研究了雙缸結構的雙級滑閥真空泵的振動平衡, 提出了定量平衡雙級滑閥真空泵振動的方法; 運用最小二乘法獲得多級平衡配重的關鍵參數, 精確平衡雙級滑閥真空泵的不平衡慣性力。以2H-150 滑閥真空泵為例進行振動平衡, 平衡后的剩余慣性力減至1500 N 以內, 振動力降幅達到80%左右; 應用多級平衡配重方法所設計的真空泵在松地腳螺釘時的最大振幅僅為0.13 mm。因此, 針對雙級滑閥泵振動的平衡計算方法是行之有效的, 可使泵的振動在很小的范圍內。

　　滑閥泵有單級和雙級兩種形式, 單級泵的極限壓力在0.6~ 1.3 Pa( 關氣鎮(zhèn)) , 雙級泵的極限壓力在0.06 Pa。所謂雙級, 就是在結構上將兩個單級泵串聯(lián)起來, 與單級滑閥泵相比, 它具有可以獲得較高的真空度, 同時滑閥泵容量大, 在與羅茨泵配置成機組后, 可以使用在較低極限壓力又要求有一定抽速的場合等優(yōu)點, 因此雙級滑閥泵常使用在大型真空設備系統(tǒng)中, 滿足需要穩(wěn)定較大抽速和較高真空度的需求, 這是單級滑閥泵很難達到的, 雙級滑閥泵在這一領域具有很強的競爭力。隨著新能源研究、半導體行業(yè)、平板玻璃鍍膜設備以及航天所需的真空模擬設備、低壓風洞裝置等真空應用的廣泛發(fā)展需要,對雙級滑閥泵的需求增加十分明顯。

　　但長期以來中國雙級滑閥真空泵發(fā)展緩慢, 產品僅停留在2H-15、2H-30 和2H-70 等少數幾種中小型泵, 雖然2H-150 國家標準已經制定二十年, 但其產品最近幾年才面向市場。同單級滑閥泵一樣, 雙級滑閥泵同樣面臨振動大、噪聲高等問題, 而且泵抽速越大其振動和噪聲越高, 很大程度影響了泵的各項性能的穩(wěn)定性以及對環(huán)境造成嚴重污染。而現有的中國雙級滑閥泵產品其振動、噪聲還是偏大, 泵的平衡也不太理想, 缺乏一套針對雙級滑閥泵的行之有效的減振理論和方法, 嚴重制約了中國雙級滑閥泵的發(fā)展。中國發(fā)展滑閥泵五十余年來, 人們對單級滑閥泵的振動做了大量的工作^{[1- 3]} , 但上述工作沒有明確的針對雙級滑閥泵產生的振動展開具體的計算和分析, 真空技術網(http://www.mp99x.cn/)翻閱了大量的文獻，沒有發(fā)現定量的方法對雙級滑閥泵產生的振動進行平衡, 甚至關于雙級滑閥真空泵振動研究的相關文獻也少之又少。

　　本文針對雙級滑閥泵建立力學模型及動力分析, 給出定量平衡雙級滑閥泵振動力的方法。并結合計算機技術, 基于最小二乘法對平衡配重進行最優(yōu)化設計。已用這種方法對2H-150 泵進行研制設計, 實施以后雙級滑閥泵的振動在可靠的約束下, 并通過國家真空設備質量監(jiān)督檢驗中心檢測合格。

1、雙級滑閥泵運動系統(tǒng)的動力分析與動平衡

　　http://www.mp99x.cn/pumps/jixie/053129.html

2、計算結果與討論

3、實驗驗證

　　作者與江蘇海真真空設備有限公司共同開發(fā)設計了2H-150 雙級滑閥式真空泵, 將此方法成功運用在該型號泵上。實驗證明, 這種方法對雙級滑閥真空泵的振動平衡是十分有效的, 實施以后泵運轉平穩(wěn), 不要螺釘固定也不會有爬行和爬動現象, 振動明顯很小; 在允許的范圍內, 并且完全消除了由于滑閥桿的離心慣性力引起的泵的移動, 從而達到了預期的目的。同時將樣機送往國家真空設備質量監(jiān)督檢驗中心檢測, 測試合格, 進入了國內先進水平^[6] 。

　　表2 給出該泵振動平衡前后振動數據( 振動振幅為雙振幅) , 測點圖由圖6 給出。

表2 振動數據比較表

圖6 振動測試點圖

4、結論

　　對雙缸結構的雙級滑閥真空泵進行動力分析和動平衡設計計算, 運用最小二乘法計算各級平衡配重的關鍵參數。理論計算表明經過平衡后剩余慣性力從10192.42 N 減至1500 N 以內, 振動力大幅減小, 振動力值在比較理想范圍內; 實驗測試, 平衡后泵運轉平穩(wěn), 松地腳螺釘的最大振幅由5.0mm 減小為0.13 mm, 并都在允許范圍內。結果表明本文提出的定量的雙級滑閥真空泵的振動平衡方法是行之有效的, 它易于實現, 不僅對現有的中小抽速雙級滑閥泵具有指導性意見, 同時對今后發(fā)展大抽速的雙級滑閥真空泵也具有重要意義。應用本文提出的方法, 雙級滑閥泵的振動控制在可靠的約束下。

參考文獻

　　[1] Li Zhiyuan, Chen Xinzhao. A Study of the Complete Dynamic Balance of the Rotor Inertial Forces in the Rotary Piston Vacuum Ppump[J] . Vacuum, 1998, 51(3) : 427- 31

　　[2] 胡煥林, 李志遠. 機械真空泵振動控制的研究[J] . 真空科學與技術, 1993(5) : 335- 341

　　[3] 曹文鋼, 趙浩杰, 李志遠, 等. 滑閥真空泵振動平衡的優(yōu)化設計研究[J] . 真空科學與技術學報, 2007, 27(1) : 67 - 69

　　[4] 魏培君. 積分方程及其數值方法[M] . 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2007: 63- 67

　　[5] 董登峰, 孟曉風, 李晉陽. 一種真空狀態(tài)下的氣體流量測量新方法[J] . 真空科學與技術學報, 2012, 32(2) : 123 - 127

　　[6] 于振華, 劉興善, 胡煥林, 等. 開拓發(fā)展中大抽速雙極滑閥真空泵[J] . 真空, 2009, 46(6) : 29- 31