一种多级扭叶罗茨真空泵转子及其设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112963346A(43)申请公布日2021.06.15(21)申请号202110206712.9(22)申请日2021.02.24(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号(72)发明人李丹童何志龙孙崇洲张会明邢子文(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人房鑫(51)Int.Cl.F04C18/12(2006.01)F04C25/02(2006.01)G06F30/17(2020.01)G06F30/20(2020.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种多级扭叶罗茨真空泵转子及其设计方法(57)摘要一种多级扭叶罗茨真空泵转子及其设计方法，在转子轴上设置有多个罗茨转子级，且随着转子级编号的增加，转子轴向尺寸或径向尺寸依次减小，使转子腔体内容积依次下降，实现级间内压缩过程；转子采用扭叶形式，通过吸排气口设计，形成单转子级内的内压缩过程。设计方法包括由抽气速率要求优选第一级转子型线的齿高半径与转子中心距；由内压缩程度要求，优选转子级数、每级转子轴向尺寸、各级转子型线的齿高半径与转子型线的齿数；利用优选参数，根据啮合定理求解转子型线；利用转子级数、各级转子尺寸与各级转子型线确定整体转子结构。本发明罗茨真空泵转子能够起到降低能耗，提高极限真空度的效果。CN112963346ACN112963346A权利要求书1/2页1.一种多级扭叶罗茨真空泵转子，其特征在于：在转子轴上设置有多个罗茨转子级，且随着转子级编号的增加，转子轴向尺寸或径向尺寸依次减小，使转子腔体内容积依次下降，实现级间内压缩过程；转子采用扭叶形式，通过吸排气口设计，形成单转子级内的内压缩过程。2.根据权利要求1所述的多级扭叶罗茨真空泵转子，其特征在于：阴转子与阳转子的每一级转子采用具有相同曲线结构的转子型线，其中一个转子的单齿齿形的一侧曲线为曲线A1B1C1，另一侧曲线为曲线A1B1C1关于x轴的对称曲线；将单齿齿形按圆心O1旋转对称N次组合为完整齿形。3.根据权利要求2所述的多级扭叶罗茨真空泵转子，其特征在于：曲线A1B1在以O1为原点、x轴方向为起始方向的极坐标系中表示为：ρ＝(r2‑rp)cosNθ+rp其中，ρ为转子型线在极坐标系中的极径，θ为极角，N为转子型线的齿数，r2为转子型线的齿高半径，rp为转子型线的节圆半径，由如下方程求出：2rp＝r2+r1其中，r1为转子型线的齿根半径。4.根据权利要求3所述的多级扭叶罗茨真空泵转子，其特征在于：通过改变转子型线的齿高半径r2的大小，并保持转子型线的节圆半径rp的大小，实现对转子型线形状的控制。5.根据权利要求3所述的多级扭叶罗茨真空泵转子，其特征在于，近吸气侧的转子级的转子型线选取较大的转子型线的齿高半径r2，近排气侧选取较小的转子型线的齿高半径r2。6.根据权利要求2所述的多级扭叶罗茨真空泵转子，其特征在于，曲线B1C1与曲线A1B1能够完成正确的啮合，根据啮合定理，曲线B1C1在以O1为原点的直角坐标系中表示为：其中，rBC表示B1C1在以O1为原点的直角坐标系中的位置向量，θ为曲线A1B1的极角。7.根据权利要求6所述的多级扭叶罗茨真空泵转子，其特征在于，所述的曲线B1C1在以O1为原点的直角坐标系中表示的变量满足如下关系式：式中，τAB表示曲线A1B1的切向向量在静止坐标系中的位置向量，(xs,AB，xs,AB)表示曲线A1B1在静止坐标系中的位置向量，由如下关系式示出：2CN112963346A权利要求书2/2页利用以上各式，求得曲线B1C1。8.一种多级扭叶罗茨真空泵转子的设计方法，其特征在于：‑由抽气速率要求优选转子第一级的转子型线的齿高半径r2与转子中心距c，其中c＝2rp，其中rp为各级转子型线的节圆半径；‑由内压缩程度要求，优选转子级数、每级转子轴向尺寸、各级转子型线的齿高半径r2与转子型线的齿数N；‑利用优选参数，根据啮合定理求解转子型线；‑利用转子级数、各级转子尺寸与各级转子型线确定整体转子结构。3CN112963346A说明书1/5页一种多级扭叶罗茨真空泵转子及其设计方法技术领域[0001]本发明属于压缩机领域，具体涉及一种多级扭叶罗茨真空泵转子及其设计方法。背景技术[0002]多级罗茨真空泵由于可靠性高、结构简单、能耗低等特点而广泛应用于半导体、医药等高端制造业真空环境的获取中。其工作原理类似于多级压缩，每一级转子结构可分别视为一个罗茨泵运行，工作过程为等容压缩过程，通过级间回流进行气体压缩。[0003]由于传统直叶罗茨真空泵的等容压缩特性，目前罗茨真空泵存在能耗高、噪音大的问题。并且由于传统多级罗茨真空泵转子采用单一型线，因此在大压比要求下