螺桿真空泵理論與應用

第1章 緒論 001 
1.1 真空泵分類 001
1.2 干式真空泵概述 003
1.2.1 傳統(tǒng)干式真空泵 004
1.2.2 渦旋式真空泵 005
1.2.3 爪式真空泵 007
1.2.4 多級羅茨真空泵 010
1.3 螺桿真空泵原理與特點 012
1.3.1 原理 012
1.3.2 特點 013
1.3.3 基本計算 014
1.4 螺桿真空泵的應用領域與發(fā)展現(xiàn)狀 016
參考文獻 018
第2章 螺桿真空泵轉(zhuǎn)子型線的基礎理論 019 
2.1 轉(zhuǎn)子型線基礎概念 019
2.1.1 轉(zhuǎn)子型線的三種表征方法 019
2.1.2 螺桿真空泵轉(zhuǎn)子型線的特征與構成 020
2.2 轉(zhuǎn)子共軛嚙合原理 021
2.2.1 坐標系建立與坐標變換 021
2.2.2 共軛曲線求解方法 023
2.3 求解共軛曲線示例——雙擺線 024
2.4 求解共軛曲線示例——阿基米德螺線 026
2.5 端面型線與軸面型線轉(zhuǎn)換 028
2.6 理論型線與實際型線 031
參考文獻 033
第3章 常用螺桿真空泵轉(zhuǎn)子基本型線 034 
3.1 梯形齒螺桿轉(zhuǎn)子 034
3.1.1 梯形齒轉(zhuǎn)子端面型線概述 034
3.1.2 梯形齒轉(zhuǎn)子端面型線直角坐標系方程 035
3.1.3 梯形齒轉(zhuǎn)子端面型線極坐標系方程 036
3.1.4 梯形齒轉(zhuǎn)子軸面型線柱坐標系方程 037
3.1.5 梯形齒轉(zhuǎn)子端面型線的抽氣面積計算 038
3.2 對稱矩形齒螺桿轉(zhuǎn)子 039
3.2.1 對稱矩形齒轉(zhuǎn)子端面型線概述 039
3.2.2 對稱矩形齒轉(zhuǎn)子端面型線直角坐標系方程 040
3.2.3 對稱矩形齒轉(zhuǎn)子端面型線極坐標系方程 042
3.2.4 對稱矩形齒轉(zhuǎn)子軸面型線柱坐標系方程 042
3.2.5 對稱矩形齒轉(zhuǎn)子端面型線的抽氣面積計算 043
3.3 非對稱矩形齒螺桿轉(zhuǎn)子 043
3.4 等齒頂寬變螺距螺桿轉(zhuǎn)子 045
3.4.1 普通變螺距螺桿轉(zhuǎn)子存在的問題 045
3.4.2 等齒頂寬轉(zhuǎn)子端面型線 045
3.5 錐形螺桿轉(zhuǎn)子 047
3.5.1 錐形轉(zhuǎn)子概述 047
3.5.2 錐形轉(zhuǎn)子端面型線 049
3.5.3 錐形轉(zhuǎn)子抽氣容積的計算 049
3.6 雙頭轉(zhuǎn)子型線 051
3.7 轉(zhuǎn)子型線的局部修正 054
參考文獻 057
第4章 螺桿真空泵轉(zhuǎn)子的螺旋展開與動平衡 059 
4.1 螺桿轉(zhuǎn)子螺旋展開方式概述 059
4.2 等螺距螺桿轉(zhuǎn)子 060
4.3 一段漸變式變螺距螺桿轉(zhuǎn)子 062
4.4 二段突變式變螺距螺桿轉(zhuǎn)子 064
4.5 二段漸變式變螺距螺桿轉(zhuǎn)子 065
4.6 三段式變螺距螺桿轉(zhuǎn)子 067
4.7 變截面螺桿轉(zhuǎn)子 068
4.7.1 錐形轉(zhuǎn)子 069
4.7.2 階梯轉(zhuǎn)子 069
4.8 螺桿轉(zhuǎn)子動平衡概述 070
4.9 轉(zhuǎn)子動平衡的基本計算 072
4.10 等螺距螺桿轉(zhuǎn)子的鑄造法動平衡 075
4.11 螺桿轉(zhuǎn)子的機加法動平衡 079
4.12 螺桿轉(zhuǎn)子的自適應動平衡與體外動平衡 082
4.13 螺桿轉(zhuǎn)子動平衡的計算機輔助設計方法 085
4.14 螺桿轉(zhuǎn)子動平衡的檢測與修正 088
參考文獻 090
第5章 螺桿真空泵的結構設計 091 
5.1 螺桿泵的結構布局與轉(zhuǎn)子支撐方式 091
5.1.1 臥式泵 091
5.1.2 立式泵 094
5.1.3 懸臂泵 096
5.2 螺桿泵的驅(qū)動與傳動方式 098
5.2.1 外置電機 098
5.2.2 內(nèi)置電機 100
5.2.3 雙電機 102
5.3 螺桿泵的動密封與潤滑系統(tǒng) 104
5.3.1 動密封 104
5.3.2 潤滑系統(tǒng) 106
5.4 螺桿泵的冷卻系統(tǒng) 109
5.5 螺桿泵的氣路結構 112
5.5.1 進氣口與排氣口 112
5.5.2 中間泄壓閥與泄壓流道 114
5.5.3 充氣系統(tǒng) 115
5.5.4 螺桿泵的腐蝕防護 118
參考文獻 120
第6章 螺桿真空泵內(nèi)氣體流動與熱力學過程分析 121
6.1 泵內(nèi)氣體輸運過程的分解 121
6.1.1 吸氣過程 121
6.1.2 輸運與壓縮過程 122
6.1.3 反沖過程 123
6.1.4 排氣過程 124
6.2 等螺距螺桿泵內(nèi)氣體輸運過程的熱力學計算 125
6.2.1 假設條件與基本參數(shù) 125
6.2.2 吸氣階段(t∈［0,τ0 ］) 125
6.2.3 輸運階段(t∈［τ0 ,(N 1)τ0 ］) 126
6.2.4 反沖階段(t = (N 1)τ0 ) 127
6.2.5 排氣階段(t∈［(N 1)τ0 ,(N 2)τ0 ］) 128
6.2.6 排氣功率與排氣溫度 129
6.3 泵內(nèi)氣體熱力學參數(shù)的變化規(guī)律 130
6.3.1 被抽氣體容積變化規(guī)律 131
6.3.2 被抽氣體壓力變化規(guī)律 132
6.3.3 被抽氣體溫度變化規(guī)律 132
6.3.4 被抽氣體質(zhì)量和總熵的變化規(guī)律 133
6.3.5 螺桿泵轉(zhuǎn)子軸功率的變化規(guī)律 134
6.3.6 被抽氣體的示功圖和示熱圖 135
6.3.7 螺桿泵的功率計算 136
6.4 泵內(nèi)氣體級間返流泄漏的計算 138
6.4.1 螺桿泵內(nèi)氣體級間泄漏通道的構成 138
6.4.2 齒頂面狹縫間隙泄漏通道的計算 139
6.4.3 齒側孔口間隙三個泄漏通道的計算 143
6.4.4 級間返流泄漏量計算小結 145
6.4.5 螺桿轉(zhuǎn)子間隙設計小結 146
6.5 泵內(nèi)氣體的壓力分布與流動模擬 147
6.5.1 螺桿泵內(nèi)的氣體分級輸運計算模型 147
6.5.2 計算模型的控制方程組 149
6.5.3 螺桿泵的極限真空度與抽速計算 151
6.5.4 螺桿泵內(nèi)的沿程氣體壓力分布 152
6.5.5 螺桿泵內(nèi)氣體流動的CFD 模擬 154
6.6 螺桿真空泵設計原則的思考 156
6.6.1 干式真空泵面臨的挑戰(zhàn) 156
6.6.2 無油螺桿真空泵轉(zhuǎn)子設計新理念的提出 157
6.6.3 轉(zhuǎn)子設計新理念帶來的變化 158
6.6.4 結論與發(fā)展分析 159
參考文獻 160
第7章 螺桿真空泵的典型工程應用 161 
7.1 螺桿真空泵在醫(yī)藥化工領域的應用 161
7.1.1 螺桿泵在制藥與化工行業(yè)中的應用 161
7.1.2 螺桿泵替代液環(huán)泵的優(yōu)點 163
7.1.3 螺桿泵替代水環(huán)泵的其他應用 164
7.2 螺桿真空泵在鋼鐵冶金領域的應用 165
7.3 螺桿真空泵在空間環(huán)境模擬領域的應用 168
7.3.1 大型常規(guī)空間環(huán)境模擬器真空系統(tǒng) 168
7.3.2 航天火箭發(fā)動機試車平臺真空系統(tǒng) 170
7.3.3 火星塵艙環(huán)境模擬器中的真空系統(tǒng) 172
7.4 螺桿真空泵在油氣回收技術中的應用 174
7.5 螺桿真空泵在半導體加工領域的應用 176
7.5.1 螺桿泵在硅單晶爐中的應用 177
7.5.2 螺桿泵在碳化硅長晶爐中的應用 178
7.6 螺桿真空泵在新能源領域的應用 179
7.6.1 螺桿泵在太陽能電池制造中的應用 180
7.6.2 螺桿泵在鋰離子電池制造中的應用 181
7.7 羅茨-螺桿真空泵機組在啟動階段的抽氣特性 182
7.7.1 旁通管路式羅茨-螺桿機組的抽氣特性 183
7.7.2 直通式羅茨-螺桿機組的抽氣特性 185
7.7.3 變頻式羅茨-螺桿機組的抽氣特性 186
7.7.4 計算示例與三種啟動方式的比較 188
7.8 螺桿真空泵的選擇、使用與維護 190
參考文獻 194
附錄 符號表 196