[发明专利]一种多级扭叶罗茨真空泵转子及其设计方法

说明书

一种多级扭叶罗茨真空泵转子及其设计方法，在转子轴上设置有多个罗茨转子级，且随着转子级编号的增加，转子轴向尺寸或径向尺寸依次减小，使转子腔体内容积依次下降，实现级间内压缩过程；转子采用扭叶形式，通过吸排气口设计，形成单转子级内的内压缩过程。设计方法包括由抽气速率要求优选第一级转子型线的齿高半径与转子中心距；由内压缩程度要求，优选转子级数、每级转子轴向尺寸、各级转子型线的齿高半径与转子型线的齿数；利用优选参数，根据啮合定理求解转子型线；利用转子级数、各级转子尺寸与各级转子型线确定整体转子结构。本发明罗茨真空泵转子能够起到降低能耗，提高极限真空度的效果。

技术领域

本发明属于压缩机领域，具体涉及一种多级扭叶罗茨真空泵转子及其设计方法。

背景技术

多级罗茨真空泵由于可靠性高、结构简单、能耗低等特点而广泛应用于半导体、医药等高端制造业真空环境的获取中。其工作原理类似于多级压缩，每一级转子结构可分别视为一个罗茨泵运行，工作过程为等容压缩过程，通过级间回流进行气体压缩。

由于传统直叶罗茨真空泵的等容压缩特性，目前罗茨真空泵存在能耗高、噪音大的问题。并且由于传统多级罗茨真空泵转子采用单一型线，因此在大压比要求下，所需最后一级转子排出体积较小，从而造成了最后一级转子的宽度较小，这大大增加了转子的端面泄漏，从而造成了目前多级罗茨真空泵存在真空度低以及能耗大的问题。

发明内容

本发明的目的在于上述现有技术中存在的多级罗茨真空泵真空度低及能耗大的问题，提供一种多级扭叶罗茨真空泵转子及其设计方法，实现内压缩过程，从而改变多级直叶罗茨真空泵转子每一转子级的等容压缩特性，通过改变每一级转子型线实现转子内腔体容积的减小。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种多级扭叶罗茨真空泵转子，在转子轴上设置有多个罗茨转子级，且随着转子级编号的增加，转子轴向尺寸或径向尺寸依次减小，使转子腔体内容积依次下降，实现级间内压缩过程；转子采用扭叶形式，通过吸排气口设计，形成单转子级内的内压缩过程。

优选的，阴转子与阳转子的每一级转子采用具有相同曲线结构的转子型线，其中一个转子的单齿齿形的一侧曲线为曲线A₁B₁C₁，另一侧曲线为曲线A₁B₁C₁关于x轴的对称曲线；

将单齿齿形按圆心O₁旋转对称N次组合为完整齿形。

优选的，曲线A₁B₁在以O₁为原点、x轴方向为起始方向的极坐标系中表示为：

ρ＝(r₂-r_p)cosNθ+r_p

其中，ρ为转子型线在极坐标系中的极径，θ为极角，N为转子型线的齿数，r₂为转子型线的齿高半径，r_p为转子型线的节圆半径，由如下方程求出：

2r_p＝r₂+r₁

其中，r₁为转子型线的齿根半径。

优选的，通过改变转子型线的齿高半径r₂的大小并保持转子型线的节圆半径r_p的大小，实现对转子型线形状的控制。

优选的，近吸气侧的转子级的转子型线选取较大的转子型线的齿高半径r₂，近排气侧选取较小的转子型线的齿高半径r₂。