高效率真空泵的設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)于工業(yè)的節(jié)能具有重要意義。本文根據(jù)某真空泵的設(shè)計(jì)要求，針對(duì)真空泵的工作葉輪的形式和設(shè)計(jì)點(diǎn)參數(shù)，分析和探討了葉片負(fù)荷分布形式和分流葉片弦向和周向位置對(duì)性能的影響規(guī)律，在此基礎(chǔ)上完成了該離心真空泵的氣動(dòng)設(shè)計(jì)。利用三維數(shù)值模擬軟件對(duì)不同葉片擴(kuò)壓器角度情況下的性能曲線(xiàn)和內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行計(jì)算。為了充分考慮真空泵內(nèi)部流動(dòng)的非對(duì)稱(chēng)性，本文采用了全通道計(jì)算，同時(shí)分析了離心壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、葉片擴(kuò)壓器及蝸殼內(nèi)部的流動(dòng)特點(diǎn)。結(jié)果表明，葉片負(fù)荷分布形式和分流葉片弦向和周向位置對(duì)流量、出口氣流角和效率均有較大的影響;通過(guò)改變?nèi)~片擴(kuò)壓器角度使得離心真空泵的特性線(xiàn)平移，這可使得離心真空泵在整個(gè)工作過(guò)程中始終工作在高效率區(qū)，可達(dá)到節(jié)能的目的。

　　真空泵的作用是通過(guò)抽吸某個(gè)或多個(gè)容積體的氣體而使該容積體達(dá)到一定的真空度。在工業(yè)生產(chǎn)的許多工藝過(guò)程中(如真空過(guò)濾、真空送料、真空蒸發(fā)、真空濃縮、真空回潮和真空脫氣等)，都需要通過(guò)真空泵來(lái)實(shí)現(xiàn)一定的真空環(huán)境，因而真空泵廣泛應(yīng)用于石油、化工、機(jī)械、礦山、輕工、醫(yī)藥及食品等部門(mén)。國(guó)外在真空泵方面已經(jīng)做了大量的研究工作，其中以德國(guó)MAN Turbo公司最為出色，他們已形成了一系列的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)主要集中在活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器、微型燃?xì)廨啓C(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域?qū)﹄x心、軸流、斜流壓氣機(jī)及相互組合、擴(kuò)壓器和蝸殼進(jìn)行了相關(guān)的研究。單鵬等對(duì)徑流及斜流壓氣機(jī)任意曲面葉型長(zhǎng)短葉片的造型和反問(wèn)題優(yōu)化方法進(jìn)行了研究，發(fā)展了相關(guān)程序，并利用Numeca 軟件進(jìn)行了數(shù)值驗(yàn)證。Cheng G.C.等通過(guò)使用有限差分的N-S方程，包括擴(kuò)展的湍流模型和合理的轉(zhuǎn)靜交界面，發(fā)展了渦輪泵模型，該模型可應(yīng)用于目前高性能、通用的渦輪泵設(shè)計(jì)和分析中，但該模型僅考慮了進(jìn)口導(dǎo)流葉片和離心葉輪，未考慮徑向擴(kuò)壓器和蝸殼部件。Mounts J.S.等對(duì)后掠離心葉輪內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明葉尖泄露壓力梯度主導(dǎo)離心葉輪內(nèi)部流場(chǎng)，以及出口速度分布不均勻性。早期由于受到計(jì)算條件的限制，在對(duì)蝸殼進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí)，大多假設(shè)進(jìn)口為均勻流場(chǎng)。Pan 等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明，蝸殼的非對(duì)稱(chēng)性使得其進(jìn)口流場(chǎng)產(chǎn)生了不均勻性。王企鯤等對(duì)進(jìn)口周向非均勻流動(dòng)的蝸殼進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明在設(shè)計(jì)工況下，蝸殼進(jìn)口周向流動(dòng)比較均勻，在變工況下，流動(dòng)在蝸舌附近呈現(xiàn)強(qiáng)烈的非均勻性，這種非均勻性會(huì)造成葉輪軸向載荷出現(xiàn)周期性變化。Steglich 研究了蝸殼與有葉擴(kuò)壓器在不同條件下的匹配情況及內(nèi)部流場(chǎng)。李延賓等將離心葉輪、葉片擴(kuò)壓器與蝸殼耦合在一起進(jìn)行數(shù)值研究，分析了蝸殼內(nèi)部流動(dòng)以及蝸殼與擴(kuò)壓器相互作用所導(dǎo)致的流動(dòng)現(xiàn)象和不同工況條件下，蝸殼進(jìn)口周向流動(dòng)的不均勻性。

　　結(jié)果表明：設(shè)計(jì)流量下和大流量下，對(duì)稱(chēng)蝸殼的蝸舌附近葉片擴(kuò)壓器通道中出現(xiàn)了回流，偏心蝸殼僅在大流量時(shí)出現(xiàn)回流現(xiàn)象，在非設(shè)計(jì)流量下，靜止部件內(nèi)部損失均大于設(shè)計(jì)流量，其中在大流量下尤為明顯：擴(kuò)壓器內(nèi)部損失在靜止部件總損失中均占到80%以上，蝸殼內(nèi)部損失小于20%;小流量下葉片擴(kuò)壓器內(nèi)部損失所占比例小于大流量工況。然而針對(duì)真空泵設(shè)計(jì)點(diǎn)的設(shè)計(jì)參數(shù)選取及相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)方面的研究較少，為此本文針對(duì)真空泵的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行討論。

　　結(jié)論

　　根據(jù)真空泵的設(shè)計(jì)要求，對(duì)其設(shè)計(jì)點(diǎn)的設(shè)計(jì)參數(shù)的選取和設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了探討和分析，并完成了離心葉輪、徑向擴(kuò)壓器和蝸殼的氣動(dòng)設(shè)計(jì)，并利用三維數(shù)值模擬軟件對(duì)其性能曲線(xiàn)進(jìn)行了模擬，得到的主要結(jié)論如下：

　　(1) 對(duì)于離心葉輪尖部，將負(fù)荷后移，即采用后加載設(shè)計(jì)，有助于減小尖部二次流，減小損失，同時(shí)為了保證其非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能和喘振裕度，在設(shè)計(jì)時(shí)，可選取適當(dāng)?shù)呢?fù)攻角。

　　(2)分流葉片的弦向長(zhǎng)度和周向位置對(duì)離心葉輪的加工量和效率有較大影響，分流葉片弦向長(zhǎng)度過(guò)大或過(guò)小都會(huì)引起效率的降低，周向位置偏向吸力面可避免分流葉片與壓力面一側(cè)槽道過(guò)小，進(jìn)而減小損失。

　　(3)為了真空泵能工作在高效率區(qū)域，可采用可調(diào)有葉擴(kuò)壓器葉片角度的方法，使得真空泵的特性線(xiàn)平移，保證其在偏離設(shè)計(jì)流量的情況下也能工作在高效率區(qū)，進(jìn)而可節(jié)約大量能源。