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《东北大学》 2015年
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高速小型复合分子泵转子系统动力学分析

周亚  
【摘要】:复合分子泵是一种应用于高真空和超高真空领域的动量传输式真空泵,具有大抽速、高压缩比、可以获得清洁真空等优点。作为一种高速旋转机械,分子泵转子转速可达20000-90000转/分,如此高的转速是分子泵获得良好抽气性能的基本条件,同时也不可避免地带来分子泵的振动及转子系统稳定性等动力学问题。对于高速小型复合分子泵,涡轮动片与静片、牵引转子与定子间的小间隙更加剧了上述问题的破坏强度以及解决的难度,成为制约复合分子泵国产化的主要因素,目前,应用于高端检漏仪、质谱仪上的高速小型复合分子泵仍以进口为主。因此,讨论复合分子泵,特别是国内急需的高速小型泵的转子系统动力学特性具有重要的理论意义和实用价值。为此,本文以“分子泵专项”提供的FF-63/80型复合分子泵的转子系统为研究对象,采用模拟仿真的方法对其动力学特性进行考察。首先使用Solidworks软件建立了转子系统的三维几何模型,动力学特性计算则由ANSYS Workbench有限元分析软件完成,主要包括:(1)使用模态分析模块,得到了转子系统固有频率,进而计算出其临界转速,结果表明,转子系统工作在2阶临界转速之上,存在共振风险;得到了转子系统的主振型云图,分析出其形变的形态和相对大小,判断出现有结构可能存在安全隐患的位置;讨论并得到了轴承支承刚度对转子系统固有特性的影响规律,进而提出了通过调节轴承支承刚度改善其固有特性的建议和方法。(2)使用谐响应分析模块,讨论并得到了常见的轴向力、转矩对转子系统稳定性以及较高压力对动叶片可靠性的影响规律,计算结果表明,三种载荷与观测位置的形变均呈指数变化,进一步分析可以发现,轴向力对转子系统稳定性的影响较小,转矩则比较明显,较高的压力对动叶片可靠性的影响则是显著的。(3)使用瞬态分析模块,讨论并得到了加速度对转子系统稳定性的影响规律,计算结果表明,转子系统的启动是一个先振荡然后逐渐趋于平稳的过程,振荡幅值与平稳所需时间呈相反的走势,且二者均受加速度的影响,因此合理选择加速度,可以使转子系统的加速过程更加平稳迅速;通过进一步分析影响加速度的因素,有针对性地提出了几种改善转子系统稳定性的措施。通过上述分析,获得了研究对象转子系统静态、稳态和瞬态全面的动力学特性,主要计算结果与项目合作单位一致,充分说明了本文对模型处理的合理性,以及模拟仿真方法在复合分子泵转子动力学研究领域的可行性和可靠性。同时,较常规的试验方法,该方法的效率更高,成本更低,是一种值得推广的研究手段。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB752.27

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