LWZ150双头螺杆型干式无油真空泵的设计毕业设计论文.docx
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LWZ150双头螺杆型干式无油真空泵的设计毕业设计论文
题目：
LWZ-150双头螺杆型干式无油真空泵的设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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学位论文原创性声明
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
LWG-150双头螺杆型干式无油真空泵的设计
摘要
干式双螺杆真空泵是一种容积式无油真空泵，具有结构紧凑，抽速大，真空度高，可直排大气，使用寿命长，自吸能力强，无易损件，运转可靠，维修维护方便，动平衡性好，振动小，无压力脉动与噪音，可高速平稳的一作，适应性强，还可用于多相混输，无喘振现象，易于实现连续排气等诸多优点，因此厂泛的应用于冶金、电子、化学、食品、医药、环保等工业生产部门。
国外已发展出诸多此类真空泵产品，而在我国的发展却相对落后。
虽然我国对无油真空泵的需求日益增长，但是许多跨国公司的真空泵产品却在我国的高端真空泵市场中占据了主导位置。
因此，自行研究经济可行、运转可靠的无油真空泵意义可见一斑。
为了适应我国开发研究生产螺杆真空泵的需要，本文对双螺杆真空泵的设计型线组成问题等内容进行了的研究与探讨。
关键词：
双头干式真空泵；螺杆；型线
LWZ-150Double-HeadedScrewTypeDryVacuumPump
Abstract
Theoil-freetwin-screwvacuumpumpisanewkindofrotationalpositivedisplacementpump.Thestructureofthepumpissimpleandliquidsorsolidsarehardtoaccumulatewhensuckedwithgasorarecondensedorsolidifiedinthepump.Itisoutstandingforitsexcellentefficiency,highvacuum,exhaustingtotheairdirectly,alonglife,goodsucking,reliablework,convenientmaintenance,favorabledynamicalbalance,lightvibration,nopressurefluctuateandnoise,workplacidlywithhighspeed,strongadaptability,mufti-phaseduties,noquiver,easytocontinuousexhausting,etc.Itisusedwidelyinindustrialterritoryofmetallurgy,electron,chemistry,pharmacy,foodandenvironment,andsoon.Atpresent,allovertheworldhavebeentryingtheirbesttodevelopoil-freevacuumpumps,butourcountryhasbeenfallenbehindothercountries.Althoughthedemandoftheoil-freevacuumpumpshasbeenexperiencingarapidgrowth,theproductsofmanymultinationalcompaniestakeupthemajormarketshareofdrycompressionvacuumpumpsandhighvacuumpumps.Thereforeitisverysignificanttodevelopeconomical,feasibleandreliabledry-runningvacuumpumpsbyus.Forthesakeofrequirementsofdevelopingandresearchinginourcountry,thepaperinvestigatesthemeshingtheoryoftwin-screwpump,buildupoftherotors'curve,andleaks.
Keywords：
dry（oil-free）vacuum;pump;screw
如需要完整文档及cad图等其他文件，请加球球：
一九八五六三九七五五
1绪论
1.1概述
1905年德国人沃尔夫岗.盖德发明了油封式旋片泵，从此各种以油为工作液、润滑剂、密封液的真空泵如雨后春笋般迅速普及，统治了真空设备市场近百年。
从真空工业的视角来看，如果说20世纪是有油真空泵的世纪，那么21世纪将是双头干式真空泵的世纪。
因为，各种形式的有油真空泵在工作过程中不可避免的随同排出的气体一起排出了大量的油污，这些油污能够严重的污染环境。
随着利学技术的发展，要求提供比较清洁真空环境的真空工艺越来越多，甚至近于达到苛刻的要求，如微电子、化学、冶金、医疗、核聚变领域以及宇航、新材料的开发等技术领域.都要求提供比较洁的内真空环境[1]。
传统的有油泵很难满足这些要求，无油泵的概念便自然而然的在此基础上提出。
有些工业过程，如低压气相沉积，会产生一些微小颗粒，这些颗粒在工作液中难以排除，它们可以使泵油污染，同样也会影响泵的抽气系统性能及使用寿命。
而有些工业过程在运转中可能会使工作液冷凝成粘状物质，这样可能使泵卡住，甚至导致运转失效。
又如对于食品工业为代表的一些特殊行业，这种污染更是非常不可取的。
对于这些少数有着特殊需要的工业来说，就只能采用无油污的无油泵或水环式泵类（湿式泵），但这类泵的真空度不高，耗水耗能严重，而且相应的工作时带有大量的水汽，因此对于有双头干式要求的，又不得不采用繁琐的物理、化学吸附，冷凝低温手段，从而使成本变得极其昂贵。
如:
膜式泵，真空度不高，抽速小;吸附泵，不仅抽速小，液氮的费用也很大。
所以可以这样说，在当时能直接排入大气和高真空机绍相连接的泵类各有其缺憾，因此导致了双头干式泵不适宜大工业的应用。
1.2课题背景及研究意义
双头干式螺杆真空泵是双头干式泵家族中的一员。
所谓双头干式真空泵，一般认为是能在大气压到
Pa的压力范围内工作;在泵的抽气流道中，不能使用任何油类和液体，排气口与大气相通，能直接连续向大气中排气的泵，也称无油真空泵。
双头干式真空泵在抽气流道内无任何液态工作介质或密封介质，从根本上解决了油封式真空泵引发的各种问题。
总的来说是两种不同的需求推动开发出两种类型的干式泵。
一类是以半导体行业为代表，要求真空泵向被抽空间内的返流为零，以保护工件免受污染。
对半导体行业中应用的真空系统的要求大体分为三个等级。
①清洁条件下的抽气，只抽干空气或含少许水蒸汽的空气；②中等条件下的抽气，抽除工艺过程的反应气体，但无固体颗粒物；③恶劣条件下的抽气，抽除化学反应物（有毒甚至致癌）及固体颗粒物。
另一类是以石化行业为代表，要求真空泵能大量抽除可凝性气体，或腐蚀性气体，或有毒气体，或含有微尘的气体。
传统油封真空泵在石化领域所面对的难题人们往往通过选用水蒸汽喷射泵、水喷射泵、水环泵、水环-罗茨机组等途径加以解决。
但往往系统过于庞大，噪声也很大，同时工作过程中会产生很多的废水和其他的排放物，处理排出废物的投资也很昂贵。
干泵的种类很多，目前已开发出来的有罗茨泵、爪型泵、祸旋泵、往复活塞泵、螺旋泵等.表是几种典型的干式泵性能的比较.
表1.1几种典型的干泵性能的比较
泵型
一般级数
单级压缩比
极限压力
（Pa）
备注
大气端
真空端
罗茨泵
3～6
2～5
30
0.5
易发热，需冷却
爪形
3～4
25
50
0.5
加工、装配有难度
活塞型
4
15～25
15～20
1.3
怕抽带颗粒的气体
涡旋型
1～2
20
200
0.2
间隙小、难装调
螺旋型
1～2
20
30～100
0.7
间隙小、转速高
旋片型
2
15～20
10～15
0.07
怕抽带颗粒的气体
螺杆型
2
15
20～60
1.3
加工比较困难
涡轮型
多级串联
20
3000
0.01
转速高
螺杆式双头干式真空泵特点如下:
①可靠性高。
螺杆式双头干式真空泵零部件少，没有易损件，因此它运转可靠，寿命长。
②操作维护方便。
③动力平衡性好。
螺杆式双头干式真空泵没有不平衡的惯性力，机器可平稳地高速运行。
④适应性强。
螺杆式双头干式真空泵具有强制输气的特点，在宽广的压力范围内能保持较高的抽速，排气量几乎不受排气压力的影响.
⑤多相混输。
由于螺杆式双头干式真空泵转子齿面间留有微小间隙，因而可抽除腐蚀性、有毒、含有粉尘、可凝性蒸汽等多种气体。
尽管螺杆型双头干式真空泵具有这么多的优点，然而，由于目前国内一些公司正在使用的螺杆型双头干式真空泵均是从国外进口，价格非常昂贵，每台螺杆泵价格要三、四十万元人民币，所以螺杆型真空泵在我国的使用并不广泛。
造成这一现象的主要原因是由于螺杆泵转子型线较复杂，加工难度大，需用特制的刀具在专用机床上进行加工。
另外，对螺杆型双头干式真空泵泵体的加工精度也有较高的要求，而国内的加工水平目前还难以达到这个水平。
螺杆式双头干式真空泵广泛应用于电子、核能、化工、医药、食品工业等领域。
在半导体工业中用于生产芯片、制造液晶显示器、蚀刻、生产PLASMA的CVD制程。
在核工业中用于核反应堆及核工业真空获得;化工上用于真空蒸馏及溶剂萃取高效回收溶剂，在脂肪酸生产中用来消除水污染，清除喷射器中的阻塞物;医药工业中用于回收药液及药物中间体，为人造器官生产提供清洁无菌条件，回收气体消毒剂;食品工业中用于香料、香精浓缩，食品包装等
。
应用范围极为广泛。
1.3螺杆泵的应用及特点
常见的泵可以分为容积式泵和动力式泵两大类。
容积式泵包括往复泵、转子泵和齿轮泵等，离心泵和轴流泵等则属于动力式泵。
本文所研究的双螺杆泵属于容积式泵，它与离心泵、往复泵、齿轮泵、滑片泵等相比较，在某些方面具有明显的优越性。
螺杆泵的适用范围被泛的应用于海上平台工程、石油化工、航运、电力、机械、液压系统、食品、造纸、制糖、军厂、医药、造船、机床、采矿、环保和污水处理等各种工业部门当中，发挥了巨大作用，具有很高的使用价值。
螺杆泵特点是:
流量平稳，压力脉动小，能够自吸，噪声低，效率高，使用寿命高，工作可靠。
此外螺杆泵还具有结构简单，零件少，体积紧凑，重量轻等一系列特点。
而螺杆泵在工作时最为突出的优点是输送介质时不会形成涡流、可输送粘度范围宽的各种介质，对输送介质不敏感，既可以输送各种枯度的润滑性或腐蚀性介质，也可以输送各种粘度的非牛顿液体，特别是有的双螺杆泵还可以输送气液棍合物，这对油田输送成分复杂的原汕具有重要意义。
夸张的说，螺杆泵可以输送任何介质。
目前在许多领域螺杆泵己经逐步取代齿轮泵、离心泵等，产生了很高的价值，正是由于螺杆泵具有以上特点，人们才将其应用范围进一步扩大到了真空产业。
螺杆泵属容积式转子泵。
无论是什么类型的螺杆泵，其输液原理都是:
利用螺杆泵的转子与转子之间的和转子与定子之间形成的密封腔，在泵运转时使密封腔连续不断地由入口向出口移动，从而排出流体。
如果螺杆泵内两个相邻密封腔间没有理论泄漏通道，则被称为严格密封型螺杆泵;反之，则为非严格密封型螺杆泵。
一般所说的螺杆泵并一非干式螺杆泵，而是由油润滑和密封的泵类。
而干式螺杆泵也不是完全无油的，其同步齿轮仍需要采用油润滑，但这井不影响其特性。
螺杆泵按螺杆数目通常分为单、双、三三和五螺杆泵，各有优缺点，在应用时必须根据所需要求进行合理的选择才能充分利用其各白特点，更好的实现I}能、节材、增效益或满足某种特殊应用要求。
而通常所说的干式螺杆泵都是指双螺杆泵，也有一部分干式螺杆泵产品为单螺杆泵。
1.4螺杆真空泵在国内外的研究现状与发展方向
自从第一台工业上可运行的双头干式泵1984年在日本运行以来，许多无油真空泵如雨后养笋般迅速发展起来，其中以日本、美国、法国、德国最为先进。
美国Varian（瓦里奥）公司生产的DVP系列产品，其真空度可以达到
Pa，这是目前报道的单级双头干式真空泵中真空度最高的产品之一。
而德国SterlingSIHI公司在1997年研制成功的SIHIdry是世界上第一台直正意义上的双头干式真空泵，它能满足流程工业中最苛刻的要求，该产品荣获德国“1998年年度技术革新奖”。
以上两种真空泵均于沿转子长度上填充聚四氟乙烯用作泵的密封以保持良好的密封性能，它们同时也是无油真空泵的典型产品。
虽然双头干式真空泵的种类越来越多，但是通常的机械真空泵如爪式泵，其抽速难以做大，而且制造难度也大，成本高;另外还有利用多叶级数进行串连的罗茨泵，其缺点与爪式泵相仿。
在此种背景下诞生的双头干式螺杆真空泵则具有了其前辈真空泵类所不具各的很多优点，而这些优点则保证了双头干式螺杆真空泵的先进性及在应用中的优势。
国外关于螺杆真空泵性能的研究有许多内容。
。
英国Rietschle有限公司根据螺杆式压缩机原理设计出一种双螺杆双头干式真空泵，采用了许多新技术，并已形成批量生产,该公司已成为世界低压与真空技术中的领军人物之一。
美国Tuthill真空设备有限公司手2002年推出一款用于气体处理的新型Kinney双头干式螺杆真空泵，该KDPH-120型螺杆泵采用可变啮合设计，比其他类TJ的真空泵耗能减少约30%。
普旭是全球最有影响力的真空设备制造商之一，为客户提供了数量众多的真空泵及真空系统。
普旭BUSCH的无油螺杆真空泵系列于2003年通过了应用材料公司美国实验室测试。
应用材料公司在美国实验室将普旭BUSCH的无油螺杆真空泵系列与其设备安装在一起进行测试，经过一年检测，结果证明普旭真空泵系列与其设备结合测试的效果最好。
之后普旭又于2004年推出了表面经特别强化的螺杆真空泵系列，可以抵抗日前己知的绝人多数活泼气休的腐蚀。
另外还有其他一些文献对螺杆真空泵的性能等方面进行了较多的研究。
在国内，有关双头干式螺杆真空泵的研究文献很少。
只有上海博汇真空设备有限公司的周宝洪研制了一种双头干式真空泵
，并申请了专利，但是并未见有成品报道。
目前国内外关于双螺杆双头干式真空泵转子型线设计方面的报道很少，主要内容集中于对螺杆真空泵性能的预测与配套装置、材料、加工方法和设备、螺杆泵的配件、密封条件等等内容的改进。
目前由于各国多对自己的螺杆泵技术进行保密和竞争，而我国在螺杆泵的设计方面仍然有很多具体的细节和技术难题还没有解决，在螺杆泵的设计方面没有达到世界一流水平。
在具体的螺杆泵的加工制造上，局限于我国的生产设备和加工条件，我国生产的螺杆泵自动化程度不高，精度也不高，在一些高档的螺杆泵上仍不能独立制造。
因此中高档的真空泵仍然主要依赖于进口。
对于所有类型的真空泵，人们都希望能够将现有的真空泵的物理尺寸尽量减小。
但是这一点与真空泵的抽气速率相矛盾。
因为真空泵的抽气速率与真空泵的容积成正比，物理尺寸小意味着容积也小。
当然还有一个影响真空泵抽气速率的因素，那就是转速。
为了使小尺寸的真空泵与大尺寸的真空泵的抽气速率相匹配，就需要提高其转速。
而想要提高真空泵的转速可以采用变频器来改变电源的频率或者改变齿轮箱的传动比。
前者可以提供一个闭环控制，但是在大负载的情况下容易引起扭矩的损失。
而改变齿轮箱的传动比是比较经济的一种方法，但是它只能提供不可控的单一转速。
国外目前开发较多的是高转速的真空泵系列。
2螺杆双头干式真空泵转子型线的研究
2.1常见转子型线比较
目前双头干式螺杆真空泵的主要生产厂家多采用单头等螺距型线，其他还有多头双边对称圆弧型线、单头变螺距梯形螺纹型线、单头等螺距梯形螺纹型线和等螺距凹齿型线。
图2.1双边对称圆弧型线转子图
经过多年的理论分析和试验研究，总结出螺杆真空泵转子型线设计原则有如下几点:
（1）转子型线应满足啮合要求。
螺杆真空泵的啮合转子型线必须是满足啮合定律的共扼型线，即不论在任何位置，经过型线接触点的公法线必须通过节点。
（2）转子型线应形成长度较短的连续接触线。
由接触线的定义及其对螺杆泵性能的影响可得，转子型线的设计应该保证能形成连续的接触线。
另外，在实际机器中，为保证转子间的相对运动，齿面之间总保持有一定的间隙。
因此，理论上的接触线就成了实际中的问题等。
为了尽可能的减少气体通过间隙带的泄漏，要求设法缩短转子间的接触线长度。
（3）转子型线应形成较小面积的泄漏三角形。
为了尽可能的减少气体通过泄漏三角形的泄漏，型线设计应该使转子的泄漏三角形尽可能的变小。
（4）转子型线应使封闭容积较小。
大多数转子型线都会形成吸气封闭容积，导致螺杆真空泵功耗增加，效率降低，运转不平稳，噪声增
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