无油螺杆真空泵转子设计新理念的提出
为迎接干式泵所面临的新挑战,适应工程应用需求的改变,要求无油螺杆泵、尤其是螺杆转子的设计理念,也必须与时俱进,随之发生改变。
为满足不同工艺过程的不同抽气目标要求,真空泵的生产企业应该为不同用户提供专属个性化服务;不再是从自己生产的通用螺杆泵定型产品中挑选一款产品推荐给用户,让用户迁就自己的真空泵;而是针对每一种不同的应用场合,提供一款经过专门优化设计的、专属于这一应用背景的螺杆真空泵产品,即直接面向对象的专属设计概念。
螺杆泵专属设计的理论基础应是气体热力学原理。针对不同的被抽气体对象和抽气目标要求,设计者需要从被抽气体及其携带物的热力学性质出发,基于某一工艺过程要求的气体热力状态参数,开展螺杆泵抽气过程的热力学设计研究,建立适应该工艺要求的目标函数,优化出热力学抽气方案,得到该工艺过程中被抽气体最佳的热力学参数(压力、温度、比容、焓、熵等)变化规律。
螺杆泵专属设计的技术方法是螺杆转子的反求法结构设计。依据热力学优化所得到的气体容积变化规律,设计者可以规划螺杆转子的内部压缩规律,进而反推出螺杆转子的型线构成和螺旋导程的变化规律,由此得到最适合该工艺过程的螺杆转子结构。
目前阶段最简单的设计方式就是在不变化端面型线的前提下,合理设计型线的螺旋展开方式,即螺旋导程的变化规律,从而得到最适宜该工艺过程的内部压缩方式。
螺杆泵简单的结构特征是实现其专属设计的可行性基础。其它种类的无油真空泵,如直排大气多级罗茨泵、爪式泵等,其内部级间压缩比基本是固定的,如果需要改变其泵内的压缩过程,则需要同时改变泵的转子和定子的结构尺寸,加工变化量和制造成本都大大增加。
而螺杆泵只需改变螺杆转子的导程变化规律,即可方便地改变其内部压缩规律,进而改变被抽气体在泵内部的热力过程。
所以,利用螺杆泵的这一结构特点,在完全不改变泵体及其附件的情况下,通过仅仅改变转子体的螺旋变化规律,即可改变泵的内部抽气热力过程,从而适应不同的应用场合,实现螺杆泵的专属设计。
计算机辅助设计与辅助制造 (CAD/CAM)技术是实现螺杆泵专属设计的技术条件。只有基于热力学理论的 CAD 计算技术和数控机床 CAM 加工手段的技术支撑,才使得形态各异的专属变螺距螺杆转子能够低成本、方便快捷地加工出来。
如果依赖传统的加工方法,是很难实现不同变螺距形式的螺杆转子的小批量、多品种的特性化制造的。
