間隙設(shè)計是多級羅茨干泵設(shè)計的重要參數(shù)之一。在多級羅茨干泵運轉(zhuǎn)時, 間隙受轉(zhuǎn)子和泵腔熱變形的影響較大。本文通過分析了多級羅茨干泵內(nèi)部的傳熱過程, 建立了工作過程的傳熱模型。通過接觸式和非接觸式測溫方法, 對多點溫度進行了測量, 獲得了熱載荷的邊界條件。基于ANSYS 軟件, 對泵體及轉(zhuǎn)子軸在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時的溫度場進行了分析, 并采用熱􀀁結(jié)構(gòu)耦合分析對其熱變形進行了計算, 得到轉(zhuǎn)子軸和泵腔的熱變形量, 并繪制了變形云圖和曲線。通過上述方法得到的熱變形數(shù)據(jù), 為確定間隙提供了參考, 并為進一步計算干泵在運行時的間隙泄漏量提供了計算依據(jù)。

　　近年來, 受半導體制造、液晶注入、太陽能電池生產(chǎn)、電子器件等新興行業(yè)和薄膜制備、化工、制藥等傳統(tǒng)行業(yè)的帶動, 多級羅茨干泵作為核心裝備之一, 其研制和生產(chǎn)越來越受到重視。多級羅茨干泵滿足了IC 裝備制造業(yè)的工作溫度高、長期運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、噪聲低、維護簡單、清潔無油等眾多要求, 是很有發(fā)展前景的一種干式真空泵。但是, 除了加工及裝配要求精度高、加工難度大、一次性投入昂貴等制約因素外, 其設(shè)計理論和制造工藝亟待提高, 尤其包括羅茨型線的改善、加工成本的降低、間隙的確定、泄漏量的計算、泵內(nèi)的熱力學分析、轉(zhuǎn)子表面涂層、噪聲振動等難點問題, 制約了多級羅茨干泵研制和生產(chǎn)。

　　國內(nèi)外對于多級羅茨干泵的研究還停留在靜態(tài)泄漏量的計算和實驗上, 如俄羅斯A. Burmistrov 等利用角系數(shù)法建立了分子流態(tài)下羅茨泵復雜形狀的泄漏通道流導系數(shù)的模型, 著重在泄漏量計算中考慮了有害空間內(nèi)的氣體返流。法國學者L. C.Valdes 等推導了通過非恒定矩形截面下過渡流的流導計算, 并結(jié)合Knudsen Dong 法則研究了非運轉(zhuǎn)狀態(tài)下通過氣冷式羅茨干泵間隙的靜態(tài)泄漏理論, 并通過靜態(tài)實驗進行了驗證。國內(nèi)一些學者則主要針對干泵型線和泄漏展開了理論和實驗研究。

　　多級羅茨干泵在混合壓縮過程中, 壓縮氣體產(chǎn)生熱量。隨著工作周期的重復, 產(chǎn)生的熱量積聚起來, 并逐漸傳遞給轉(zhuǎn)子和泵體內(nèi)壁, 造成轉(zhuǎn)子和泵體內(nèi)壁的溫度升高。由于溫度的升高, 轉(zhuǎn)子和泵腔將會產(chǎn)生一定的熱變形, 會影響間隙通道的尺寸。而間隙是干泵設(shè)計最重要的參數(shù)之一, 由于存在氣體逆向返流現(xiàn)象, 間隙的選取會嚴重影響干泵的極限真空度、壓縮比、容積效率、發(fā)熱卡死等指標。

　　本文重點對泵體內(nèi)的傳熱過程及轉(zhuǎn)子、泵腔的溫度升高和受熱變形進行分析, 一方面為泄漏量的準確計算提供依據(jù), 另一方面, 也是涉及間隙尺寸、考察發(fā)熱后轉(zhuǎn)子與泵體內(nèi)壁是否刮碰的一個重要依據(jù)。

5 、結(jié)論

　　本文對多級羅茨干泵泵內(nèi)傳熱過程進行了分析, 并建立了多級羅茨干泵工作過程中的傳熱模型,包括泵體外壁與大氣的自然對流換熱模型、泵壁內(nèi)部的熱傳導模型、泵體內(nèi)壁與氣體之間的強迫對流換熱模型、泵體內(nèi)氣體與轉(zhuǎn)子的強迫對流換熱模型和轉(zhuǎn)子軸上的熱傳導模型。同時, 通過接觸式和非接觸式測溫方法, 對各級泵體內(nèi)外壁、氣體和轉(zhuǎn)子溫度進行了實驗測量, 并將溫度測量結(jié)果作為邊界條件, 使用ANSYS 軟件對多級羅茨干泵泵體及轉(zhuǎn)子軸在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時的溫度場進行了分析, 并采用熱- 結(jié)構(gòu)耦合分析對其熱變形進行了計算, 得到轉(zhuǎn)子軸和泵腔的熱變形量, 為進一步計算干泵在運行時受熱產(chǎn)生的間隙變化提供了計算依據(jù)