低噪声气冷罗茨真空泵的研制内容

低噪声气冷罗茨真空泵的研制内容主要有以下两方面，首先是研究一种在工作过程中既要排出口及两侧返冷气口的高压气体回流对基元容积内的低压气体冲击小又要保证有充分的返冷气时间以确保泵在高压差下能安全运行的转子型线及其加工。其次是研究转子在工作过程中由于转子热膨胀和轴承游隙引起转子径向和轴向啮合间隙的控制。

1.低噪声气冷罗茨真空泵转子型线的设计

如前所述，目前国际国内生产的气冷罗茨真空泵都采用直叶转子，工作过程中基元容积与排气口及返冷气口都以突然接通方式连通，导致排气口及返冷气口高压气体与基元容积内的低压气体混合时引起剧烈的气流压力脉动而产生巨大的气流噪声。

针对工作过程中 ZJQ600/400 气冷罗茨真空泵的噪声，研发团队对气冷罗茨真空泵各个压力（压差） 下的气流状态进行了流场数值分析，认为：噪声中影响最大、强度最高的是气冷罗茨真空泵的气动噪声，包括：基元容积与排气口及返冷气口连通时高压气体从排气口和两侧返冷气口系统回流与基元容积内的低压气体混合冲击造成的剧烈压力脉动，以及叶轮逐个扫过进、排气口及两侧返冷气口时对气流产生的干扰压力脉动。

为降低气流压力脉动冲击，就需要减缓排气口及两侧返冷气口的高压气体对基元容积内低压气体敞开的冲击速度，目前行之有效的办法有两种：泵体上进排气口及返冷气口制作成梯形状或转子制作成扭叶，前一种方法加工比较简单，但由于泵体上同时要有四个梯形口，实现起来比较困难 。运用现代设计技术我们确立了ZJQ600/400 罗茨真空泵的扭叶转子型线，这种扭叶曲面转子更能减缓气流的冲击。

① 转子的截面型线由圆弧 – 摆线 – 渐开线- 圆弧 – 圆弧等多段曲线组成 ，以达到具有高压缩比的效果。

② 确定扭叶转子合理扭角 β 及转子导程 q扭转角 β 大了，罗茨真空泵返冷气时间就会变短，这样其承受的最大允许压差就会变小，高压差下工作的可靠性就会降低；扭转角小了，回流的速度就会变快，降低噪声的效果就会变差。通过数值模拟结果和分析，确立了合理的扭转角，如图 1 所示。转子导程 q 按泵设计抽速的大小确定。

图1 转子扭转角的确定

③ 转子参数化三维实体精确建模扭叶转子型面的截面由圆弧 – 摆线 – 渐开线 – 圆弧 – 圆弧等多段曲线组成，3 个叶轮均匀分布在圆上,在 CAD 环境下设计局部变量与截面型线各个参数的关系方程，在 Pro/engineer 环境中建立转子的各设计参数变量，再让设计参数变量驱动三维模型的尺寸。通过输入或修改设计参数，获得依参数再生的三维转子造型。

按确定了的扭叶转子扭转角 β 及转子导程q 在分度圆上作出扭叶曲线，并以此为扫描截面、转子轴线为原点轨迹曲线、节圆圆心（即扭叶线），最终形成扭叶转子，如图 2 所示。

图2 三维参数化造型

2.转子径向和轴向啮合间隙的控制及进排气口及两侧返冷气口位置的确定

(1) 不同于直叶转子两啮合转子可以在轴向有稍微的错位，两扭叶转子轴向的错位要远小于直叶转子，以确保转子在工作过程中安全可靠高效。

(2) 进排气口及两侧返冷气口位置。进排气口宽向尺寸的大小、返冷气口位置的高低直接影响返冷气时间的长短，从而影响耐压差的大小，影响泵的运行可靠性。