直聯(lián)旋片式真空泵葉片氣體壓力分析

　　在對雙級直聯(lián)泵的葉片進行受力分析的基礎上，建立了一種新的氣體壓力模型，該模型給出了葉片所受氣體壓力與轉子轉角和泵的主要設計尺寸的關系，并且根據(jù)泵入口壓強的大小而選擇相應的計算公式，可計算在不同入口壓強下的葉片氣體壓力，達到了對葉片進行連續(xù)受力分析的目的。此外，還根據(jù)該模型運用Matlab 對2XZ-4 型直聯(lián)真空泵進行了實例計算，為直聯(lián)旋片泵優(yōu)化設計和合理使用提供了依據(jù)，拓寬了直聯(lián)真空泵的設計理論。

1、前言

　　近年來由于直聯(lián)旋片式真空泵(下文簡稱直聯(lián)泵)具有抽速高、體積小、重量輕、沒有皮帶摩擦的粉塵污染等優(yōu)點，從而廣泛用于冰箱、空調機、燈泡、瓶膽、生產包裝機等真空應用工業(yè)。盡管直聯(lián)泵在設計理論和研究方法上已經趨于成熟，然而在受力分析方面尤其是葉片的氣體壓力分析上仍不夠完善。這是因為在設計尺寸一定的條件下，由于泵每次工作循環(huán)時入口壓強不同，從而導致每次壓縮過程結束后所對應的臨界轉角也隨之變化，而臨界轉角的變化也會導致氣體壓力的表達式的變化，因此泵每循環(huán)一次，都需要重新求解一次臨界轉角和氣體壓力表達式，這是個非常復雜的過程。因此，目前氣體壓力分析只是停留在定性分析階段或者只能求解在特定轉角、特定入口壓強下的氣體壓力，這顯然不能滿足連續(xù)性求解氣體壓力的要求。

2、氣體壓力模型的建立

　　本文根據(jù)直聯(lián)泵的工作原理，通過理論分析和推導，在確定了壓縮腔體積變化公式、臨界壓強和臨界轉角之后，建立氣體壓力模型，具體過程如下。

　　2.1、壓縮腔體積公式的確定

　　如圖1 所示，直聯(lián)泵的葉片把工作腔分為3 個空間，分別為A(吸氣腔)，B(壓縮腔)，C(排氣腔)。

圖1 直聯(lián)泵葉片氣體壓力分析

　　由泵工作原理可知，隨著轉子的轉動，吸氣腔(A)容積增大，壓強減小，而吸入氣體;壓縮腔(B)容積減小而壓縮氣體，當壓縮腔內氣體壓強達到排氣壓強PE 時，此時壓縮過程結束，排氣閥打開，轉子繼續(xù)轉動，而將氣體排出，從而完成了一個工作循環(huán)。隨著工作循環(huán)的持續(xù)進行，泵不斷抽取容器內的氣體，從而使容器內氣體壓強(因為容器和泵進氣口相連，因此，也是泵進氣口處的氣體壓強，習慣稱為入口壓強P0)逐漸減小，直至達到一個穩(wěn)定的最低值(習慣稱為極限壓強Pg)，此時，泵再繼續(xù)工作，而容器內氣體壓強卻不再減小，從而完成整個抽氣過程[2] 。如圖2 所示，直聯(lián)真空泵有兩個葉片，由于轉子不斷的旋轉，兩個葉片可以循環(huán)交替運轉，因此對每個葉片而言，都可以到達圖2 中1、2 葉片所示的位置。

圖2 直聯(lián)泵葉片位置示意圖

　　對圖2 中兩葉片所處狀態(tài)進行分析可知，葉片兩側具體所處的狀態(tài)隨著葉片的位置以及其兩側的壓強的變化而變化。其葉片兩側具體狀態(tài)如表1 所示，其中PA、PB、PC 分別表示A、B、C腔內的氣體壓強。

4、結論

　　本文根據(jù)葉片實際受力狀況，提出一種新型氣體壓力受力模型，其主要思路為：首先將已知的入口壓強與臨界壓強相比較，從而判斷出入口壓強的范圍，再根據(jù)范圍判斷出應選用的氣體壓力求解公式，最后根據(jù)公式求出轉子轉角連續(xù)情況下的氣體壓力。通過運用matlab 編程模擬2XZ-4 型直聯(lián)泵在不同入口壓強下的氣體壓力與轉子轉角的關系，結果表明氣體壓力模型很好地模擬了直聯(lián)泵在不同入口壓強下葉片所受氣體壓力的情況，達到了對葉片進行連續(xù)受力分析的目的。