聚變示范電站，最終目標(biāo)是提供市場(chǎng)銷售用電的核聚變發(fā)電站，為 2l 世紀(jì) 的新能源和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。 等離子體科學(xué)技術(shù)和真空科學(xué)技術(shù)將會(huì)得到協(xié)同發(fā)展，并將為探索宇宙結(jié) 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 構(gòu)和物質(zhì)起源等重大基礎(chǔ)科學(xué)研究中起著重要的作用。 1.3 真空泵市場(chǎng)各類泵設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀 真空泵是一個(gè)量大面廣的產(chǎn)品，產(chǎn)量很大，產(chǎn)值不高，但它確實(shí)是一個(gè)直 接影響到真空成套設(shè)備性能質(zhì)量的必不可少的基礎(chǔ)產(chǎn)品。真空泵的市場(chǎng)根據(jù)用 戶的需要而發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于半導(dǎo)體工業(yè)的迅速發(fā) 展以及干泵和分子泵應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大。 目前，全球真空泵市場(chǎng)的年銷售額約 20 億美元，年增長(zhǎng)率在 7%左右。 我國(guó)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(dāng)于美國(guó) Kinney 公司一家真空泵的年銷售額。通過(guò)對(duì)全球真空泵市場(chǎng)的分 析我們可以看出，各類真空泵的市場(chǎng)及應(yīng)用領(lǐng)域都在不斷變化和發(fā)展。我國(guó)真 空泵制造業(yè)有著悠久的歷史和雄厚的基礎(chǔ)，國(guó)產(chǎn)真空泵已經(jīng)在各個(gè)不同領(lǐng)域得 到應(yīng)用并經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，有些泵還出口國(guó)外，得到國(guó)外用戶的認(rèn)可并受到好評(píng)，應(yīng) 該說(shuō)我國(guó)真空泵制造業(yè)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)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(guó)的石油、化工、電力、輕紡、造 紙、醫(yī)藥等領(lǐng)域仍然有著很大的市場(chǎng)。在國(guó)外，水環(huán)泵的銷售額占全部真空泵 市場(chǎng)的 14%，僅次于干泵，所以 Nash、Seimems 和 Kinney 等公司都在我國(guó)投資 建廠或建立銷售網(wǎng)絡(luò)，不斷擴(kuò)大在我國(guó)的市場(chǎng)份額。由于水環(huán)泵大部分是鑄件， 加工要求也不高，屬勞動(dòng)密集型產(chǎn)品，所以國(guó)產(chǎn)水環(huán)泵在價(jià)格上有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)， 關(guān)鍵是要改進(jìn)設(shè)計(jì)，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(guó)內(nèi)外各種 真空爐、鍍膜機(jī)以及干燥、浸漬等設(shè)備都是用滑閥泵作為前級(jí)泵，但是滑閥泵 鑄件重，加工工作量較大，所以國(guó)外各真空廠都在中國(guó)尋找合作伙伴。為了使 國(guó)產(chǎn)滑閥泵能夠進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，必須進(jìn)一步降低泵的振動(dòng)噪聲，杜絕噴油和漏 油，提高滑閥泵長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性。 3.直聯(lián)旋片泵 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 隨著真空技術(shù)在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，直聯(lián)旋片泵的需求量越來(lái)越大。 由于這種泵數(shù)量很多，加工裝配工作量很大，價(jià)格又很低，所以有的國(guó)外真空 廠商在中國(guó)建立專業(yè)廠。國(guó)產(chǎn)中小型直聯(lián)旋片泵在技術(shù)上已經(jīng)過(guò)關(guān)，價(jià)格又遠(yuǎn) 比國(guó)外的泵便宜，所以國(guó)產(chǎn)泵仍然有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，關(guān)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(wèn)題，確保直聯(lián)泵在高速、高溫下性能穩(wěn)定和運(yùn) 行可靠，同時(shí)還要進(jìn)一步提高國(guó)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(guó)外半導(dǎo)體領(lǐng)域里的許多工藝場(chǎng)合是用來(lái)代替低溫泵，尤其是濺 射、刻蝕和 LCVD 等裝置都采用復(fù)合分子泵和牽引泵作為主泵。 由于分子泵對(duì)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(shí)間比低溫泵長(zhǎng)。為了提高抽速，國(guó)外在分子泵的入口側(cè)裝一個(gè)- 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(yīng)用，既提高了生產(chǎn)效 率又改善了膜層質(zhì)量。隨著我國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)、薄膜產(chǎn)業(yè)和科學(xué)研究事業(yè)迅速發(fā) 展，分子泵應(yīng)該是我國(guó)真空泵制造業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。首先，分子泵要從小到大建 立完整系列，并研究開(kāi)發(fā)各種復(fù)合分子泵、牽引泵和低溫分子泵，以滿足不同 場(chǎng)合的需要。 5.干式機(jī)械真空泵 國(guó)外干式機(jī)械真空泵市場(chǎng)的不斷增長(zhǎng)，其主要驅(qū)動(dòng)來(lái)自于半導(dǎo)體行業(yè)、化 學(xué)工業(yè)、薄膜產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。在日本，半導(dǎo)體行業(yè)已全部用干式真空泵代替 油封式機(jī)械泵，歐美半導(dǎo)體行業(yè) 45%以上用干式真空泵代替了油封式機(jī)械泵， 大大提高了產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。為了滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域和不同工況的要求，國(guó) 外有多級(jí)羅茨真空泵、多級(jí)爪式真空泵、螺桿式真空泵、渦旋式真空泵、往復(fù) 式活塞真空泵以及渦輪式無(wú)油真空泵等。極限壓力從 10Pa～10-2Pa，抽速?gòu)?20m3/h～500m3/h。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)產(chǎn)干泵的應(yīng)用還不足 1%，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體工業(yè) 用的干泵全部從國(guó)外進(jìn)口，其價(jià)格十分昂貴。所以，我國(guó)應(yīng)大力研究開(kāi)發(fā)干泵， 使干泵成為我國(guó)真空工業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 1.4 真空泵技術(shù)進(jìn)展趨勢(shì) 技術(shù)發(fā)展的原動(dòng)力在于市場(chǎng)的需求。由于真空技術(shù)領(lǐng)域的擴(kuò)展和迅速成長(zhǎng) 的高新技術(shù)，國(guó)內(nèi)真空泵市場(chǎng)對(duì)真空泵的技術(shù)水平提出了更高的要求。真空泵 的生產(chǎn)企業(yè)必須通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整兩個(gè)途徑來(lái)保住原有市場(chǎng)，進(jìn) 而繼續(xù)擴(kuò)大市場(chǎng)占有率。 提高真空泵的可靠性，降低振動(dòng)、噪聲，注重真空泵的綜合水平。過(guò)去的 若干年，生產(chǎn)廠注重真空泵的主要性能指標(biāo)，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(duì)環(huán)境不 造 成污染逐漸成為用戶購(gòu)買產(chǎn)品時(shí)考慮的主要因素。對(duì)于旋片泵、羅茨泵、滑閥 泵等而言要將成熟的可靠性設(shè)計(jì)理念運(yùn)用到真空泵的設(shè)計(jì)中，在可靠性設(shè)計(jì)、 可靠性實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)期可靠的運(yùn)行。同時(shí)通過(guò)采用新技術(shù)、新材料、 新工藝、新結(jié)構(gòu)來(lái)降低振動(dòng)、噪聲，解決泵的噴油、漏油問(wèn)題，還用戶一個(gè)清 潔環(huán)保的工作環(huán)境。 企業(yè)面對(duì)的永遠(yuǎn)是變化的市場(chǎng)，而我們的真空泵產(chǎn)品卻千篇一律的雷同。 產(chǎn)品和市場(chǎng)的不銜接，使我們丟掉了許多機(jī)會(huì)。真空泵的下一步發(fā)展應(yīng)該面向 個(gè)性化和多樣化。所謂個(gè)性化和多樣化就是針對(duì)不同用戶的不同需求，設(shè)計(jì)針 對(duì)某一用戶的特定場(chǎng)合的產(chǎn)品，使產(chǎn)品在這一場(chǎng)合應(yīng)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(yù)測(cè)，到 2010 年我國(guó)將成為世界 上第二大半導(dǎo)體集成電路市場(chǎng)，總需求量約 1000 億塊，達(dá)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(tái)，是目前我國(guó)真空泵年產(chǎn)量的 1／10 左右。 國(guó)內(nèi)目前真空獲得設(shè)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(guó)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(guó)相比差距巨大 。 我國(guó)干式真空泵的生產(chǎn)處于剛剛起步階段，在全國(guó) 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(tái)。沒(méi)有形 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 成批量生產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的干泵絕大多數(shù)用于實(shí)驗(yàn)室及化學(xué)、醫(yī)藥等領(lǐng)域， 用于半導(dǎo)體行業(yè)的很少。 國(guó)內(nèi)飛速發(fā)展的電子信息產(chǎn)業(yè)沒(méi)有有效的刺激國(guó)內(nèi)干式真空泵發(fā)展，而卻 成為國(guó)際上真空工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的擴(kuò)張之地。目前國(guó)內(nèi)建成的半導(dǎo)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(shè)備)均為進(jìn)口，主要來(lái)自英國(guó)、 日本、德國(guó)、美國(guó)等。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的干式真空泵進(jìn)入該領(lǐng)域十分艱難，使得干式 真空泵這個(gè)未來(lái)真空獲得設(shè)備的主導(dǎo)產(chǎn)品在我國(guó)處于十分困難的境地。 造成 此狀況的主要原因?yàn)楦墒秸婵毡迷谖覈?guó)的起步較晚，剛一起步即面臨 國(guó)外已經(jīng)發(fā)展成熟的產(chǎn)品大量進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品除了價(jià)格低外，在加工 制造、技術(shù)水平、質(zhì)量狀況等各方面不含有優(yōu)勢(shì)，國(guó)外各國(guó)的產(chǎn)品經(jīng)過(guò)幾年的 較量，已經(jīng)基本瓜分了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并且站穩(wěn)了腳，國(guó)內(nèi)的干式真空泵生產(chǎn)由于 失去了市場(chǎng)的激勵(lì)，沒(méi)有了發(fā)展的動(dòng)力，進(jìn)步緩慢。 業(yè)內(nèi)專家一致認(rèn)為干式真空泵是真空獲得設(shè)備發(fā)展的方向，也是真空獲得 手段的“尖端”技術(shù)，我國(guó)的真空泵產(chǎn)業(yè)必須在此領(lǐng)域有所作為，首先進(jìn)入食 品、化工、醫(yī)藥等行業(yè)。經(jīng)過(guò)這些市場(chǎng)的培育和鍛煉，進(jìn)而打入半導(dǎo)體行業(yè)。 才能使整個(gè)行業(yè)與時(shí)俱進(jìn)的發(fā)展。 目前國(guó)內(nèi)分子泵應(yīng)健全系列并開(kāi)發(fā)多品種，如低溫分子泵、復(fù)合分子泵等， 逐漸擴(kuò)展市場(chǎng)。 引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，提升我國(guó)產(chǎn)品的科技含量在其他行業(yè)有成功的經(jīng)驗(yàn)。 在發(fā)展真空獲得設(shè)備的高端產(chǎn)品中引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，并很好的消化吸收，將宅譽(yù) 速改變我國(guó)產(chǎn)品技術(shù)含量低、質(zhì)量 和技術(shù)水平不能滿足市場(chǎng)需求的現(xiàn)狀。但苧 引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，應(yīng)特別注意兩點(diǎn)：一是重在消化吸收，在此基礎(chǔ)上培育企業(yè)的 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和創(chuàng)新能力。二是不要重復(fù)盲目引進(jìn)，要瞄準(zhǔn)國(guó)際上當(dāng)代最新技 術(shù)，避免引進(jìn)一代，落后一代。引進(jìn)國(guó)外技術(shù)不是目的，而是手段，通過(guò)引進(jìn) 技術(shù)最終打造國(guó)產(chǎn)自主品牌。 傳統(tǒng)的真空設(shè)備我們生產(chǎn)了幾十年，在全國(guó)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(jì)的高速發(fā)展，信息技術(shù)、航空航天、納米科學(xué)等高科技弓 I 導(dǎo)了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的潮流。而這些高新技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)真空獲得設(shè)備 這個(gè)基礎(chǔ)裝備。目前國(guó)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 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域占領(lǐng) 90％以上的市場(chǎng)份額。在高科技領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在技術(shù)水平 和質(zhì)量上不能滿足要求，90％以上市場(chǎng)份額由國(guó)外產(chǎn)品占領(lǐng)。國(guó)內(nèi)真空獲得產(chǎn) 品與高新技術(shù)的發(fā)展嚴(yán)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(rùn)，這種可能性在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今 天會(huì)越來(lái)越小。在今天的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)格局面前，盡快調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，使其適應(yīng) 市場(chǎng)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(chǎng)需要的對(duì)路產(chǎn)品，對(duì)真空泵市場(chǎng)來(lái)說(shuō)， 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(chǎng)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(jī)，但目前的真空泵技術(shù)發(fā)展?fàn)?況卻并不樂(lè)觀。全行業(yè)要認(rèn)真分析形勢(shì)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn) ，團(tuán)結(jié)一致，為行業(yè)的 發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步開(kāi)出一條道路，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出 全行業(yè)應(yīng)有的貢獻(xiàn)。 1.5 對(duì)真空技術(shù)未來(lái)發(fā)展的期望 對(duì)未來(lái)真空技術(shù)的期望，首先希望廠家能研制出方便耐用的設(shè)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間或生產(chǎn)周期。因 為花費(fèi)在抽真空上的時(shí)間非常長(zhǎng)，所以要加以解決。 真空裝置和儀表要高級(jí)化，提高設(shè)備的壽命和精度。希望在太空中建立真 空應(yīng)用的工廠?？臻g站和飛船也會(huì)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(wù)。 鋁合金真空裝置可能代替不銹鋼。實(shí)現(xiàn)真空裝置鋁合金化，硬度問(wèn)題利用 離子鍍就可以達(dá)到實(shí)用化。 今后的發(fā)展方向，一是向微小化領(lǐng)域(納米科技和固體元件的研制)，另一 個(gè)是向巨大化的領(lǐng)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(lǐng)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?以方便用戶的操作為出發(fā)點(diǎn)，得到全世界用戶對(duì)歡迎。 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 我們希望 21 世紀(jì)中真空科學(xué)與技術(shù)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(shù)語(yǔ)和定義 （1）抽氣速率 當(dāng)泵裝有標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)罩并按規(guī)定條件工作時(shí)，從試驗(yàn)罩流過(guò)的氣體流量與在 試驗(yàn)罩上指定位置測(cè)得的平衡壓力之比，簡(jiǎn)稱抽速，單位 L/s。 （2）極限壓力 泵裝有標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)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(shí)，連續(xù)運(yùn)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(guān)閉進(jìn)氣管路、氣體流量為零時(shí)，前級(jí)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(shí)驗(yàn)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(hào)表示方法 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 2-1 型號(hào)示意圖 表 2-1 類型 一般型 帶溢流閥 氣冷式 代號(hào) P Q （2）標(biāo)記示例 1）名義抽氣速率為 150L/s 的羅茨真空泵，標(biāo)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(biāo)記為：ZJP-300 3）名義抽氣速率為 600L/s 的氣冷式羅茨真空泵，標(biāo)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(yīng)符合圖 2-2 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 2-2 參數(shù)表 1 氣冷式泵的基本參數(shù)符合圖 2-3 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 2-3 參數(shù)表 2 2.3 羅茨真空泵的技術(shù)要求 （1）泵應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，并按照經(jīng)規(guī)定程序批準(zhǔn)的圖樣及技術(shù)文件制造。 （2）ZJ（P）型泵必須有前級(jí)泵為其預(yù)抽真空，它不能單獨(dú)使用；ZJQ 型泵可 單獨(dú)使用，直排大氣。 （3）泵配用油封機(jī)械真空泵作前級(jí)泵時(shí)，則不適于抽除含氧氣量過(guò)高、有爆炸 性的、對(duì)黑色金屬有腐蝕性的、與真空泵油起化學(xué)反應(yīng)和含有塵埃的氣體。 （4）在帶試驗(yàn)罩的條件下，ZJ（P）型泵啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn) 30min 之后，應(yīng)達(dá)到圖 2-2 規(guī)定的極限壓力；ZJQ 型泵在啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)平衡后（一般 3min 到 5min）， 應(yīng)達(dá)到圖 2-3 規(guī)定的極限壓力。 （5）本標(biāo)準(zhǔn)不考核抽氣速率。如需測(cè)量抽速，ZJ（P）型泵必須配置相應(yīng)的前 級(jí)泵，并注明前級(jí)泵的型號(hào)和規(guī)格。 （6）ZJ（P）型泵的其他性能應(yīng)符合圖 2-2 的規(guī)定；ZJQ 型泵的其他性能應(yīng)符 合圖 2-3 的規(guī)定。 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 （7）泵工作的環(huán)境溫度為 。C?40~5 （8）泵應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)子不得有撞擊聲，不應(yīng)有雜音。 （9）泵的動(dòng)密封不允許有漏油現(xiàn)象。 （10）泵的外表面應(yīng)油漆光潔，緊固件及其他外露加工表面應(yīng)做防銹處理。 （11）泵應(yīng)無(wú)故障運(yùn)行時(shí)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(yùn)輸、保管、安裝、使用維護(hù)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(shí)，制造廠應(yīng) 為用戶免費(fèi)修理或更換。 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 第三章 ZJ-150型羅茨真空泵的總體設(shè)計(jì) 羅茨真空泵（簡(jiǎn)稱羅茨泵）是一種旋轉(zhuǎn)式變?nèi)菡婵毡?。它是由羅茨鼓風(fēng)機(jī) 演變而來(lái)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(jī)械增壓泵）和高真空多級(jí)羅茨泵。一般來(lái)說(shuō)，羅茨 泵具有以下特點(diǎn)： （1）在較寬的壓強(qiáng)范圍內(nèi)有較大的抽速； （2）起動(dòng)快，能立即工作； （3）對(duì)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(dòng)，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(yùn)動(dòng)無(wú)摩擦；轉(zhuǎn)子不必潤(rùn)滑，泵 腔內(nèi)無(wú)油； （5）轉(zhuǎn)子形狀對(duì)稱，振動(dòng)小，選擇高精度的齒輪傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)噪音低轉(zhuǎn)子動(dòng)平 衡條件較好，沒(méi)有排氣閥； （6）驅(qū)動(dòng)功率小，機(jī)械摩擦損失??； （7）結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，通常選臥式結(jié)構(gòu)； （8）運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)費(fèi)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(yīng)用。 在泵腔內(nèi)，有二個(gè)“8”字形的轉(zhuǎn)子相互垂直地安裝在一對(duì)平行軸上，由傳 動(dòng)比為 1 的一對(duì)齒輪帶動(dòng)作彼此反向的同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速運(yùn)行。由于羅茨泵是一種無(wú) 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(jí)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(jí)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。 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 3.1 ZJ-150 型羅茨真空泵的總體構(gòu)成 此次設(shè)計(jì)的 ZJ-150 型羅茨真空泵是參照國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上， 揚(yáng)長(zhǎng)避短，而設(shè)計(jì)出來(lái)的。 羅茨真空泵的工作原理與羅茨鼓風(fēng)機(jī)相似。由于轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn)，被抽氣 體從進(jìn)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(méi)有壓縮和膨脹。 但當(dāng)轉(zhuǎn)子頂部轉(zhuǎn) 過(guò)排氣口邊緣，v 0空間與排氣側(cè)相通時(shí)，由于排氣側(cè)氣體壓強(qiáng)較高，則有一部 分氣體返沖到空間 v0中去，使氣體壓強(qiáng)突然增高。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(guò)程。在 0°位置時(shí)（圖中 a），下轉(zhuǎn)子從泵入口封入 v0體積的氣體。當(dāng)轉(zhuǎn)到 45°位置時(shí)（圖中 b），該 腔與排氣口相通。由于排氣側(cè)壓強(qiáng)較高，引起一部分氣體返沖過(guò)來(lái)。當(dāng)轉(zhuǎn)到 90°位置時(shí)（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(shí)，上轉(zhuǎn)子也從泵入口封入 v0體積的氣體。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)到 135°時(shí)（圖中 d），上轉(zhuǎn)子封入的氣體與排氣口相通，重復(fù)上述過(guò)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(gè) v0體積的氣體。 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 3-1 工作過(guò)程 目前國(guó)內(nèi)外的羅茨泵，多數(shù)為臥式結(jié)構(gòu)，泵的進(jìn)氣口在上，排氣口在下， 這種臥式結(jié)構(gòu)重心低，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定性好。羅茨真空泵的兩個(gè)轉(zhuǎn)子是通過(guò)一 對(duì)高精度的齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)其相對(duì)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(dòng)機(jī) 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(dòng)多為直聯(lián)式的，大泵則有皮帶傳動(dòng)的。電動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)齒輪，多設(shè) 在轉(zhuǎn)子軸的兩側(cè)，安裝拆卸方便。主動(dòng)軸傳遞的扭矩較大，軸要有足夠的強(qiáng)度 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 和剛度，軸與轉(zhuǎn)子要固結(jié)牢靠。羅茨泵的密封很關(guān)鍵，主動(dòng)軸外伸部分、兩個(gè) 轉(zhuǎn)子的軸承與泵腔之間設(shè)有動(dòng)密封，泵腔與各端蓋設(shè)有靜密封。 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 羅茨泵泵腔內(nèi)無(wú)摩擦，轉(zhuǎn)子可高速運(yùn)轉(zhuǎn)，一般為 1500~3000r/min，而且不 必用油潤(rùn)滑，可實(shí)現(xiàn)無(wú)油清潔的抽氣過(guò)程。泵的潤(rùn)滑部位僅限于軸承和齒輪， 以及動(dòng)密封處。羅茨泵沒(méi)有往復(fù)運(yùn)動(dòng)不見(jiàn)，故可實(shí)現(xiàn)良好的動(dòng)平衡。因此，羅 茨泵運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速高，尺寸小可獲得大的抽速。 有關(guān)參數(shù)： 表 3-1 有關(guān)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(jì)算得，1.2thsVths/?sL/ （3）轉(zhuǎn)子相對(duì)長(zhǎng)度 ：選擇得，3.0lk （4）型線的質(zhì)量系數(shù) ：對(duì)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(qiáng)2u 度故取 65m/s （6）轉(zhuǎn)子的計(jì)算半徑 R： 3-1??mukslth15.020??? 取 R=0.112 （7）轉(zhuǎn)軸的計(jì)算頻率 n： 3-21296?su? 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 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 （8）軸旋轉(zhuǎn)頻率：選異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率 16.9??sn 故選用 Y132S1-2 Y 型異步電動(dòng)機(jī) 3.3 總體傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）總體傳動(dòng)比 ： 3-3i1290?wn （2）傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 Ⅰ軸： 3-4kP.30?min/0r 3-5NnT???1.829.35.900 Ⅱ軸： = 3-6齒???1 kw7.. 3-7min/29001rin 3-8NPT????78.91.5.9311 （3）故定最小軸徑 3-9????mdd 3~4.09.~80.~80?電 機(jī) 所以選取聯(lián)軸器軸孔 1?電 機(jī) d52? 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 3-3 聯(lián)軸器示意圖 3.4 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1）齒輪精度選擇 6 級(jí)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(qiáng)度設(shè)計(jì)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? 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 （10）查得齒輪的接觸疲勞極限 aHMP450lim?? （11）計(jì)算應(yīng)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(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1 3-12??aHNHMPs2583.0lim???? （14）計(jì)算齒輪分度圓直徑 3-13 ??m zuTKdHEadtt 036.1258.946.187.019623 243 21 ??????????????????????? （15）計(jì)算圓周速度 3-14sdnv /7.4063..6???? （16）計(jì)算模數(shù) 3-15mzmnt 2.1cos.1cos??? 3-16hnt 45.2.52.?? （17）計(jì)算縱向重合度 3-17 08.41tan6318.0ta318.0???????zd （18）計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) ，6 級(jí)精度，查得動(dòng)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 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 查得 1.?FaHK 故載荷系數(shù) 3-1976.130.25.???aVA （19）按實(shí)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(jì)算模數(shù) nm 3-21mzzdn 49.2cos.8cos?????? 3.4.2 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1）根據(jù)縱向重合度 查得螺旋角影響系數(shù)??92.0??Y （2）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) 3-2275.691cos3321 ???zzv （3）查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)并計(jì)算 ??FSaY? 24.?FaY75.1Sa 3-23??09.8??FS? （4）設(shè)計(jì)計(jì)算模數(shù) nm 3-24????786.0159.08.461cos92.7.2 cos3 2321 ????????FSaadn YzYKT???? 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的發(fā)面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 沈陽(yáng)建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 計(jì)算的發(fā)面模數(shù)所以取 已可滿足彎曲強(qiáng)度。需按接觸疲勞強(qiáng)度算得mn5.2? 的分度圓直徑 來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由d.168 3-2504.65.21coscos???nmz? 取 Z