毕业设计（论文）旋片泵的研究与设计

1、旋片泵的研究与设计目录：1、 摘要 2、 正文： 第一章-绪论 第二章-旋片泵的结构原理简介 第三章-典型旋片泵的介绍 第四章-旋片泵的设计和改进 第五章旋片泵的用途 第六章-注意事项 第七章-结论与展望3、 参考文献摘要旋片真空泵是利用转子和可在转子槽内滑动的旋片的旋转运动以获得真空的一种变容机械真空泵。当采用工作液来进行润滑并填充泵腔死隙，分隔排气阀和大气时，即为通常所称的油封旋片真空泵。无工作液时，即为干式旋片真空泵。关键词: 真空泵, 旋片,受力分析abstractxuan slice vacuum pump is make use of to turn son with can in

2、 turn the son slot glide of revolve of xuan slice sport with acquire vacuum of 1 kind change to permit machine vacuum pump. when adoption work liquid to carry on lubricate and fill pump chamber dead xi, box off a row spirit valve and atmosphere, is usually call of oil seal xuan slice vacuum pump. ha

3、ve no work liquid, is stem type xuan slice vacuum pump.key words: vacuum pump, rotary vane, stress analysis 第一章 绪论旋片式真空泵（简称旋片泵又称旋叶泵）是一种利用转子和可在转子槽内滑动的旋片的旋转运动以获得真空的一种变容机械真空泵。现代常见的旋片泵中存在着体积大、重量重、噪音高、起动不方便、润滑不良、发热量大等缺点，直接限制了旋片泵的使用，影响了企业发展。为了更好的改变旋片泵的使用性能，为我国的社会建设发展做贡献，我们不得不采取多种方式对旋片式真空泵进行改造。以利于我们社会需求的发展

4、，从而带动其他产业的更好更快的前进，实现科学发展的目标。因而，我们对旋片式真空泵进行了初步的研究，并整理出旋片泵的设计与改进趋势这篇文章，对旋片式真空泵的发展提出了一些建议。希望能对我国的真空泵领域有所帮助。 在油封旋片真空泵中，国内习惯上称皮带传动的为旋片式真空泵，而把泵与电机直接连接或用联轴器连接的称为直联旋片真空泵。在每种泵中，又有单级和双级之分。在单级泵中，由于选用的结构形式和参数不同，泵的极限压力和用途也不同。 其工作压强范围为1013251.3310-2（pa）的属于低真空泵。它可以单独使用，也可以作为其它高真空泵或超高真空泵的前级泵。它已广泛地应用于冶金、机械、军工、电子、化工、

5、轻工、石油及医药等生产和科研部门。它们的共同特点是结构较简单，使用方便，能从大气压力下起动，可直接排人大气，偏心质量较小，维护简便，双级泵的极限压力为610-2l10-2pa，一种单级泵可达4pa左右，另一种单级泵为50200pa左右。旋片泵可以抽除密封容器中的干燥气体，若附有气镇装置，还可以抽除一定量的可凝性气体。但它不适于抽除含氧过高的，对金属有腐蚀性的、对泵油会起化学反应以及含有颗粒尘埃的气体。 第二章 旋片泵的结构原理简介2.1旋片泵的概述旋片式真空泵（简称旋片泵）是一种油封式机械真空泵。其工作压强范围为1013251.3310-2（pa）属于低真空泵。它可以单独使用，也可以作为其它高

6、真空泵或超高真空泵的前级泵。它已广泛地应用于冶金、机械、军工、电子、化工、轻工、石油等生产和科研部门。旋片泵可以抽除密封容器中的干燥气体，若附有气镇装置，还可以抽除一定量的可凝性气体。但它不适于抽除含氧过高的，对金属有腐蚀性的、对泵油会起化学反应以及含有颗粒尘埃的气体。 旋片泵是真空技术中最基本的真空获得设备之一。旋片泵多为中小型泵。旋片泵有单级和双级两种。所谓双级，就是在结构上将两个单级泵串联起来。一般多做成双级的，以获得较高的真空度。旋片泵的抽速与入口压强的关系规定如下：在入口压强为1333pa、1.33pa和1.3310-1（pa）下，其抽速值分别不得低于泵的名义抽速的95、50和20。

7、 如下图为旋片泵的工作原理示意图，旋片泵主要由泵体、转子、旋片、端盖等组成。在旋片泵的腔内偏心地安装一个转子，转子外圆与泵腔内表面相切（二者有很小的间隙），转子槽内装有带弹簧的二个旋片。旋转时，靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触，转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动。 两个旋片把转子、定子内腔和定盖所围成的月牙型空间分隔成a、b、c三个部分，当转子按图示方向旋转时，与吸气口相通的空间a的容积不断地增大，a空间的压强不断的降低，当a空间内的压强低于被抽容器内的压强，根据气体压强平衡的原理，被抽的气体不断地被抽进吸气腔a，此时正处于吸气过程。b腔的空间的容积正逐渐减小，压力不断地增大，此

8、时正处于压缩过程。而与排气口相通的空间c的容积进一步地减小，c空间的压强进一步的升高，当气体的压强大于排气压强时，被压缩的气体推开排气阀，被抽的气体不断地穿过油箱内的油层而排至大气中，在泵的连续运转过程中，不断地进行着吸气、压缩、排气过程，从而达到连续抽气的目的。如果排出的气体通过气道而转入另一级（低真空级），由低真空级抽走，再经低真空级压缩后排至大气中，即组成了双级泵。这时总的压缩比由两级来负担，因而提高了极限真空度 排气阀浸在油里以防止大气流入泵中，油通过泵体上的间隙、油孔及排气阀进入泵腔，使泵腔内所有运动的表面被油覆盖，形成了吸气腔与排气腔的密封，同时油还充满了一切有害空间，以消除它们对

9、极限真空的影响。 旋片泵工作原理图 1-泵体;2-旋片;3-转子; 4-弹簧;5-排气阀 双级旋片式真空泵由两个工作室组成，两室前后串联，同向等速旋转，室是低真空级，室是高真空级，被抽气体由进气口进入室，当进入的气体压力较高时，气体经室压缩，压强急速增大，被压缩的气体不仅从高级排气阀排出，而且经过中壁通道，进入室，在室被压缩，从低级排气阀排出；当进入室的气体压力较低时，虽经室的压缩，也推不开高级排气阀排出，气体全部经中壁通道进入室，经室的继续压缩，由低级排气阀排出，因此双级旋片式真空泵比单级旋片式真空泵的极限真空高。 双级旋片式真空泵工作原理图1- 高级排气阀;2-通道;3-低级排气阀第三章

10、典型旋片泵的介绍1、结构简图 2、结构说明 2x系列旋片式真空泵，其结构是利用偏心地装在定子腔内的转子和在转子槽内滑动的借弹簧张力和离心力紧贴定子内壁的两块旋片，将定子分隔成二个工作腔，旋片一边容积不断扩大将气体吸入，另一边容积不断缩小，气体压缩达到大气压力时通过排气阀排出，上述操作每转重复二次。2x型旋片式真空泵为双级结构，当吸入压强较高时，高低级腔可同时排气，吸入压强较低时，气体由吸气口进入高级腔，经压缩后通过中壁内气道进入低级腔，再次压缩后，从低级排气阀排出。当泵带有气镇阀时，允许抽除含有少量水蒸气等可凝性蒸气的气体。2x-2a、4a、8a、8、15泵为上下偏心结构，高低级转子采用凸凹槽

11、联结的转动形式。2x-30a、70a泵为侧偏心结构，低级转子套在高级转子轴上的转动形式，并采用泵壳内通冷却心，冷却具有泵温低，极限总压力低的特点。3、用途和使用范围 3.1、2x型泵是用来对密封容器抽除气体获得真空的基本设备之一。可单独使用，也可作为增压泵、扩散泵、分子泵等的前级泵。可用于真空冶炼、真空焊接、真空浸渍、镀膜、真空浇铸、真空干燥以及化工制药，电真空器件等工业的真空作业。 3.2、泵可在环境温度540范围内和进口压强小于1330pa的条件下，允许长期连续工作。 3.3、泵不适用于抽除含氧过高、有毒的、有爆炸性的、对金属有腐蚀作用的、对泵油起化学反应的，以及含有颗粒尘埃的气体，也不适

12、用于把气体从一个容器输送到另一个容器，作输送泵用。 3.4、泵在6000pa的大气压的进口压强下的连续工作时间不得超过3分钟，以免喷油或润滑不良引起泵损坏。4、型号及主要技术指标型号: krs 6型5、外形尺寸 6、特性曲线第四章 旋片泵的设计和改进 由于krs 6存在的容易漏油,漏水以及油压不稳定等缺陷,经过一番修改,将其.改进为无油旋片真空泵1、 材料选用 旋片是旋片真空泵的不可缺少的关键零件,选用何种材料很重要,若材料选用合适,能大大提高该泵的使用寿命. 此泵选用的旋片材料是石墨,石墨是碳的同素异形体,是一种优良的自润滑材料.它还具有优良的导热性,耐热性及较低的线膨胀系数.由于高纯度的石

13、墨是多孔性的,密度较小,机械强度低,为提高其机械强度及耐磨性能,在石墨中浸渍金属如铅基等.2、 泵腔形线 由于泵的旋片与定子之间摩擦与磨损增大，泵的温升增高，所以改善旋片泵的旋片与泵腔之间的摩擦、磨损与润滑是研制性能良好的直联旋片泵的关键。通过弹性流体动力润滑理论的分析计算发现现有泵旋片与泵腔间的运动不合理，使旋片与转子及泵腔间的磨损较严重，难以找到合适的润滑状况，导致高速旋片泵温升增加。而解决磨损的办法就是使旋片在旋转过程中始终保持长度不变。而目前的正圆形泵腔是无法办到的。由理论上可以提出一种包络线的定子泵腔型线，这种型线是一条与一系列圆心在轴对称的曲线上的包络圆外侧相切的包络线。当然，这种

14、型线的加工工艺比正圆形型线要麻烦些，但它多花的代价可以从改善泵的性能中得到补偿。这样的泵，振动、噪音、温升、磨损均会减少很多。3、 改进设计 3.1 排气量计算根据文献1,泵的排气量()由下式确定: (1)其中c由下式确定: (2)式子中,c为面积利用系数, 为排气量, ;l 为转子有效长度,m;n为电机转速,r/min; z 为旋片数量.把参数表中的参数代入(2)式,计算出c=1.5, =653 l/min.泵的容积效率3.2旋片真空泵吸,排气口的位置和大小真空泵吸,排气口的大小和位置,对泵的性能有很大影响.排气口距上切点越近,排气口定位角越小,有害空间就越小,极限真空度就越高,并且泵的噪音

15、也相应降低;但是排气口定位角不能太小,否则将造成吸, 排气口之间的密封弧缩短,不利于密封;另外排气口定位角的取值还应考虑旋片数等因素.本设计取排气口定位角为23. 吸气口的位置与c,吸气时间,通道气阻等有关,它直接影响泵的抽气性能.吸气口定位角主要受扇形容积中气体膨胀的饿一向,但容积增大时,原来留在其中的高压气体膨胀,压力降低;当压力恰好降到吸气口压力时,立即与吸气口相通,否则会发生膨胀不足或膨胀过度的问题.据此可计算吸气开始位置,吸气口定位角的计算值约为37. 排气口的大小对泵的噪音影响很大,排气口小则噪音小,反之则大;但排气口过小,排气压力就会增大,功率消耗就会增加,因此吸排气口的大小一定

16、要合适.吸排气口的大小由气体流速决定,一般允许流速为1530 m/s.此泵原油的排气速率v=560 l/min;吸排气口径为20 mm,则气体的流速wei 29.7 m/s.所以吸排气口的带是合适的.3.3 影响旋片真空泵极限真空度的因素 泵入口端经充分抽气后所达到的最底稳定压强值为该泵的极限真空度为 450 mmhg.影响此旋片真空泵极限真空度的因素很多,但主要有以下几个因素. 3.3.1 转子与泵腔在上切点的间隙转子与泵腔在上切点的间隙应选取合适值,若间隙过大,气体在压缩时容易从排气腔进入到吸气腔,使泵的极限真空度 上不去;间隙大小的选取原则是应大于工作时零件因温升致使尺寸的增加量.根据这

17、个原则把该泵转子与泵腔在上切点的间隙值定为0.03mm.3.3.2 泵的温度工作时旋片与泵腔内壁之间会发生剧烈的摩擦,产生大量的摩擦热,引起泵温升高,致使泵腔内气体的饱和蒸汽压增加,密封性能降低,从而大大影响了泵的抽气性能和极限真空度.为此泵采用风冷和散热片相结合的冷却方式,保证了该泵的工作性能.4. 旋片运动和受力分析4.1 旋片运动分析.真空泵旋片的运动方式比较复杂.运转时旋片在转子槽中相对于转子作变速直线运动.而转子相对于泵腔做匀角速转动,旋片顶部与泵腔壁接触点的绝对运动为变速圆周运动,整个旋片做平面复合运动.下图2为旋片真空泵斜置选片的机构示意图(为建立坐标系方便把转子与泵腔切点沿逆时

18、针方向旋转90根据机械原理得: (3)由理论力学可知,旋片g点的绝对加速度为: (4) 其中 : (5)式中, 为g点的绝对加速度, 为a点的绝对加速度, 为与的夹角; 为x轴与的夹角; 为x轴与过点的旋片滑动方向所做的垂线的夹角; 为g点相对与a点的加速度/4.2 旋片的受力分析4.2.1 主动力 包括由于运动加速度而产生的惯性力及不同的气体压力作用于旋片两侧产生的气体力,根据牛顿惯性定律得: (6) (7 ) 其中: (8) (12 ) (13)式中, 为摩擦系数, 为摩擦角; 为旋片滑动方向与夹角; 为与的夹角.4.2.3 摩擦力 转子槽对旋片的摩擦力 和.方向沿转子槽且与旋片运动方向相

19、反,并且规定旋片做缩回运动时取正值,旋片作伸出运动时取负值.5). 旋片真空泵旋片斜置距的确定 旋片斜置的主要目的:减少旋片顶部摩擦力对旋片沿转子槽运动的阻碍;增加转子槽的深度,保证旋片在转子槽内有足够的导向长度;改善旋片的受力情况,提高承载力. 旋片的受力可近似作为一简支外伸梁.泵在运转的过程中,旋片仅在压缩区域具有压差,在其他区域可认为是零. 由理论力学力矩方程可推得: (14) 由式(3)和(12) 可得: (15) 式中,d为斜置距 可以看出,斜置距受多个参数的影响,是一个综合兼顾的树枝数值.由于影响旋片受力分的因素很多,摩擦系数也不可能为定值.利用推导的运动和受力的各函数关系式子,即

20、可求得最佳d值.计算得到d=22.05 mm.第五章 注意事项1、安装说明 (1)、泵应安装在地面结实坚固的场所，周围应留有充分的余地，便于检查、维护、保养。 (2)、泵底座下应保持地基水平，底座四角处建议垫减震橡皮或用螺栓浇制安装，确保泵运转平稳，振动小。 (3)、泵与系统的连接管道应密封可靠，对小泵可采用金属管路连接密封垫采用耐油橡胶，对小泵可采用真空胶管连接，管道管径不得小于泵吸气口径，且要求管路短而少弯头。（焊接管路时应清除管道中焊渣，严禁焊渣进入泵腔。） (4)、在连接管路中，用户可在泵进气口上方安装阀门及真空计，随时可检查泵的极限压力。 (5)、按电动机标牌规定连接电源，并接地线和

21、安装合适规格的熔断器及热继电器。 (6)、泵通电试运转时，须取下电机皮带，确认泵转向符合规定方向方可投入使用，以防泵反转喷油。（转向按防护罩指示方向） (7)、对于有冷却水的泵，按规定接通冷却水。 (8)、如泵口安装电磁阀时，阀与泵应同时动作。 (9)、当泵排出气体影响工作环境时，可在排气口装接管道引离或装接油雾过滤器。 2、使用说明 (1)、关闭泵上方的阀门 (2)、有冷却水的泵接通冷却水。 (3)、近规定转向手盘皮带轮数圈，把泵腔内的油排入油箱内，确保启动不易喷油。（特别在冬季，油粘大，启动负荷大，故请注意）。 (4)、启动电动机，泵开动运转，观察油窗，检查油位。油位应在油标中心，油位偏高

22、，会造成喷油；油位偏低，会造成润滑不良，泵极限压力达不到出厂指标。加油、放油位置详见泵指示牌。缓慢打开泵上方的阀门，系统开始工作。泵不工作时，油窗内几乎看不到油，都进入泵体内，油位以泵运转时为准。 (5)、冷却水的进水温度以不超过30为宜，进出水温差以不超过3为宜。 (6)、当环境温度低于5时，应将泵油放出加热到15-30后加入泵内启动工作。 (7)、泵温以油温减去环境温度不超过40为宜，否则应加强通风散热或增加冷却水流量。 (8)、进气温度高于40而使泵温过高时，须采取措施冷却气体。 ( 9)、当吸入气体对泵油或泵有影响时，在泵口前应装一个合适的过滤装置。 (10)、当泵抽除含有少量可凝性气

23、体时，启动泵时应打开气镇阀工作半小时，可延长泵油使用时间。 (11)、当泵抽除含有颗粒、尘埃的气体时，在泵口前应装一个合适的过滤器。 (12)、关泵前，应先关闭泵上方的阀门与系统隔绝，然后停泵，再拧紧气镇阀，以防漏油，最后关闭冷却水。冬季有冻结的场合应放净泵内冷却水，以防泵腔冻裂。 注：本泵的极限压力是指泵不接任何容器，泵温达到稳定，用压缩式真空计在泵口测得的稳定的最低分压力。极限总压力仅供参考。一般情况，单泵运转半小时将达到极限压力。3、维护和保养 (1)、经常检查油位位置，不符合规定时须调整使之符合要求。以泵运转时，油位到油标中心为准。 (2)、经常检查油质情况，发现油变质应及时更换新油，

24、确保泵工作正常。 (3)、换油期限按实际使用条件和能否满足性能要求等情况考虑，由用户酌情决定。一般新泵，抽除清洁干燥的气体时，建议在工作100小时左右换油一次。待油中看不到黑色金属粉末后，以后可适当延长换油期限。 (4)、一般情况下，泵工作2000小时后应进行检修，检查桷胶密封件老化程度，检查排气阀片是否开裂，清理沉淀在阀片及排气阀座上的污物。清洗整个泵腔内的零件，如转子、旋片、弹簧等。一般用汽油清洗，并烘干。对橡胶件类清洗后用干布擦干即可。清洗装配时应轻拿轻放小心碰伤。 (5)、有条件的对管中同样进行清理，确保管路畅通。 (6)、重新装配后应进行试运行，一般须空运转2小时并换油二次，因清洗时

25、在泵中会留有一定量易挥发物，待运转正常后，再投入正常工作。 (7)、本系列泵油采用sy1634-70 1#真空泵油。4、常见故障及消除方法(1)、泵不转。情况不明不能先开泵，以免加重故障。用手能盘动和不能盘动。 a、泵能盘动而不转。原因可以是联轴器故障；皮带打滑；电机接线有误；电机损坏；电源没电等。 b、不能盘动或盘起来很重的，原因可以是因为起动泵温太低，泵油粘度太高；设计制造原因的停泵返油太多。油位太高引起的停泵返油太多（加油太多，或有水汽在泵中凝结，或在排气管中凝结的水流回泵中）；有异物在泵内（进气管中的焊渣、氧化物；旋片弹簧等泵零件的碎屑）；旋片变形卡住；发生了咬合（铜套、转子、中壁、泵

26、盖、定子、轴承）。 (2)、泵温太高。指低级排气阀附近测得的最高油温超过使用说明书规定值。由于泵温升高会使泵油粘度大幅下降，并使用权泵油的饱和蒸汽压升高，使泵的极限压力升高和抽气效率下降；使橡胶件容易老化；热膨胀使运转的可靠性。泵温太高的原因可以是泵环境温度太高，进气温度太高，进气冷却装置失效，泵长期连续运转入中压力太高；水冷泵冷却水量不足，循环水设计效果不佳；温控水量调节阀失效等。 (3)、漏油。可以发生在轴封，油箱与泵零部件的密封面，放油塞、油标、油孔闷头、定子部件与支座的通孔连接处，气镇阀（例如2x-8）等部位。可由密封件老化，安装不当，损坏失效，表面不平整、有杂质、粗糙和铸件疏松等引起

27、。如果停泵后返油，油会进入气镇阀，不关气镇阀可能会漏油。 自制橡胶垫时，一定要用耐油橡胶，要按照原设计形状，密封面太大时压不紧会漏油。(4)、漏水。可以发生在水管头，水套闷盖平面，放水孔螺塞，放水阀等处，水套钻穿，铸件缺陷，冻裂，也可能导致漏水。 (5)、最大功率超标。可由长期连续工作入口压力太高、排气压力太高、杂物进入发生咬合、泵温太高、旋片等配合间隙太小、电压太高、泵液返入泵内太多等引起，会使电机损坏。应尽量避免在最大功率附近长期连续运转。如果表面有沉积物，要定期拆开清除。 (6)、极限压力不过标。可由外漏、内漏、油孔堵塞、泵油质量不良或污染变质、有水汽等到可凝性物质、仪器仪表失真、泵运转

28、不正常等引起。 外漏较多时、排气口可看白色蒸汽。油标处有较多气泡，手在排气口上感到排气压力。低级排气阀处油面有较多气泡。功率会有所增加。这时，首先应检查气镇阀是否已关好。由于新泵出厂每台都在泵口测极限压力，所以如有外漏现象，应对泵口及管道、阀门、容器逐一检查。外轴封失效、油杯无油、油孔闷头漏气也可造成外漏。内漏可由泵内的运动间隙、排气阀等平面、排气阀的密封面、内轴封、泵盖平面、进气管、气镇阀密封件等引起磨损、腐蚀、咬合会使运转间隙加大。油孔阻塞时，打开加油孔听，泵的噪声会较轻，在油箱密封良好的情况下，如果手在排气口上有被吸的感觉，排气阀可能失效。 如果泵油清洁，长期存放未用，可开气镇阀净化泵内

29、水汽。若无效，要检查仪表。若泵油发黄发白已乳化，可全开气镇，调大气镇量净化运转，必要时可在泵口放入适量气体运转，可加快净化过程。若抽入其他挥发性气体或液体，要及时换油，必要时请洗油箱。有些泵，在级间气道里会沉积泵液，为取得好的换油效果，要设法把沉积泵液排出第六章 旋片泵的用途1.单级旋片式真空泵：广泛地应用于机械、化工、食品、医疗器械、印刷、图书装订、 照加工业、相制版、吸塑成型、冶金、军工、电子、轻工、真空干燥、食品真空包装、溶剂气体回收、二氧化碳气体回收、真空成形、真空浓缩、真空脱泡、中央真空系统、真空热处理、石油及医药生产和科研部门。2.双级旋片真空泵：可以广泛用于冰箱、空调机、灯泡、日光灯、瓶胆生产和电子、冶金、医药、化工、滤油机、印刷机械、包装机等工业，可作为扩散泵、罗茨泵、分子泵等的前级泵，供电子仪器、医疗仪器等配套和实验研究应用。由于直联泵没有皮带摩擦的粉尘的污染