氣冷式羅茨泵

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1、氣冷式羅茨泵概況及原理氣體循環(huán)冷卻羅茨真空泵主要由轉(zhuǎn)子1、轉(zhuǎn)子2、泵體4、冷卻器7等組成，由于其特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其可以在高壓差和高壓縮比下長期可靠運(yùn)行。冷卻氣體從泵體的兩側(cè)進(jìn)入泵的吸氣腔，使泵不會因壓縮氣體而出現(xiàn)過熱，但對泵的抽氣性能沒有任何影響。右圖Ⅰ至圖Ⅴ是轉(zhuǎn)子在泵腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)120度并完成一次吸、排氣的過程。冷卻器和電機(jī)是每臺泵必備的附件，冷卻器和電機(jī)的規(guī)格是根據(jù)不同的工況而定。泵可以單獨(dú)使用也可以多臺串聯(lián)使用，或與液環(huán)真空泵和普通羅茨真空泵串聯(lián)成機(jī)組，達(dá)到更高真空度來滿足各類工藝要求。主要特點(diǎn)1、單獨(dú)使用時(shí)直排大氣的工作真空度可以達(dá)到150mbar。2、多級串聯(lián)或

2、和其它前級泵泵串聯(lián)后可以達(dá)到中真空范圍。3、特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確保泵在高壓差和高壓縮比運(yùn)行時(shí)不會過熱過載。4、三葉漸開線型線結(jié)構(gòu)和高精度機(jī)械加工確保產(chǎn)品運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)安靜。5、抽氣性能、噪聲、振動等主要性能比傳統(tǒng)二葉泵更有顯著提高。6、先進(jìn)的平衡式機(jī)械密封使泵的密封性能比傳統(tǒng)骨架密封更可靠。7、泵腔為無油結(jié)構(gòu)，適用于抽除一般空氣及各種特殊氣體。8、與其它機(jī)械真空泵比較，節(jié)能效果十分顯著。兩葉與三葉轉(zhuǎn)子氣冷式羅茨真空泵氣動噪聲分析氣冷式羅茨真空泵的噪聲主要由機(jī)械噪聲和氣動噪聲組成，氣動噪聲具有強(qiáng)度高、危害大的特點(diǎn)，是氣冷式羅茨真空泵的主要噪聲。應(yīng)用FLUENT軟件動態(tài)模擬泵的內(nèi)部流場

3、，對兩葉、三葉轉(zhuǎn)子的氣冷式羅茨真空泵的氣動噪聲進(jìn)行比較，分析氣動噪聲產(chǎn)生的來源，為設(shè)計(jì)低噪聲的氣冷式羅茨真空泵提供參考。同時(shí)對兩種轉(zhuǎn)子的氣冷式羅茨真空泵的噪聲進(jìn)行測試，三葉轉(zhuǎn)子的氣冷式羅茨真空泵的噪聲明顯低于兩葉轉(zhuǎn)子的氣冷式羅茨真空泵。氣冷式羅茨真空泵具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，能夠在高壓差和高壓縮比下正常運(yùn)行，縮短大容器的抽空時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，近年來廣泛應(yīng)用于大型空間模擬裝置、汽輪機(jī)動平衡裝置以及化工等各行業(yè)，市場前景廣闊、經(jīng)濟(jì)效益顯著。但存在著噪聲大的缺點(diǎn)，不僅污染了環(huán)境，也惡化了工作條件，限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用，因此氣冷式羅茨真空泵的噪聲研究得到了廣泛關(guān)注。真空技術(shù)網(wǎng)認(rèn)為氣冷

4、式羅茨真空泵的噪聲主要由氣動噪聲和機(jī)械噪聲構(gòu)成，氣動噪聲具有強(qiáng)度高、危害大的特點(diǎn)，是氣冷式羅茨真空泵的主要噪聲。氣動噪聲主要由氣體脈動產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)噪聲和紊流產(chǎn)生的渦流噪聲組成。在中心距和外圓半徑相同的條件下，三葉圓弧擺線轉(zhuǎn)子氣冷式羅茨真空泵的容積利用系數(shù)比兩葉圓弧擺線轉(zhuǎn)子氣冷式羅茨真空泵高。目前國內(nèi)氣冷式羅茨真空泵的轉(zhuǎn)子型線基本上是兩葉寬頭圓弧擺線，采用三葉圓弧擺線型線，可提高抽氣效率。本文應(yīng)用FLUENT軟件數(shù)值模擬泵的內(nèi)部流場，對兩葉、三葉圓弧擺線轉(zhuǎn)子型線氣冷式羅茨真空泵的氣動噪聲進(jìn)行研究，分析氣動噪聲產(chǎn)生的來源，為設(shè)計(jì)低噪聲的氣冷式羅茨真空泵提供參考。1、計(jì)算模型1

5、.1、基本方程(1)連續(xù)性方程(2)運(yùn)動方程(3)能量守恒方程式中ρ是密度，t是時(shí)間，ui是速度矢量，u、v、w是速度矢量ui在x、y、z方向的分量。p是流體微單元體上的壓力，μ是動力粘度，Su,Sv,Sw是動量守恒方程的廣義源項(xiàng)，cp是比熱容，T為溫度，k為流體的傳熱系數(shù)，ST為粘性耗散項(xiàng)。1.2、湍流模型采用RNGk-ε湍流模型。k方程和ε方程分別為：式中Gk是由于平均速度梯度引起的湍動能k的產(chǎn)生項(xiàng)。1.3、數(shù)值解法湍流模型采用RNGk-ε模型，該模型考慮了平均流動中的旋轉(zhuǎn)及旋流流動情況，能夠更好地處理高應(yīng)變率及流線彎曲程度較大的流動。采用有限體積法求解,壓力速度耦

6、合方程采用PISO算法求解，壓力項(xiàng)采用PRESTO!格式離散,其余項(xiàng)采用二階迎風(fēng)格式。采用動網(wǎng)格技術(shù)通過函數(shù)定義實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動。壁面附近采用壁面函數(shù)法。1.4、模型建立及網(wǎng)格劃分根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)的兩葉、三葉圓弧擺線轉(zhuǎn)子的LQ300氣冷式羅茨真空泵建立模型。主要參數(shù)有：抽氣速率為300L/s，中心距180mm，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1490rpm。由于模型的計(jì)算為非定常，計(jì)算區(qū)域劃分網(wǎng)格的尺寸小，劃分的總體網(wǎng)格數(shù)大，計(jì)算時(shí)間較長，三維模型徑向截面流動同二維的流動情況基本相同，二維的計(jì)算模型已經(jīng)能夠滿足分析流場的需要，因此計(jì)算中采用了二維模型。圖1、圖2分別為兩葉、三葉圓弧擺線轉(zhuǎn)子氣冷式羅

7、茨真空泵二維流道模型。圖1兩葉轉(zhuǎn)子氣冷式羅茨真空泵二維流道模型圖2三葉轉(zhuǎn)子氣冷式羅茨真空泵二維流道模型為便于計(jì)算以及盡量減少網(wǎng)格數(shù)量，進(jìn)氣、排氣區(qū)域非旋轉(zhuǎn)區(qū)域因?yàn)樵谟?jì)算過程中網(wǎng)格沒有變化，采用四邊形結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格;旋轉(zhuǎn)流場區(qū)域，網(wǎng)格隨時(shí)間變化，為減小不同時(shí)刻網(wǎng)格的扭曲率以及計(jì)算的收斂性，采用三角形網(wǎng)格，對于兩葉轉(zhuǎn)子，整個(gè)流場的初始網(wǎng)格數(shù)為168604，網(wǎng)格最大扭曲率為0.447306。對于三葉轉(zhuǎn)子，整個(gè)流場的初始網(wǎng)格數(shù)為115340，網(wǎng)格最大扭曲率為0.505867。1.5、邊界條件及初始條件設(shè)置邊界條件設(shè)置如下：進(jìn)氣壓力為5000Pa，進(jìn)氣