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2XZ1
真空获得设备课程设计
说明书
设计题目:
真空泵2XZ-4
学院:
机械与汽车工程学院
班级:
真空08-01班
姓名:
黄鹏
学号:
20080743
指导教师:
干蜀毅王庆生于振华
日期:
2011.11.07--2011.11.25
真空获得设备课程设计
说明书
设计题目:
真空泵2XZ-4
学院:
机械与汽车工程学院
目录
片式真空泵简介………………………………………………………1
旋片式真空泵简介…………………………………1
第1章2XZ-4旋片泵的设计参数要求………………………………………………………1
第2章
旋片式真空泵简介
旋片式真空泵应用
其工作压强范围为101325-1.33×10-2(Pa)属于低真空泵。
它可以单独使用,也可以作为其它高真空泵或超高真空泵的前级泵。
它已广泛地应用于冶金、机械、军工、电子、化工、轻工、石油及医药等生产和科研部门。
旋片式真空结构和原理
ChangYi(常仪)旋片式真空泵可以抽除密封容器中的干燥气体,若附有气镇装置,还可以抽除一定量的可凝性气体。
但它不适于抽除含氧过高的,对金属有腐蚀性的、对泵油会起化学反应以及含有颗粒尘埃的气体。
旋片式真空泵是真空技术中最基本的真空获得设备之一。
旋片泵多为中小型泵。
旋片式真空泵有单级和双级两种。
所谓双级,就是在结构上将两个单级泵串联起来。
一般多做成双级的,以获得较高的真空度。
旋片泵的抽速与入口压强的关系规定如下:
在入口压强为1333Pa、1.33Pa和1.33×10-1(Pa)下,其抽速值分别不得低于泵的名义抽速的95%、50%和20%。
旋片泵主要由泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等组成。
在旋片泵的腔内偏心地安装一个转子,转子外圆与泵腔内表面相切(二者有很小的间隙),转子槽内装有带弹簧的二个旋片。
旋转时,靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触,转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动。
两个旋片把转子、泵腔和两个端盖所围成的月牙形空间分隔成A、B、C三部分,当转子按箭头方向旋转时,与吸气口相通的空间A的容积是逐渐增大的,正处于吸气过程。
而与排气口相通的空间C的容积是逐渐缩小的,正处于排气过程。
居中的空间B的容积也是逐渐减小的,正处于压缩过程。
由于空间A的容积是逐渐增大(即膨胀),气体压强降低,泵的入口处外部气体压强大于空间A内的压强,因此将气体吸入。
当空间A与吸气口隔绝时,即转至空间B的位置,气体开始被压缩,容积逐渐缩小,最后与排气口相通。
当被压缩气体超过排气压强时,排气阀被压缩气体推开,气体穿过油箱内的油层排至大气中。
由泵的连续运转,达到连续抽气的目的。
如果排出的气体通过气道而转入另一级(低真空级),由低真空级抽走,再经低真空级压缩后排至大气中,即组成了双级泵。
这时总的压缩比由两级来负担,因而提高了极限真空度。
旋片式真空泵抽气原理图
旋片泵的旋片把转子、泵腔和两个端盖所围成的月牙形空间分隔成A、B、C三部分,如图所示。
当转子按箭头方向旋转时,与吸气口相通的空间A的容积是逐渐增大的,正处于吸气过程。
而与排气口相通的空间C的容积是逐渐缩小的,正处于排气过程。
居中的空间B的容积也是逐渐减小的,正处于压缩过程。
由于空间A的容积是逐渐增大(即膨胀),气体压强降低,泵的入口处外部气体压强大于空间A内的压强,因此将气体吸入。
当空间A与吸气口隔绝时,即转至空间B的位置,气体开始被压缩,容积逐渐缩小,最后与排气口相通。
当被压缩气体超过排气压强时,排气阀被压缩气体推开,气体穿过油箱内的油层排至大气中。
由泵的连续运转,达到连续抽气的目的。
如果排出的气体通过气道而转入另一级(低真空级),由低真空级抽走,再经低真空级压缩后排至大气中,即组成了双级泵。
这时总的压缩比由两级来负担,因而提高了极限真空度。
旋片式真空特点
1.体积小、重量轻、噪音低; 2.设有气镇阀,可抽除少量水蒸气;在环境温度五摄氏度到四十摄氏度范围内,进气口压强小于1.3X103帕的条件下允许长期连续运转,被抽气体相对湿度大于百分之九十时,应开气镇阀。
3.设有自动防返油止回阀,启动方便; 4.进气口连续畅通大气运转不得超过一分种; 5.不适用于抽除对金属有腐蚀的,对泵油起化学反应的,含有颗粒尘埃的气体,以及含氧过高的,有爆炸性的,有毒的气体。
旋片式真空泵适用范围
抽气速率:
4~100L/S(升/秒) 极限压强:
=6*10-2Pa(帕) 极限真空:
=1.3Pa(帕) 气体类型:
常温无其它混合物的清洁干燥空气,不许有含其它粉尘及水分的空气。
工作要求:
进口压强在大于6500Pa时连续工作时间,不得超过3分钟以免喷油引起泵损。
工作要求:
进口压强在小于1330pa的条件下,允许长时期连续工作。
环境温度:
真空泵一般在不低于5?
的室温及不高于90%的相对温度的环境内使用
第一章2XZ-4旋片泵的设计参数要求
根据GB/T-6533-1997的规定,2XZ-4两级高速直联旋片泵有以下个标准:
1)极限真空(有气镇):
达到6
10-2pa;
2)名义抽速:
4L/S;
3)功率:
≤0.55KW;
4)进气口内径:
25mm;
5)泵的最低启动温度为12℃,泵的工作温度为5-40℃
6)名义抽速:
4L/S;
7)功率:
≤0.55KW;
8)进气口内径:
25mm;
9)温升:
45℃;
10)喷油:
泵工作稳定之后,一分钟内没有喷油现象;
11)泵连续运行500h后,性能指标应符合本标准规定。
2XZ-4结构简图
第二章泵2XZ-4参数设定
1.主要参数的预定:
1).确定旋片数:
由旋片泵的参型号可选定旋片数Z=2.
2).确定a:
泵长径比a=L1/D,即L1=a·D系数a=0.95~1.25
式中L1---高真空级泵腔宽度;
D---泵腔直径。
考虑泵的造型、加工要求等方面因素,暂取a=1.00。
3)确定b:
b=d/D,即d=b·D系数b=0.75~0.90
式中d---转子直径。
对直联泵,暂取b=0.80。
1.主要几何参数的确定:
根据泵的名义抽速Sd、旋片数量Z和转子转速n,就可以确定泵腔、转子、旋片、排气口的几何尺寸。
1).初算泵腔直径D
已知参数:
a=1.00,b=0.80,Sd=4L/s,Z=2,n=1390r/min;
旋片泵几何抽速Sth=Sd*1=4L/s;
设容积利用系数kv;;
容积利用系数公式
=
由cosφ=
=1-b=0.2→φ=78.463°
由已知条件代入容积利用系数公式得
=0.8513
泵腔直径公式为D=
代入已知参数得D=71.05mm圆整后取D=70mm
由此可得d=b
D=0.8
70=56mm将d圆整为d=55mm
由泵腔长度公式可计算出高真空级泵腔宽度度为
=a
D=1.0
70=70
3.D和d变动后校核几何抽速Sth
已知参数:
n=1390r/min,Z=2,l1=70mm,D=70mm,d=55mm
根据上述参数可得:
a1=L1/D=70/70=1.00,即a1=a;
b1=d/D=55/70=0.786
由公式
=
计算出新的
1=0.8436
几何抽速校核公式为Sth=
代入已知的参数得
Sth=4.0786L/s,由设计要求的Sth应该能满足Sth=(1~1.1)Sd显然Sd=4L/s时校核后的抽速仍符合要求。
由校核后Sth符合要求
最终可取D=70mm,d=55mm,偏心距e=(D-d)/2=(70-55)/2=7.5mm
旋片泵高真空级宽度L1=70,压缩比δ一般取1~6,本次设计中取压缩比值为δ=3
低真空级腔宽度L2=L2/δ=70/3=23.333mm。
圆整后取取L2=25mm
旋片厚度B和长度h的确定
旋片在转子槽内,随转子旋转,顶端始终与泵腔接触,并在转子槽内滑动。
为防止旋片太短影响其自由滑动或因旋片太长发生干涉,旋片长度应满足:
h<
;根据旋片要求,在两旋片相距最近时,旋片间距为4mm左右,
即Δ≈4mm。
由h=
-Δ/2,其中
=34.187mm
再由h
e=25mm根据以上计算结果可确定取h=32mm
通过查表3-1得B=8mm
确定排气口数量及尺寸
直接查真空获得设备教材表2-1得进气口直径d进=25mm,开进气口一个
排气口尺寸d排由公式
计算出
其中v---排出气体速度,v=20~30m/s,取v=26m/s。
x---排气阀个数。
由压缩比δ=3,所以可取取x=δ=3;代入数据计算得
d排=7.786mm,圆整后取d排=8mm
开设中间排气孔为两个,低级真空排气阀1个
第三章电动机的选择
2.根据电动机工作环境和电源条件,选用卧式封闭型Y(IP44)系列三相交流异步电动机。
2.电动机的参数定型
电动机的确定表3-1旋片泵型号及基本参数
型号
抽气速率/
-1
极限压力/Pa
电机功率不大于/kW
进气口径/mm
2XZ-4
4
有气镇时
无气镇时
0.55
25
6.7
10-2
6.7
10-1
由表3-1,可选电机的额定功率P额=0.55kW。
高速直联泵的转速n泵在1500r/min左右,故电机的实际转速n可选1390r/min。
电机额定功率P额=0.55kW,实际转速n=13900r/min,由此选择Y801-4三相异步电动机,电机参数如下表所示:
Y801-4电动机技术数据
电动机型号
额定功率/kW
满载转速/r/min
堵转转矩
最大转矩
质量/kg
额定转矩
额定转矩
同步转速1500r/min,4极
Y801-4
0.55
1390
2.2
2.2
17
旋片泵电机功率校核
旋片泵最大功率时吸气口压强P吸的计算
已知参数:
,多变指数k=1.2,过载系数ε=1.3
机械效率ηm=0.95,直联联接效率ηn=0.98。
旋片泵功率N:
N
当旋片泵功率w出现最大时,吸气口压强P吸为:
旋片泵最大功率的计算
已知参数:
P排=110Kpa,多变指数m=1.2,Sth=4.0786L/s计算Nmax的公式为
=
=150.58w
电机的最小功率为满足N电机≥
为过载系数且ε=1.3
机=0.95
直=0.98代入数据算得N电机≥210.28w
显然电动机(p=0.55kw)的选择满足条件,故设计选择的电机符合设计参数的要求。
第四章轴的计算及强度校核
选用联轴器
由于电机是选择标准的电机需要联轴器把电机轴和旋片泵用联轴器联接,已知参数:
电机型号Y801-4,P额=0.55kW,n=1390r/min,电动机的轴伸直径d=19mm;为了隔离振动与冲击,选用梅花型弹性联轴器(GB/T5272-1985)
估算
×
6
=7503N·mm
计算转矩Tca=KAT,为此还要查工作系数KA,各种工况系数可查表5-1得
取KA=1.3代入计算的Tca=95754N·mm
从GB/T5272-1985中查得ML1型梅花型弹性联轴器的许用转矩为160
,许用最大转速为11500r/min,轴径为12~24mm之间,显然符合技术参数要求合用
由上式可得轴的直径
式中,
。
这样求出的直径,只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径dmin,故
。
对于直径d
100mm的轴,有一个键槽时,轴径应增大5%~7%,故
,由此,联轴器所联接的轴的强度足够。
参考文献
[1]濮良贵,纪名刚.机械设计.8版.北京:
高等教育出版社,2006
[2]朱家诚主编.机械设计课程设计.合肥工业大学出版社,2005
[3]杨乃恒主编.真空获得设备.2版.冶金工业出版社,2001
[4]成大先主编.机械设计手册.5版.北京:
化学工业出版社,2007
[5]达道安主编.真空设计手册.3版.北京:
国防工业出版社,2004
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