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畢業(yè)設計(論文)開題報告 題目：LZG-30單頭螺桿型干式真空泵的建模和仿真 系 別 機電系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 姓 名 學 號 導 師 2012年12月18日 -  1. 畢業(yè)設計綜述 （一）：課題研究的目的和意義 隨著科學技術的發(fā)展，真空技術越來越廣泛的應用在國民經濟的各個領域之中。真空技術的應用，必須以性能優(yōu)良的真空泵為前提。隨著高新技術尤其是IT行業(yè)的飛速發(fā)展，給真空行業(yè)也拓展了更為寬闊的發(fā)展空間。同時對清潔的、環(huán)保的、無油的真空獲得設備需求越來越大，無油真空泵的市場前景也越來越好。國外無油螺桿泵以被廣泛應用，國內還處于研制階段，因此國內無油螺桿真空泵具有廣泛的發(fā)展?jié)摿褪袌觥? 總體來說，通過本課題我們可以對螺桿型真空泵的設計、發(fā)展趨勢以及各種相關的基本原則做出更詳細的分析和判斷。 （二）：課題研究的背景 干式螺桿真空泵是干式泵家族中的一員。所謂干式真空泵，一般認為是能在大氣壓到10-2Pa的壓力范圍內工作；在泵的抽氣流道中，不能使用任何油類和液體，排氣口與大氣相通，能直接連續(xù)向大氣中排氣的泵，也稱無油真空泵。干式真空泵在抽氣流道內無任何液態(tài)工作介質或密封介質，從根本上解決了油封式真空泵引發(fā)的各種問題。 螺桿式真空泵特點如下：[2] 可靠性高。螺桿式干式真空泵零件部件少，沒有易損件，因此他運轉可靠壽命長。 操作維護方便 動力平衡性好。螺桿式真空泵沒有不平衡的慣性力，機器平穩(wěn)地高速運行。 適應性強。螺桿式真空泵具有強制輸氣的特點，在寬廣的壓力范圍內能保持較高的抽速，排氣量幾乎不受排氣壓力影響。 多項混輸。由于螺桿式真空泵轉子齒面留有微小間隙，因而可抽除腐蝕性、有毒、含有粉塵、可凝性蒸汽等多種氣體。 然而我國一些公司正在使用的螺桿型干式真空泵均是從國外進口，價格非常昂貴，所以應用并不廣泛，造成這一現象的主要原因由于螺桿轉子型線比較復雜，加工難度大，需用特制刀具在專用機床上進行加工，另外，對螺桿干式真空泵體的加工精度也有較高的要求，而國內的加工水平目前還難以達到這個水平。螺桿干式真空泵廣泛應用于電子、核能、化工、醫(yī)藥、食品工業(yè)等領域。在半導體工業(yè)中用于生產芯片、制造液晶顯示器、蝕刻、生產PLASMA的CAD制程。在核工業(yè)中用于反應堆及核工業(yè)真空獲得；化工上用于真空蒸餾及溶劑萃取高效回收溶劑，在脂肪酸生產中用來消除水污染，清除噴射器中的阻塞物；醫(yī)藥工業(yè)中用于回收藥物及其藥物中間體，為人造器官生產提供清潔無菌條件；食品工業(yè)中用于香料、香精濃縮、食品包裝等。[1]應用范圍極為廣泛。且干泵的種類很多，目前已開發(fā)出來的有爪型泵、渦旋泵、往復活塞泵、螺旋泵等。 （三）：國內外研究現狀及發(fā)展趨勢 自從第一臺工業(yè)上可運行的干式泵1984年在日本運行以來，許多無油真空泵如雨后春筍般迅速發(fā)展起來，其中日本、美國、法國、德國最為先進。美國Varain公司生產的DVP系列產品，其真空度可達到10-2Pa,這是目前報道的單級干式真空泵中真空度最高的產品之一。而德國Sterling SIHI公司在1997年研制成功的SIHIdry是世界上第一臺真正意義上的干式真空泵，他能滿足流程工業(yè)中最苛刻的要求，該產品榮獲“1998年年度技術革新獎”。以上兩種真空泵均于沿轉子長度上填充聚四氟乙烯用作密封以保持良好性能，他們同時也是無油真空泵的典型產品。[3] 國外關于螺桿干式真空泵研究有許多內容。英國Rietschle有限公司根據螺桿式壓縮機原理設計出了一種雙螺桿式真空泵，采用了許多新技術，并已形成批量生產，該公司已成為時間低壓與真空技術中的領軍人物之一。美國Tuthill真空設備有限公司2002年推出一款用于氣體處理的新型Kinney干式螺桿真空泵，該KDPH-120型螺桿式真空泵采用可變嚙合設計，比其他類TJ的真空泵耗能減少約30%。普旭是全球最有影響力的真空設備制造商之一，為客戶提供了數量眾多真空泵及真空系統。普旭BUSCH的無油螺桿真空泵系列于2003年通過了應用材料公司美國實驗室測試。應用材料公司在美國實驗室將普旭BUSCH的無油真空泵系列與其設備安裝在一起進行測試，經過一年檢測，結果證明普旭真空泵系列與其設備結合測試的效果最好。之后普旭又于2004年推出了表明經過特殊強化的螺桿型真空泵系列，可以抵抗目前已知的絕大多數活潑氣體的腐蝕。全球領先的真空和尾氣處理技術的生產廠商Edwards公司發(fā)布一系列在苛刻的化學、石化和制藥工藝過程中提供出色真空性能的全新干泵設備。易于使用的CXS泵采用尖端的錐形螺桿技術，具有卓越的可靠性，而且安裝簡單、環(huán)保并提供改進的液體和固體處理能力。因此，這些設備的運行成本符合經濟原則，且用戶可以優(yōu)化其真空工藝，并最大限度地降低總體購置成本。[4]另外還有其他一些文獻對螺桿型真空泵的性能方面進行了較多的研究。 國內，有關螺桿型真空泵的研究文獻很少，只有上海博匯真空設備有限公司的周寶洪研制了一種干式真空泵[5]，并申請了專利，但是并未見有成品報道。我國在螺桿轉子型線設計方面很欠缺，生產泵的自動化程度不高，精度也不高，只能依賴進口。 2. 本課題研究的主要內容和采用的研究方案、研究方法或措施 與螺桿式壓縮機類似， 如下圖所示： 螺桿式真空泵的工作過程可分為吸氣、壓縮和排氣三個過程。隨著轉子的旋轉，每對相互嚙合的齒相繼完成相通的工作循環(huán)，現在以一齒來說明。 吸氣過程 螺桿真空泵的吸氣過程。陽轉子逆時針方向旋轉，陰轉子按順時針方向旋轉。下方轉子端面是吸氣端面，上為排氣端面。吸氣過程即將開始的轉子位置。在這一刻，這一對轉子前端的型線完全嚙合，且即將與吸氣口連接。隨著轉子開始轉動，由于齒的一端逐漸脫離嚙合形成了齒間容積，這個齒間容積又僅與吸氣口連通，因此氣體便在壓差作用下流入其中。在隨后的轉子旋轉過程中，陽轉子齒的齒槽中脫離出來，齒間容積不斷擴大，并與吸氣孔保持連通。吸氣過程結束時，其最顯著的特點是齒間容積達到最大值。隨著轉子的旋轉，所研究的齒間容積不會再增加。齒間容積在此位置與吸氣孔口斷開，吸氣過程結束。 壓縮過程 螺桿泵的壓縮過程。轉子于端面是排氣端面。在這里，陽轉子沿順時針方向旋轉，陰轉子沿逆時針方向旋轉。下方端面為吸氣端面，上方為排氣端面。 螺桿泵壓縮過程即將開始時的轉子位置。此時氣體被轉子齒和機殼包圍在一個封閉的空間中，齒間容積由于轉子齒的嚙合就要開始減小。 隨著轉子的旋轉，齒間容積由于轉子齒的嚙合而不斷減小。被密封在齒間容積的氣體被占據體積也隨之減小，導致壓力升高，從而實現氣體的壓縮過程，壓縮過程可一直持續(xù)到齒間容積即將于排氣孔口連通之前。 排氣過程 螺桿泵的排氣過程。齒間容積與排氣孔口連通后，即開始排氣過程。隨著齒間容積的不斷縮小，具有排氣壓力的氣體逐漸通過排氣孔口被排出。這個過程一直持續(xù)到齒末端的型線完全嚙合，此時，齒間容積內的氣體通過排氣孔口被完全排出，封閉的齒間容積的體積變?yōu)榱恪? 從上述工作原理可看出，螺桿型干式真空泵是一種工作容積作用回轉運動的容積式機械真空泵。氣體的壓縮依靠容積的變化來實現，而容積的變化又是借助螺桿泵的一對轉子在機殼內做回轉運動來達到的。他的工作容積在周期性擴大和縮小的同時，其空間位置也在變更。 兩轉子示意圖 3. 本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 1. 確定螺桿轉子參數，計算極限真空度，設計螺桿結構。 2. 擬定真空泵的裝配圖。 3. 根據上述問題提出多種可能的設計方案，對各方案進行評價優(yōu)選獲得最佳設計方案。結合設計方案，進行相關分析、計算，包括關鍵零件或結構的計算、校核，確定主要零部件的結構；繪制出裝配圖，根據裝配圖，拆畫主要零件的零件圖。 4. 完成本課題的工作方案及進度計劃 進度安排（1）調研、收集資料并完成開題報告--3周 ；（2）熟悉Pro-e設計開發(fā)工具和確定總體設計方案--4周；（3）LGZ-30單頭螺桿型干式真空泵及結構方案詳細設計并完善--4周； （4）完成外文翻譯、中期報告--1周； 5）設計計算并完成零件圖、裝配圖--3周；（6）整理資料、撰寫畢業(yè)論文、準備答辯--2周。 5．指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導教師： 年 月 日 6.所在系審查意見 系主管領導： 年 月 日 參考文獻 [1] 董鋪.干泵.21世紀照耀真空工業(yè)的新星[J],真空，1997 [2] 徐成海等，干式螺桿機械真空泵及其應用[J]，真空電子技術，2002 [3] 江浩，新取真空技術-干式真空泵，通用機械，2003年第9期 [4] 創(chuàng)新的化學干式真空泵，中國科學儀器網編輯，2011年12月21日 [5] 周寶洪，干式螺桿真空泵的螺桿設計與計算，真空，2001年6月第3期 [6] 何云信. 容積式真空泵結構形式的探討. 廣西大學， 2002.（02） [7] 王鑫. 螺桿型干式真空泵參數化軟件的開發(fā). 東北大學， 2002.（02） [8] 李錦云，杜經民，李寶仁. 基于真空泵的正負壓連續(xù)控制系統. 2005. (12) [9] 江浩. 新型真空技術——干式真空泵. 通用機械， 2003.（09） [10] 王寶民. 真空泵運行優(yōu)化的探究. 華北電力技術, 2010. (08) [11] 姜燮昌. 真空泵的計算. 通用機械， 2005.（02） [12] 諶乾坤. 干式真空泵的優(yōu)化選擇. 集成電路應用, 2004. [07] [13] Kisu Im.Screw Vacuum Pump. UK Patent Application,2,292,589 . 1996 [14] Masashi Yoshimura.Vacuum Pump. US Patent,US2004/0258551A1. 2004 [15] M. H. Hablanian.The emerging technologies of oil-free vacuum pumps, J. Vae.Sci.Technol.A. 1988 - 6