特殊爪型干式真空泵的容积利用系数*刘坤，巴德纯，杨乃恒，刘波（东北大学真空与流体工程研究中心，辽宁沈阳110004）法并同其它爪型干式真空泵的容积利用系数做出了比较。研究表明，特殊爪型干式真空泵与单爪型干式真空泵相比，在同样结构参数下（泵腔尺寸或中心距），对于不同的形状系数，容积利用系数提高了14~56；特殊爪型干式真空泵与双爪型干式真空泵相比，在保证转子强度许可和同样结构参数（泵腔尺寸或中心距）下，对于不的形状系数，容积利用系数提高了1.4~24.4所以，我们得出结论，（1）利用新型的特殊爪型转子，我们可以在结构尺寸相同时获得更大的抽速；（2）本文提出的计算机模拟创成法，对于加快研制开发新的真空泵或压缩机转子型线，具有一定的实际意义。

　　由东北大学设计，上海真空泵厂制造的我国台多级爪型干式真空泵于1994年通过专家鉴定，外观如，主要性能指标达到国际先进水平，从此结束了中国多级干式真空泵零记录的历史，拉开了干式真空泵从无到有、从单品种到多品种系列化的研制历程从1994年到今天，国内的干式真空泵研究历经近十年的时间，虽然取得了一定的进步，但是发展的速度还是受到技术和资金投入不足的困扰，特别是国内干泵市场的需求还处于初级阶段为了提高干式真空泵的研究水平，我们提出一种能获得更大容局用系数的新型爪式转子的理论型线*基金项女育部博士点基金资助项目，批准号：15中，摆线AB同转子P上A点共轭，故其方程为可以表示为演示了泵的整个抽气过程其中，1为转子S，2为转子P，34分别为进、出气口，56分别为主、从动轴，7为泵体。转子转动一周，吸排气各两次。较之于早期爪型转子|4，51，中的泵的容积利用系数大大提高，可以在同样的结构尺寸（泵腔尺寸或中心距）下，获得较大的抽速特殊爪式真空泵的工作原理1特殊爪型转子型线的构成一对相互啮合的转子S和转子P都是中心对称的，其型线分别是由一组摆线、圆弧、直线或摆线、圆弧包络线、直线包络线组成的。

　　对于转子S，给出节圆半径R形状系数c爪顶形状系数ci爪背形状系数C2和爪底形状系数cv就可求出转子S各段型线的方程如所示。这里，ccic2c3分别为爪顶圆半径Rm爪顶弧半径Ri爪背弧半径R2爪底弧半径R3与节圆半径R的比值。cic2c3分都与c相关经过优化计算，可以取ci=i.5c-i.6，c2=i.75-c，c3=4-2c这里，Rm为爪顶圆半径，也是泵腔内半径转子S上B点同转子P上摆线AB共轭，坐标（2R-Rm，0），BC为圆心在Oi（Rm-Ri，0），半径Ri的一段圆弧；CD为一段直线；DE是圆心在2（R2-Rb，Ri-R2），半径R2的一段圆弧；EF，FG，GH也是三段依次外接的圆弧：EF为圆心在O2，半径R3的一段圆弧；EG为圆心在3，半径R4的一段圆弧；GH为圆心在4（R3-Rb，0），半径R3的一段圆弧由此不难看出这是一种特殊的爪型转子型线。

　　2计算机模拟出共轭转子P模拟创成共轭转子软件包SCR|6启动SCR后，输入参数R c，首先显示出转子S和待创成的圆盘，如a所示用鼠标点击按钮“开始创成”，转子S开始做行星运动，待转子S旋转一周，即绘出转子P的轮廓序号c= RmlR特殊爪型转子单爪式转子双爪式转子相对单爪提高相对双真空动，可以看作是转子P保持中心不动，而转子S除自转以外，还要绕转子P中心公转，这样就保证了转子S和转子P的相互运动关系不变。通过绘制动画，转子S做行星运动一周，在屏幕上形成的曲线簇的内包络线，就是我们需要求出的转子P的型线。如所示通过软件包SCR，可对转子S和转子P进行观察，校验转子S参数选择适当。如果不适当，重新选择参数待生成转子P形状合适后，可通过啮合原理，求出转子P各段曲线方程。再通过软件包SCR作动画演示校核。如所示，即为通过此方法求得的一例。

　　3不同爪泵容积利用系数的比较针对变容式真空泵，比较其抽速大小有效的方式是比较其容积利用系数，即入如，特殊爪转子旋转半周，从b转至2d，形成A和As两个吸气容腔，则在半周内有效吸气面积为在此过程中，转子扫过的面积Ars=CRm2，则容积利用系数为下面具体求解Aps和Ass两个吸气容腔的横截面积，对于转子S与泵内壁形成的吸气容腔，有这里，Al，A2，A3，A4，A5是指如中转子S上各段曲线与坐标横轴所夹的曲边梯形的面积，分线与坐标横轴所夹的曲边梯形的面积，分别对应中多边形AmG，BCG，CC1DD1，…，FF1GG1和GG1H的面积点0，D1，…，G分别为点C，D，…，G在X轴上的投影下面对各部分面积进行求解A1=0CR12，A2=R1（2R-R1-R2），利用软件包scr，计算单爪式和双爪式转子的容积利用系数。

　　通过计算，我们得出三种不同型线转子的容积利用系数，其结果进行比较如表1，列出三种转子类型的干式真空泵容积利用系数的具体比较。

　　表1特殊爪型转子和其它型线容积利用系数的比较表1可见，在相同的结构参数下，特殊爪型爪式转子的容积利用系数优于单爪型转子，可以达到14. 0~56（；当1.3 1.42寸，特殊爪泵的容积利用系数要大于单爪型干式真空泵，但要小于双爪型干式真空泵但是，我们可以推知，c的取值范围是受到结构限制的。由公式（2）可知由结构知，爪顶圆半径满足2R故由公式（3）和（4）得当C取值靠近1时，由式（1）知，爪顶圆半径Rm接近节圆半径R，此时截面有效吸气空间面积相对太小，对提高容积利用系数不利。从提高容积利用系数角度出发，c取值越大越好。

　　当c取值靠近2时，爪顶圆半径越大，其伸出爪部分相对节圆越突出，刚性和挠性降低，在旋转抽气时很容易发生变形甚至疲劳断裂；与此同时，基圆处爪底与轴之间联结部分越薄，强度降低，整个转子的许用强度也急剧减小，反而不利从转子的力学性能出发，形状系数c取值越小越妊故综合考虑，应在满足转子强度有保证的前提下，尽量提高爪泵的容积利用系数前人设计结果和具体设计经验，形状系数C应在1. 45之间为适合。比较而言，特殊爪型干式真空泵可以比单爪型和双爪型干式真空泵获得更大的容积利用系数4结论通过计算机模拟计算和比较可以得知：①新的特殊爪泵容积利用系数相比以前的爪型干式真空泵有很大提高，据此，我们可以开发出在结构尺寸相同时获得更大抽速的新型的爪型干式真空泵；②本文提出的计算机模拟创成法，成功应用于开发特殊爪型型线的实例它也可以用于类似转子型线的压缩机的开发。