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CN108343605A - 一种三爪爪式真空泵 - Google Patents

一种三爪爪式真空泵 Download PDF

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CN108343605A CN201810440688.3A CN201810440688A CN108343605A CN 108343605 A CN108343605 A CN 108343605A CN 201810440688 A CN201810440688 A CN 201810440688A CN 108343605 A CN108343605 A CN 108343605A
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Abstract

本发明公开了一种三爪爪式真空泵,其左爪式转子的爪顶圆弧和爪底圆弧用正弦线光滑连接,右转子的爪顶圆弧爪底圆弧用正弦线的包络线光滑连接;有效地简化了三爪爪式转子的设计过程,扩大了设计参数的取值范围,提高了三爪爪式转子的工作性能;同时依据左爪式转子和右爪式转子的型线设计出了轴向排气口,使得排气腔中的气体能够完全排出,避免了二次余隙容积的产生和气体的过压缩过程,有效地降低了工作过程中的能耗。

Description

一种三爪爪式真空泵
技术领域
本发明涉及真空获取技术设备领域,特别涉及一种三爪爪式真空泵。
背景技术
爪式真空泵是一种容积式流体机械,通过一对相互啮合的爪式转子的同步异向双回转运动,使工作腔容积发生周期性变化来实现气体的吸入、压缩和排出过程;具有结构简单、运行平稳、噪音低和干式无油的优点,在电子、石油化工行业有着广泛的应用。
为提高爪式真空泵的抽速和爪式转子的动平衡性,一般采用双爪或三爪爪式转子。专利CN100526608C提出了一种直线圆弧型三爪转子及其设计方法,这种转子的左侧转子由摆线、偏心圆弧和线段组成,右侧转子由摆线、圆弧包络线和直线包络线组成。直线圆弧型三爪转子为实现直线圆弧型爪式转子型线间光滑连接所需要的约束条件较多,造成转子设计过程复杂;同时直线的包络线具有部分啮合的特点,线段大于一定长度时其包络线便会出现奇异点,因此直线圆弧型三爪转子在进行参数化设计时参数的取值范围较小。
发明内容
为解决上述问题,本发明采用正弦线和正弦线的包络线作为三爪爪式真空泵的转子型线,光滑地连接了爪顶圆弧和爪底圆弧,简化了三爪爪式真空泵转子的设计过程,扩大了三爪转子的参数取值范围。同时根据所设计的新型转子设计出了三爪爪式真空泵的排气口,实现了无过压缩、无二次余隙的排气过程。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种三爪爪式真空泵包括:左爪式转子(1)、右爪式转子(2)、腔体(3)和排气端盖(4);其特征是:左爪式转子(1)的型线关于其旋转中心O1成120°中心对称,即左爪式转子(1)绕其旋转中心O1逆时针或顺时针旋转120°后,与自身完全重合;右爪式转子(2)的型线关于其旋转中心O2成120°中心对称,即右爪式转子(2)绕其旋转中心O2逆时针或顺时针旋转120°后,与自身完全重合;左爪式转子(1)的型线的三分之一依次为:左摆线AB、左点B、左爪顶圆弧BC、正弦线CD和左爪底圆弧DE;右爪式转子(2)的型线的三分之一依次为:右摆线ab、右点b、右爪顶圆弧bc、正弦线的包络线cd和右爪底圆弧de;左爪式转子(1)和右爪式转子(2)的型线除了正弦线CD和正弦线的包络线cd外其他曲线都相同;其工作方式为左爪式转子(1)和右爪式转子(2)作同步异向双回转运动,左爪式转子(1)的左点B、左摆线AB、左爪顶圆弧BC、正弦线CD、左爪底圆弧DE依次与右爪式转子(2)的右摆线ab、右点b、右爪底圆弧de、正弦线的包络线cd、右爪顶圆弧bc相啮合。
一种三爪爪式真空泵,其特征是:左爪式转子(1)的爪顶圆弧角和爪底圆弧角相等,均为α,左爪式转子(1)的正弦线CD和右爪式转子(2)的正弦线的包络线cd对应的中心角相等,均为θ;θ和α的关系为:θ+2α=2π/3;
左摆线AB的方程为:
左爪顶圆弧BC的方程为:
正弦线CD的方程为:
左爪底圆弧DE的方程为:
右爪式转子(2)的正弦线的包络线cd的方程为:
式中,
以上:t—角度参数,rad;R1—爪顶圆弧半径,mm;R2—节圆半径,mm;R3—爪底圆弧半径,mm;且2R2=R1+R3
一种三爪爪式真空泵,其特征是:排气端盖(4)上开设排气口(401),排气口(401)的轮廓曲线包括:底边缘线HJ、左边缘线JI、右边缘线IH、右顶点H、上顶点I和左顶点J;底边缘HJ为正弦线的包络线cd的部分曲线、左边缘JI为一段圆弧,右边缘IH为一段直线;轮廓曲线HIJ是排气口的最大开设范围。
排气口(401)的轮廓曲线的确定方法为:根据所设定的内容积比,由吸入腔C1、C2的容积确定排气腔Cd的容积,进而确定开始排气时左爪式转子(1)和右爪式转子(2)的相对位置;在靠近排气腔Cd处,正弦线的包络线cd和右爪底圆弧de的交点为排气口(401)的右顶点H,正弦线的包络线cd与圆心位于左爪式转子(1)回转中心点O1半径为R1的圆的交点为排气口(401)的左顶点J,圆心位于左爪式转子(1)回转中心点O1半径为R1的圆与两转子回转中心连线O1O2的交点为排气口(401)的上顶点I。
本发明的有益效果为:
(1)采用正弦线和正弦线的包络线连接爪顶和爪底圆弧,转子的组成曲线少,便于爪式转子的设计和优化。
(2)依据型线设计的排气口,使得排气腔内的气体能够完全排出,降低了三爪真空泵的能耗,提高了三爪爪式真空泵的工作效率。
附图说明
图1三爪爪式真空泵结构图。
图2左爪式转子型线图。
图3右爪式转子型线图。
图4排气端盖正视图。
图5排气口开设过程图。
图6三爪爪式真空泵工作过程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示为一种三爪爪式真空泵的主要结构示意图,包括左爪式转子(1)右爪式转子(2)、腔体(3)和排气端盖(4),气体由腔体(3)上的吸气口径向进入腔体(3),随着左爪式转子(1)和右爪式转子(2)的旋转,腔体(3)内的气体被转运、压缩,当气体旋转至排气口位置时,气体通过排气端盖上的排气口(401)沿轴向排出气体。
如图2所示为左爪式转子(1)的组成型线图,左爪式转子(1)的型线关于其旋转中心O1成120°中心对称,左爪式转子(1)绕其旋转中心O1逆时针或顺时针旋转120°后,与自身完全重合。左爪式转子(1)的型线的三分之一依次为:左摆线AB、左点B、左爪顶圆弧BC、正弦线CD和左爪底圆弧DE,左爪式转子(1)的爪顶圆弧角和爪底圆弧角相等,均为α,左爪式转子(1)中正弦线CD对应的中心角为θ,θ+2α=2π/3,左爪式转子(1)的爪顶圆弧半径为R1,爪底圆弧半径为R3
如图3所示为右爪式转子(2)的组成型线图,右爪式转子(2)的型线关于其旋转中心O2成120°中心对称,右爪式转子(2)绕其旋转中心O2逆时针或顺时针旋转120°后,与自身完全重合。右爪式转子(2)的型线的三分之一依次为:右摆线ab、右点b、右爪顶圆弧bc、正弦线的包络线cd和右爪底圆弧de。右爪式转子(2)的爪顶圆弧角和爪底圆弧角相等,均为α,右爪式转子(2)中正弦线的包络线cd对应的中心角为θ,θ+2α=2π/3,右爪式转子(2)的爪顶圆弧半径为R1,爪底圆弧半径为R3
如图4所示为排气端盖正视图,排气口(401)开设在排气端盖(4)上,排气口(401)的轮廓曲线包括正弦线的包络线的部分曲线JH、圆弧IJ和线段IH。
如图5所示为排气口(401)开设示意图,各段轮廓曲线在图中如虚线所示,根据所设定的内容积比,由吸入容积C1和C2确定排气腔Cd的大小,进而确定开始排气时左爪式转子(1)和右爪式转子(2)的相对位置;在靠近排气腔Cd处正弦线的包络线cd和右爪底圆弧de的交点为排气口(401)的右顶点H,正弦线的包络线cd与圆心位于左爪式转子(1)回转中心点O1半径为R1的圆的交点为排气口(401)的左顶点J,圆心位于左转式转子(1)回转中心点O1半径为R1的圆与两转子回转中心连线O1O2的交点为排气口(401)的上顶点I。
如图6所示为三爪爪式真空泵工作过程图,图6(a)中所示气体从吸气口进入腔体,并随转子的旋转等压输送;图6(b)中进入腔体的气体随转子的旋转在转子和腔壁之间形成两个封闭的容积C1和C2,此时完成一次吸气过程,吸气容积为C1与C2体积之和;当转子旋转至图6(c)所示的位置时C1中的气体首先被压缩,C2中的气体保持体积不变。如图6(d)中所示C1和C2中的气体混合形成工作腔C3,随着转子的旋转C3中的气体不断被压缩。如图6(e)所示C3中的气体被分隔成CV和C4两部分,CV就是余隙容积,CV中的气体随转子的旋转会被带回到吸气口处,C4中的气体则会继续被压缩。如图6(f)~6(i)所示当C4中的气体到达临界位置后,C4中气体与排气口连通形成排气腔Cd,进入等压排气过程。如图6(j)所示右爪式转子(2)完全盖住排气口(401)排气腔Cd中的气体完全排空,排气过程结束。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种三爪爪式真空泵,包括:左爪式转子(1)、右爪式转子(2)、腔体(3)和排气端盖(4);其特征是:左爪式转子(1)的型线关于其旋转中心O1成120°中心对称,即左爪式转子(1)绕其旋转中心O1逆时针或顺时针旋转120°后,与自身完全重合;右爪式转子(2)的型线关于其旋转中心O2成120°中心对称,即右爪式转子(2)绕其旋转中心O2逆时针或顺时针旋转120°后,与自身完全重合;左爪式转子(1)的型线的三分之一依次为:左摆线AB、左点B、左爪顶圆弧BC、正弦线CD和左爪底圆弧DE;右爪式转子(2)的型线的三分之一依次为:右摆线ab、右点b、右爪顶圆弧bc、正弦线的包络线cd和右爪底圆弧de;左爪式转子(1)和右爪式转子(2)的型线除了正弦线CD和正弦线的包络线cd外其他曲线都相同;其工作方式为左爪式转子(1)和右爪式转子(2)作同步异向双回转运动,左爪式转子(1)的左点B、左摆线AB、左爪顶圆弧BC、正弦线CD、左爪底圆弧DE依次与右爪式转子(2)的右摆线ab、右点b、右爪底圆弧de、正弦包络线cd、右爪顶圆弧bc相啮合。
2.根据权利要求1所述的一种三爪爪式真空泵,其特征是:左爪式转子(1)的爪顶圆弧角和爪底圆弧角相等,均为α,左爪式转子(1)的正弦线CD和右爪式转子(2)的正弦线的包络线cd对应的中心角相等,均为θ;θ和α的关系为:θ+2α=2π/3;
左摆线AB的方程为:
左爪顶圆弧BC的方程为:
正弦线CD的方程为:
左爪底圆弧DE的方程为:
右爪式转子(2)的正弦线的包络线cd的方程为:
式中,
以上:t—角度参数,rad;R1—爪顶圆弧半径,mm;R2—节圆半径,mm;R3—爪底圆弧半径,mm;且2R2=R1+R3
3.根据权利要求1所述的一种三爪爪式真空泵,其特征是:排气端盖(4)上开设排气口(401),排气口(401)的轮廓曲线包括:底边缘线HJ、左边缘线JI、右边缘线IH、右顶点H、上顶点I和左顶点J;底边缘HJ为正弦线的包络线cd的部分曲线、左边缘JI为一段圆弧,右边缘IH为一段直线;
排气口(401)的轮廓曲线的确定方法为:根据所设定的内容积比,由吸入腔C1、C2的容积确定排气腔Cd的容积,进而确定开始排气时左爪式转子(1)和右爪式转子(2)的相对位置;在靠近排气腔Cd处,正弦线的包络线cd和右爪底圆弧de的交点为排气口(401)的右顶点H,正弦线的包络线cd与圆心位于左爪式转子(1)回转中心点O1半径为R1的圆的交点为排气口(401)的左顶点J,圆心位于左爪式转子(1)回转中心点O1半径为R1的圆与两转子回转中心连线O1O2的交点为排气口(401)的上顶点I。
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