第 1 章 緒論

真空濾油機作為典型油凈化設備之一，根據(jù)水的沸點比油低、真空狀態(tài)下水沸點大大下降的真空干燥原理設計而成，可高效脫除廢油中的水分、氣體和機械雜質(zhì)[1]。圖 1.1 展示了真空濾油機基本工作流程：先經(jīng)粗過濾器濾除待處理油液中粒徑較大的雜質(zhì)，粗濾后的油液進入加熱系統(tǒng)升溫，高溫油液粘度降低，經(jīng)精濾器進一步濾除粒徑較小的雜質(zhì)，精濾后的油液經(jīng)真空分離系統(tǒng)中完成脫水、脫氣，最終由高精度過濾器進行深度過濾。在真空濾油機真空過濾、真空蒸發(fā)、真空脫氣等工藝過程中，真空泵機組提供必須的真空環(huán)境，其中粗抽泵的作用尤為突出，它為主泵工作創(chuàng)造必需的真空條件。這是由于用于較高真空的濾油機主泵不可直排大氣，否則會造成主泵吸氣口與排氣口之間壓差過大，使主泵過載而影響正常工作。所以必須先使用前級粗抽泵快速抽氣，將工作系統(tǒng)內(nèi)的壓力降低至一定范圍內(nèi)，該范圍內(nèi)的壓力適合啟動濾油機主泵工作，從而有效避免主泵的超載運作。早期在濾油機中應用較為廣泛的是羅茨泵-水環(huán)泵機組，當真空系統(tǒng)需要處理大量水蒸汽時，利用水環(huán)泵粗抽較為適宜，水環(huán)泵還能提供羅茨主泵所需的預備真空條件，有利于羅茨泵的工作。但由于水環(huán)泵極限真空度不高，通常在 2000～4000Pa 之間，致使整個機組的極限真空度較低；此外，水環(huán)泵耗電量大，噪聲大，效率很低，僅 30%～50%，若在真空干燥長時間需求的系統(tǒng)中使用水環(huán)泵作為前級泵，顯得很不經(jīng)濟實用。

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第 2 章 真空濾油機用渦旋真空泵渦旋盤及渦旋型線分析

2.1 真空濾油機用渦旋真空泵渦旋盤

真空濾油機用渦旋真空泵主要由泵頭、電動機、機座等構成。泵頭內(nèi)的靜渦旋盤與動渦旋盤組成渦旋盤副為渦旋真空泵的基本抽氣機構。渦旋盤由一個圓形端板和從圓形端板平面上垂直拉伸一定高度，并在徑向具有一定厚度的一條螺旋形渦旋齒構成。漸開線型渦旋盤的基本結(jié)構如圖 2.1 所示，構成渦旋齒的輪廓型線是包括外側(cè)型線和內(nèi)側(cè)型線，齒頭處的嚙合點為兩種型線的分界點。

2.2 基于通用型線的渦旋盤型線研究

通用型線顧名思義強調(diào)通用與統(tǒng)一，是基于普遍性的渦旋型線表征方式。其他任何單一渦旋型線均可作為通用型線中的特例，如圓漸開線、線段漸開線等，是基于特殊性的渦旋型線表征方式。由于不同的渦旋型線可加工出性能各異的渦旋盤。當采用單一型線進行渦旋盤設計與加工時，渦旋盤的性能將完全由該種型線的數(shù)學特性決定，也就因此限制了渦旋性能的進一步延伸�；谕ㄓ眯途�的渦旋盤，在數(shù)學特性上不受任何限制，可結(jié)合渦旋盤結(jié)構、性能、加工等多方面需求進行渦旋盤設計[32]。

第 3 章 基于通用型線的渦旋盤型線生成與優(yōu)化研究 .............18

3.1 基于通用型線的渦旋盤型線生成原理分析 ............. 18
3.2 基于通用型線的渦旋盤型線生成方法研究 .............. 19
3.3 基于通用型線的渦旋盤型線參數(shù)優(yōu)化研究 ................... 25
3.4 本章小結(jié) ........... 26
第 4 章 基于優(yōu)化型線的渦旋盤運動仿真研究 ................28
4.1 基于優(yōu)化型線渦旋盤的三維實體虛擬建模 .................... 28
4.2 真空濾油機用渦旋真空泵其余部件的三維實體建模 ....... 30
4.3 基于優(yōu)化型線渦旋盤的運動仿真前處理 ............. 33
4.4 基于優(yōu)化型線渦旋盤的運動仿真與結(jié)果分析 .......... 35
4.5 本章小結(jié) ........... 37
第 5 章 基于優(yōu)化型線渦旋盤的應力與變形仿真研究 ......................38
5.1 基于優(yōu)化型線渦旋盤應力與變形的有限元基礎 ........ 38
5.2 基于優(yōu)化型線渦旋盤的應力與變形仿真模型 ................. 39
5.3 基于優(yōu)化型線渦旋盤的應力與變形仿真結(jié)果與分析 .................. 42

5.4 本章小結(jié) ................. 51

第 5 章 基于優(yōu)化型線渦旋盤的應力與變形仿真研究

5.1 基于優(yōu)化型線渦旋盤應力與變形的有限元基礎

本章所做的渦旋盤應力與變形仿真分析，主要是為了研究動、靜渦旋盤在恒定溫度下，吸排氣過程中，氣體載荷作用對渦旋盤結(jié)構的影響，從而根據(jù)應力和變形情況，對渦旋盤的設計提出要求。構成渦旋盤通用型線的復雜性使得渦旋盤在氣體力作用下應力與變形分析比較困難，而運用有限元思想，對渦旋盤模型進行離散化處理，即將整個模型劃分為足夠多個較為規(guī)則的單元網(wǎng)格，這些單元網(wǎng)格之間彼此以節(jié)點連接，運用有限個小單元體代替原模型，迭代求解每一個單元網(wǎng)格的受力情況，運用彈性力學的相關原理，可構建單元節(jié)點應力與單元位移之間的關系，通過構造一系列以節(jié)點位移為變量的方程組，可求出各離散節(jié)點處的位移分量值，進而求得各節(jié)點單元的應變分量和應變值。同理可以得到單元節(jié)點與應力之間的關系，最終求得各單元體的應力值。

5.2 基于優(yōu)化型線渦旋盤的應力與變形仿真模型

由于渦旋盤結(jié)構特征比較復雜，在人工進行有限元分析時需要對大量的單元和節(jié)點信息數(shù)據(jù)進行編制和處理，計算過程不僅繁瑣而且困難。由于軟件自帶有限元分析的前處理文件，可方便進行有限元網(wǎng)格自動劃分，并可以有效檢驗有限元單元網(wǎng)格劃分的合理性。動渦旋盤和靜渦旋盤的結(jié)構大同小異，方法大致相同，且均可用軟件進行有限元前處理。為了更加準確地計算和分析有限元模型中渦旋齒以及渦旋齒與圓盤相連接處的應力和變形情況，本次仿真將最小單元尺寸設置為 1.6mm，選擇十節(jié)點四面體單元法對渦旋盤進行自動網(wǎng)格劃分，材料方向依據(jù)材料自身的物理屬性表，網(wǎng)格劃分完成后還需要對有限元模型進一步檢查，主要是檢查最小單元網(wǎng)格大小是否為正值，檢查是否有劃分失敗的單元或不連續(xù)的單元。最后確定動渦旋盤有限元網(wǎng)格中的單元數(shù)為 208303，節(jié)點數(shù)為 332080；靜渦旋盤有限元網(wǎng)格中的單元數(shù)為 215493，節(jié)點數(shù)為 341862，有限元網(wǎng)格劃分情況如圖 5.1 和 5.2 所示。
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第 6 章 結(jié)論與展望

本文圍繞真空濾油機用渦旋真空泵的渦旋盤進行研究。目的在于探索和總結(jié)渦旋盤設計過程中需要遵循的步驟及方法，并對其中存在的關鍵性問題進行分析，主要做了如下工作：(1) 在研究真空濾油機用渦旋真空泵的渦旋盤結(jié)構特性與工作原理的基礎上，對構成渦旋盤的渦旋型線展開研究。在明確了運用通用型線理論研究渦旋盤型線的必要性及優(yōu)越性的基礎上，給出了基于通用型線的渦旋齒型線、內(nèi)外側(cè)型線的的表征方程；討論了切向角階次對渦旋盤齒形及壁厚的影響。(2) 研究了基于通用型線理論的渦旋盤型線生成方法與優(yōu)化。首先對采用型線方程生成渦旋盤型線的方法進行研究。研究表明該方法需要對型線方程求微分得到曲率半徑函數(shù)，進一步由積分表達變換式對曲率半徑函數(shù)求積分，最終得到渦旋型線在平面坐標系下的表征，至此才能編程繪制基于通用型線的渦旋盤型線。該方法涉及復雜的微分與積分運算，降低了渦旋盤型線的設計效率；然后對比研究了基于向量關系的渦旋盤型線生成方法。研究表明以切向角為參數(shù)的嚙合點處法向分量的多項式亦可表征通用型線，，建立了基于向量關系的渦旋盤型線表征方程，并編寫了 MATLAB 程序，通過對通用型線方程的待定系數(shù)向量賦值，即可得到任意待定系數(shù)下的基于通用型線的渦旋盤型線方程；最后對基于通用型線的渦旋盤型線進行優(yōu)化，得到圈數(shù) N =3.25，節(jié)距 P =1 7.26mm，齒厚t=4.71mm ，齒高h  26.15mm的渦旋型線，優(yōu)化后型線的主要性能得到有效提升，壓縮面積比原來約增加了 11.22%，體積利用率約上升了 6.26%，壓縮比約提高了8.28%。

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參考文獻（略）

本文編號：150012