雙級(jí)滑閥真空泵振動(dòng)平衡的研究
研究了雙缸結(jié)構(gòu)的雙級(jí)滑閥真空泵的振動(dòng)平衡, 提出了定量平衡雙級(jí)滑閥真空泵振動(dòng)的方法; 運(yùn)用最小二乘法獲得多級(jí)平衡配重的關(guān)鍵參數(shù), 精確平衡雙級(jí)滑閥真空泵的不平衡慣性力。以2H-150 滑閥真空泵為例進(jìn)行振動(dòng)平衡, 平衡后的剩余慣性力減至1500 N 以內(nèi), 振動(dòng)力降幅達(dá)到80%左右; 應(yīng)用多級(jí)平衡配重方法所設(shè)計(jì)的真空泵在松地腳螺釘時(shí)的最大振幅僅為0.13 mm。因此, 針對(duì)雙級(jí)滑閥泵振動(dòng)的平衡計(jì)算方法是行之有效的, 可使泵的振動(dòng)在很小的范圍內(nèi)。
滑閥泵有單級(jí)和雙級(jí)兩種形式, 單級(jí)泵的極限壓力在0.6~ 1.3 Pa( 關(guān)氣鎮(zhèn)) , 雙級(jí)泵的極限壓力在0.06 Pa。所謂雙級(jí), 就是在結(jié)構(gòu)上將兩個(gè)單級(jí)泵串聯(lián)起來, 與單級(jí)滑閥泵相比, 它具有可以獲得較高的真空度, 同時(shí)滑閥泵容量大, 在與羅茨泵配置成機(jī)組后, 可以使用在較低極限壓力又要求有一定抽速的場合等優(yōu)點(diǎn), 因此雙級(jí)滑閥泵常使用在大型真空設(shè)備系統(tǒng)中, 滿足需要穩(wěn)定較大抽速和較高真空度的需求, 這是單級(jí)滑閥泵很難達(dá)到的, 雙級(jí)滑閥泵在這一領(lǐng)域具有很強(qiáng)的競爭力。隨著新能源研究、半導(dǎo)體行業(yè)、平板玻璃鍍膜設(shè)備以及航天所需的真空模擬設(shè)備、低壓風(fēng)洞裝置等真空應(yīng)用的廣泛發(fā)展需要,對(duì)雙級(jí)滑閥泵的需求增加十分明顯。
但長期以來中國雙級(jí)滑閥真空泵發(fā)展緩慢, 產(chǎn)品僅停留在2H-15、2H-30 和2H-70 等少數(shù)幾種中小型泵, 雖然2H-150 國家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制定二十年, 但其產(chǎn)品最近幾年才面向市場。同單級(jí)滑閥泵一樣, 雙級(jí)滑閥泵同樣面臨振動(dòng)大、噪聲高等問題, 而且泵抽速越大其振動(dòng)和噪聲越高, 很大程度影響了泵的各項(xiàng)性能的穩(wěn)定性以及對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。而現(xiàn)有的中國雙級(jí)滑閥泵產(chǎn)品其振動(dòng)、噪聲還是偏大, 泵的平衡也不太理想, 缺乏一套針對(duì)雙級(jí)滑閥泵的行之有效的減振理論和方法, 嚴(yán)重制約了中國雙級(jí)滑閥泵的發(fā)展。中國發(fā)展滑閥泵五十余年來, 人們對(duì)單級(jí)滑閥泵的振動(dòng)做了大量的工作[1- 3] , 但上述工作沒有明確的針對(duì)雙級(jí)滑閥泵產(chǎn)生的振動(dòng)展開具體的計(jì)算和分析, 真空技術(shù)網(wǎng)(http://m.genius-power.com/)翻閱了大量的文獻(xiàn)，沒有發(fā)現(xiàn)定量的方法對(duì)雙級(jí)滑閥泵產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行平衡, 甚至關(guān)于雙級(jí)滑閥真空泵振動(dòng)研究的相關(guān)文獻(xiàn)也少之又少。
本文針對(duì)雙級(jí)滑閥泵建立力學(xué)模型及動(dòng)力分析, 給出定量平衡雙級(jí)滑閥泵振動(dòng)力的方法。并結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù), 基于最小二乘法對(duì)平衡配重進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。已用這種方法對(duì)2H-150 泵進(jìn)行研制設(shè)計(jì), 實(shí)施以后雙級(jí)滑閥泵的振動(dòng)在可靠的約束下, 并通過國家真空設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測合格。
1、雙級(jí)滑閥泵運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力分析與動(dòng)平衡
http://m.genius-power.com/pumps/jixie/053129.html
2、計(jì)算結(jié)果與討論
3、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
作者與江蘇海真真空設(shè)備有限公司共同開發(fā)設(shè)計(jì)了2H-150 雙級(jí)滑閥式真空泵, 將此方法成功運(yùn)用在該型號(hào)泵上。實(shí)驗(yàn)證明, 這種方法對(duì)雙級(jí)滑閥真空泵的振動(dòng)平衡是十分有效的, 實(shí)施以后泵運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn), 不要螺釘固定也不會(huì)有爬行和爬動(dòng)現(xiàn)象, 振動(dòng)明顯很小; 在允許的范圍內(nèi), 并且完全消除了由于滑閥桿的離心慣性力引起的泵的移動(dòng), 從而達(dá)到了預(yù)期的目的。同時(shí)將樣機(jī)送往國家真空設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測, 測試合格, 進(jìn)入了國內(nèi)先進(jìn)水平[6] 。
表2 給出該泵振動(dòng)平衡前后振動(dòng)數(shù)據(jù)( 振動(dòng)振幅為雙振幅) , 測點(diǎn)圖由圖6 給出。
表2 振動(dòng)數(shù)據(jù)比較表
圖6 振動(dòng)測試點(diǎn)圖
4、結(jié)論
對(duì)雙缸結(jié)構(gòu)的雙級(jí)滑閥真空泵進(jìn)行動(dòng)力分析和動(dòng)平衡設(shè)計(jì)計(jì)算, 運(yùn)用最小二乘法計(jì)算各級(jí)平衡配重的關(guān)鍵參數(shù)。理論計(jì)算表明經(jīng)過平衡后剩余慣性力從10192.42 N 減至1500 N 以內(nèi), 振動(dòng)力大幅減小, 振動(dòng)力值在比較理想范圍內(nèi); 實(shí)驗(yàn)測試, 平衡后泵運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn), 松地腳螺釘?shù)淖畲笳穹?.0mm 減小為0.13 mm, 并都在允許范圍內(nèi)。結(jié)果表明本文提出的定量的雙級(jí)滑閥真空泵的振動(dòng)平衡方法是行之有效的, 它易于實(shí)現(xiàn), 不僅對(duì)現(xiàn)有的中小抽速雙級(jí)滑閥泵具有指導(dǎo)性意見, 同時(shí)對(duì)今后發(fā)展大抽速的雙級(jí)滑閥真空泵也具有重要意義。應(yīng)用本文提出的方法, 雙級(jí)滑閥泵的振動(dòng)控制在可靠的約束下。
參考文獻(xiàn)
[1] Li Zhiyuan, Chen Xinzhao. A Study of the Complete Dynamic Balance of the Rotor Inertial Forces in the Rotary Piston Vacuum Ppump[J] . Vacuum, 1998, 51(3) : 427- 31
[2] 胡煥林, 李志遠(yuǎn). 機(jī)械真空泵振動(dòng)控制的研究[J] . 真空科學(xué)與技術(shù), 1993(5) : 335- 341
[3] 曹文鋼, 趙浩杰, 李志遠(yuǎn), 等. 滑閥真空泵振動(dòng)平衡的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J] . 真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào), 2007, 27(1) : 67 - 69
[4] 魏培君. 積分方程及其數(shù)值方法[M] . 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2007: 63- 67
[5] 董登峰, 孟曉風(fēng), 李晉陽. 一種真空狀態(tài)下的氣體流量測量新方法[J] . 真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào), 2012, 32(2) : 123 - 127
[6] 于振華, 劉興善, 胡煥林, 等. 開拓發(fā)展中大抽速雙極滑閥真空泵[J] . 真空, 2009, 46(6) : 29- 31
