基于有限元方法的渦輪分子泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模態(tài)分析

王曉冬¹ 孫 妍¹ 方立武² 李曉勇²

(1.東北大學(xué)真空與流體工程研究所 沈陽(yáng) 110004;2.北京利方達(dá)真空技術(shù)有限責(zé)任公司 北京 100029)

　　摘要：渦輪分子泵是一種依靠高速運(yùn)動(dòng)的剛體表面“拖動(dòng)”氣體分子作定向運(yùn)動(dòng)、實(shí)現(xiàn)氣體抽出、獲得高真空和超高真空的精密動(dòng)量傳遞式機(jī)械真空泵，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高(18000-74000 轉(zhuǎn)/分)、動(dòng)靜渦輪葉片間隙小(徑向間隙0.5毫米左右、軸向間隙1毫米左右)，需要精密加工、精密裝配和精密動(dòng)平衡。

　　為保證分子泵安全啟動(dòng)、停車和可靠運(yùn)行，除需要對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行精確的動(dòng)平衡以減少震動(dòng)之外，還需對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速和模態(tài)進(jìn)行細(xì)致分析和精確計(jì)算，以確保轉(zhuǎn)子系統(tǒng)工作轉(zhuǎn)速處于相鄰兩階臨界轉(zhuǎn)速之間。

　　此外，準(zhǔn)確計(jì)算轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速對(duì)于泵啟動(dòng)加速過(guò)程和停車減速過(guò)程的合理控制，減弱或回避共振帶來(lái)的安全隱患和使用壽命降低同樣具有十分重要意義。

　　本文考慮了分子泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)形狀、尺寸、材料、支承形式以及重量分布、工作條件等因素，建立了分子泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)簡(jiǎn)化計(jì)算模型，采用有限元方法對(duì)分子泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析，確定各階臨界轉(zhuǎn)速和振型，作為分子泵設(shè)計(jì)和安全運(yùn)行控制的重要依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：渦輪分子泵 轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 臨界轉(zhuǎn)速 模態(tài)分析 有限單元法

　　基金項(xiàng)目：中澳國(guó)際合作項(xiàng)目(No.74404015);遼寧省自然基金項(xiàng)目(No.20102073);回國(guó)博士啟動(dòng)基金項(xiàng)目(No. 18504032)