复合分子泵转子离心变形与热变形的有限元分析
分子泵转子与定子间的工作间隙是分子泵设计时关注的焦点之一，因为如果工作间隙太小，泵的可靠工作得不到保证；反之工作间隙太大，气体沿间隙的返流量增大，严重影响泵的性能。如何选择最佳的工作间隙是设计时比较关心的问题。影响工作间隙大小的因素主要有：转子高速旋转时由离心力引起的离心变形、工作电机及抽气过程中产生热量导致转子温度升高所产生的热变形、转子振动等，而这些因素使转子的动态工作间隙与静态装配间隙产生较大偏差，其中以离心变形影响最大。在分子泵设计中，为了保证分子泵抽气性能及安全性，首先对转子变形量进行分析计算，以确定间隙的大小。
本文首先对转子的离心变形与热变形进行了比较与分析，然后对转子变形对工作间隙的影响进行了分析。
1、简化模型
复合分子泵转子由涡轮级转子叶列与牵引级组成，与转子形成配合间隙的是定叶片与牵引级定子，各配合间隙为：δ1、δ2、δ3 和δ4，如图1 所示。转子变形会直接影响配合的各个间隙。在离心变形及热变形影响下，各间隙如何变化，变化多大，哪个间隙变化最大，都是我们关心的问题。本文通过查看转子径向变形和轴向变形来了解间隙δ1~δ4 的变化情况。
4、结论
本文通过利用有限元分析软件对复合分子泵转子的分析，可得到如下结论：
（1）在通常情况下，转子变形主要由离心变形引起的，热变形很小，可忽略不计。随着温度升高，转子变形增大，当温度升高到一定程度，热变形较大，不可忽略。
（2）在影响工作间隙的分析中：在径向变形中，牵引级变形较大；在轴向变形中，涡轮级的一、二级叶片变形较大。
（3）在分析结果中，同样可以查看转子的应力、应变以及安全系数等分析结果，在本文中不作介绍。
参考文献
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[3] 周长城，胡仁喜，熊文波. ANSYS 11.0 基础与典型范例[M]. 北京：电子工业出版社，2007
【作者】 郁晋军；张军安；刘敏强；陈素君；
【Author】 YU Jin-jun1,ZHANG Jun-an1,2,LIU Min-qiang1,CHEN Su-jun1 (1.Beijing Beiyi Innovation Vacuum Technology Co.,Ltd,Beijing 102600,China; 2.School of Mechanical and Electrical Engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China)
【机构】 北京北仪创新真空技术有限责任公司；哈尔滨工程大学机电工程学院；
【摘要】 本文利用有限元分析软件ANSYS12.0对复合分子泵转子的离心变形与热变形进行了分析。通过施加惯性载荷和温度载荷,得到转子的离心变形与热变形。对不同载荷下分析结果的比较,了解了惯性载荷与温度载荷对分子泵转子变形影响大小。通过分析结果可直观了解分子泵在高速运转过程中转子变形情况,对分子泵设计时工作间隙的选取有重要的参考意义。
【Abstract】 The centrifugal distortion and thermal deformation of the rotor in composite molecular pump were analyzed by the FEA software ANSYS12.0 under inertia and thermal loads.Comparing the analyzed results under the two different loads,the effects of both loads on the centrifugal distortion and thermal deformation of the rotor were revealed,thus making the FEA results available to show visually how the rotor deforms when the molecular pump is running at high speed.So,the analysis is of importance to the choice of the operating clearance between rotor and stator in the design of molecular pump.
【关键词】 分子泵；离心变形；热变形；
【Key words】 molecular pump；centrifugal distortion；thermal deformation；
