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[硕士论文] 郭梁
机械工程 中北大学 2018(学位年度)
摘要:在真空试验设备的研制中,泄漏问题不可避免,尤其是具有特殊功能的试验结构导致的大泄漏问题,严重影响到真空系统的性能指标。因此,对真空系统大泄漏率的密封设计和真空系统气压控制技术研究具有重要研究意义和工程实用价值。本文根据真空试验设备研制需求,通过对密封结构的大泄漏率问题和气压控制技术开展研究,完成了低气压箱研制。具体工作如下:
  1、分析了大泄漏率真空系统的泄漏特性以及气压控制过程中的非线性、纯滞后性和纯动态特性,完成了专用密封结构设计;进行了真空系统泵组抽速计算及真空泵选型,完成了大泄漏率真空系统方案设计。
  2、针对之前所选机组,计算了不同真空泵运行时气压随时间的变化函数;通过对密封结构的研究,分析了导线密封带来的泄漏问题;基于静态升压法,完成了整个真空系统漏气量的分析计算;结合泵组抽气模型和系统泄漏模型,得出了整个大泄漏率真空系统的抽、放气模型,为后续气压控制器设计提供了依据。
  3、针对大泄漏率问题提出了一套可行的多模控制方案,完成了控制器设计及Simulink仿真。仿真分析结果表明,对大泄漏率真空系统而言,相对于纯PID控制或者纯Bang-Bang控制,采用Bang-Bang控制与模糊控制相结合的双模控制方式,控制精度更高,响应时间更快。
  4、基于所研制的真空试验箱,对系统的抽放气数学模型和气压控制器效果进行试验验证。试验结果表明,系统的抽放气数学模型准确度高,气压控制器的控制效果好,为之后类似的大泄漏率真空气压控制问题提供参考。
  综上,本文通过对大泄漏率真空系统的分析研究,解决了大泄漏率真空系统建模难的问题,提出了合理的气压控制方案,为大泄漏率真空系统的研制提供依据。
[硕士论文] 王顺录
武器系统与运用工程 西安工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着化工行业以及产品工艺和质量的不断发展,真空技术被广泛的应用在工业以及科学研究中,同时市场对产品的质量也提出了越来越高的要求,这将导致真空技术也相应的得到了快速的发展。通过真空测量去衡量真空的大小,真空测量的准确性对一些元器件能否正常工作具有重要的影响。
  在现有的真空测量方法中,大多数的传感器由于体积过大、测量范围不够宽或测量精度低等不能被广泛应用。本课题在满足宽量程的基础上,采用圆柱形的石英晶振作为气压传感元器件,设计了一款小尺寸真空测量装置,来实现对狭小空间真空的测量。
  借鉴国内外相关成熟的真空测量方案,本课题选用体积较小的圆柱形石英晶振作为真空测试元器件,根据石英晶振振荡时其两端阻抗随环境中气压的变化而改变的原理,利用石英晶振两端阻抗与气压之间的关系。以STM32F103RCT6单片机为系统核心处理单元,设计一款小尺寸真空测量装置。整个装置包括传感探测部分、数据处理部分以及显示部分。传感探测部分主要对模拟信号进行处理,其电路包括电源电路、石英晶振振荡电路、差分放大电路、电压跟随器等电路;数据处理部分是对传感探测部分输出的信号进行采集并利用单片机进行处理,其电路主要包括单片机最小系统电路、温度采集控制电路和存储电路;显示部分利用OLED显示屏进行气压显示,将串口助手通过RS232通讯协议与单片机通讯作为前期测量的辅助显示。编写相应的软件程序实现对传感探测部分输出信号的采集与标定,最终利用线性插值法实现真空的测量,并将其整合成一款安全、可靠的真空测量装置。
  根据课题的任务要求,通过对石英晶振真空测量装置进行实际测量,最终能够实现真空的测量范围为0.1-105Pa,并且在1-100Pa时,测量误差大约为10%,在101-105Pa时,测量误差大约为8%,传感探测部分电路板的实际尺寸为40*28(mm),该结果基本能够达到课题的任务要求。整个石英晶振真空测量装置总体工作正常,测量装置安全可靠。
[硕士论文] 王博韬
制冷与低温工程 广西大学 2018(学位年度)
摘要:气体热流逸效应是一种温度梯度驱动的微流动现象,该效应在微/纳米通道内可输送气体并产生压力差,可利用其抽真空。基于该效应,人们开发了一种新型气体抽真空装置—热流逸式真空泵(又叫作努森泵),以往多用于MEMS当中。该装置每级一般由冷腔、微通道组、热腔、连接通道组依次串联组成,具有结构简单、无运动部件、可利用低品位热能等特点。若将其应用于抽真空系统中,可为解决真空领域过度依赖高品位电能或机械能以及微型真空泵的应用问题开辟一条新途径。
  本文建立了描述热流逸效应及其抽真空特性的数学模型,首先以最简易的热流逸式真空泵—微通道为例,以空气为工质,探讨了在两种流动区域(自由分子流、过渡流)内,微通道特征尺寸、径长比、截面形状以及温差、压差系数和气体特性对抽真空静态特性(如压力比、净质量流量等)和动态特性(如抽速、无量纲抽气时间等)的影响。结果表明:压力比、净质量流量、抽速和无量纲抽气时间均随温差的增大而增大,但过大的温差对提高流量不明显且使抽真空达到稳态过程变得相对缓慢,应根据实际条件确定适宜温差。在过渡流区域,净质量流量和抽速还受径长比影响,且随径长比的增大而减小,且压力比和无量纲抽气时间θ0随Kn数增大而增大,而在自由分子流区域与Kn数无关。两种流动区域内,θ0的取值范围大约在4.5~5.031之间,且过渡流的θ0始终小于自由分子流的。由于压力比和流量(抽速)相互耦合,在实际应用中,可通过调节压差系数来权衡流量(抽速)进而确定适宜的热流逸发生条件,以实现较优的抽气特性。无论是自由分子流区域还是过渡流区域,当微通道是圆形截面时其流导最大,进一步也表明圆形截面的各项性能较好。其次,分析了常见的8种气体:H2、He、O2、N2、干空气、Ar、CO2、CH4在两种流动区域内静态特性与动态特性受温差、径长比等因素的影响。结果表明:对于静态特性而言,在自由分子流区域,H2和稀有气体的质量流量较高,而在过渡流区域变化较为复杂。对于动态特性而言,在自由分子流区域,H2、He的抽速始终高于同一压力比条件下的其他气体,而在过渡流区域情况较为复杂。无论自由分子流还是过渡流,其无量纲时间常数θ0基本相近。
  基于微通道抽真空模型,为了进一步提高压力比和流量(抽速)而建立了热流逸式真空泵级联数学模型,从数值角度,分析了温差、流动区域、串联级数以及不同气体对无量纲质量流量和净质量流量的影响。研究指出:连接通道处于过渡流区域较小的努森数范围时静态性能较好,较大的温差可减少热流逸式真空泵的串联级数,但要考虑耗热的影响。
  此外,基于上述分析得出的结论并结合实际抽真空系统,设计了以热流逸式真空泵为核心,以水为制冷工质的真空制冷系统。对于100L的真空容器,当其内真空压力达到1000Pa时,可将305K、79.76kg的工质水转变为290.7K、77.84kg的冷冻水。与此相匹配的热流逸式真空泵的设计参数:热流逸式真空泵的串联级数为49级,其外部体积约为0.014m3,需要消耗3.07kW的热量(Knm=15、Knc=0.3、温差为60K)。
[硕士论文] 袁官
机械工程 中北大学 2018(学位年度)
摘要:干式真空泵的研发起源于半导体微电子行业,成熟与医疗、机械、煤炭设备、工业除尘除锈等行业,国家在真空泵的研发、生产投入了大量的财力、人力,虽然取得了长足的进步,但整个真空泵行业仍处于向国外学习阶段,本课题所研究的多级爪型真空泵立足于国家能源绿色化的战略基础上,为填补我省多级爪型免润滑真空泵零的空缺,为我省产业转型注入新鲜血液。
  本论文从单级爪型干式真空泵的基本工作原理出发对多级干式爪型真空泵的原理进行了分析,根据原理的分析提出了对多级真空泵的整体结构设计,关键零部件的设计,从泵腔、传动轴系统、电机等多方面进行了设计,并进行了包括压缩比、极限压力、理论抽速等真空泵性能方面的理论计算,为后续进一步对转子的设计提供了理论依据。
  爪形转子轮廓型线对爪形真空泵的性能起着重要的作用。本文提出了一种爪形转子轮廓型线的分析模型,包括轮廓型线方程、设计方法、几何理论。建立了齿形啮合关系;为了揭示爪型真空泵独有的过渡的特点,建立了以转动角度为基础的用于描述爪形真空泵整个工作过程的模型图。详细研究了过渡过程中气体在压缩、气体膨胀和混合、新腔形成等方面的工作特点,分析了爪型真空泵工作过程中存在的泄露问题,确定了转子间合理的泄露间隙最佳尺寸,通过对转子半径比、爪顶圆弧轴心角与影响工作性能的容积利用系数之间的关系进行分析,确定了最佳设计转子的尺寸,初步探讨了多级真空泵的动平衡,将迷宫密封技术首次应用于爪型泵的密封问题。
  利用CFD的方法在专业流体仿真软件CFX中进行了爪型真空泵整个工作过程包括吸力、排气、过渡过程流体的有限元数值模拟仿真分析,分析整个工作过程中泵腔的压力变化过程和热力学过程。研究结果对高性能的新型爪型转子模型的选择和真空泵设计性能评估有一定的参考价值。
[硕士论文] 孙瑾亭
流体机械及工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:论文以180L/s变螺距螺杆真空泵作为研究对象,从热力学角度研究了热变形对结构间隙的变化规律,从动力学角度分析了不同转子结构对螺杆真空泵动平衡性能的影响,为变螺距螺杆真空泵的系列化设计提供理论依据。其主要内容如下:
  (1)运用热力学、流体力学等相关理论,分析了变螺距螺杆真空泵转子的热力学过程,建立了四种不同结构转子的有限元模型,采用第三类热边界条件,进行了温度场和热变形的模拟分析,比较了等螺距与变螺距转子的温度场分布和热变形分布,并且阐述了四种结构热变形的分布。
  (2)综合考虑转子与泵腔的热变形分布,研究了热变形量对转子与泵腔内五处间隙值的影响,得到了优化后的间隙结构值,并且对不同抽速的变螺距螺杆真空泵转子进行了热变形分析,研究得出了转子尺寸与热变形量的变化规律,归纳了间隙结构值的计算公式。
  (3)基于机械转子的动力学设计理论,建立了主动转子和从动转子的动力学分析模型,通过一阶模态分析计算得到了模型的临界转速,判定运用刚性转子动平衡原理,进行动平衡设计。对转子不平衡量进行了计算,采用在转子左右端面处增加质量的方法,实现了有效的动平衡,并给出了动平衡设计前后转子的1-4阶模态分析,分析了不同转子结构对螺杆真空泵动平衡性能的影响。
  (4)依据研究结果,对转子、泵腔、间隙结构、轴系、冷却结构、进排气口等重要部件进行结构优化,完成了180L/s变螺距螺杆真空泵的结构设计。
[硕士论文] 魏本猛
流体机械及工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:真空技术在科学研究领域和工业生产领域发挥着十分重要的作用。由于泄漏的存在导致真空系统不能长时间保持理想的真空度是真空技术应用中存在的最大问题。真空计量技术中一项十分重要的内容是真空标准漏孔的研制。然而现有的标准漏孔存在漏率不确定,泄漏尺寸不可控,流动状态复杂等缺点,大大限制了真空计量技术的发展。研究具有可控的流动尺寸、流态和流导的标准漏孔近年来也成为真空技术中的一个较为热门的研究领域。
  针对上述传统标准漏孔制作中存在的问题,本文提出了一种通过二次选择镀膜方法,在多孔氧化铝薄膜上进行薄膜沉积从而获得特定的有效面积达到对漏孔元件的流导进行精确控制的目的。通过在多孔氧化铝薄膜表面整体沉积不同厚度的氧化铝薄膜,并使用氦质谱检漏仪对其本底泄漏进行测量,获得了可以密封多孔氧化铝上纳米孔的最佳膜厚;由于本项目实验采用的多孔氧化铝薄膜具有的纳米孔的直径小于大气压下的氦气、氮气和氩气的平均自由程,因而这些气体在流经该通道时由真空到大气压范围内均可以保持分子流状态,可以大大拓展标准漏孔的应用领域,简化标准漏孔检漏的工作量;利用自行搭建的基于差压法的真空漏孔校准装置和动态定容升压法的校准装置对制作得到的具有不同的有效面积的标准漏孔进行流导校准。结果表明其流导大小与有效面积的大小具有优良的对应关系,且漏孔的流导的大小不会随着前级压强的变化而变化,即该气体流经该真空漏孔时为分子流状态。使用本文提出的制作方法可以简单迅速地制作流导可控的分子流标准漏孔,成本低,对所需要的设备要求不高,具有十分广阔的应用前景。
[硕士论文] 寇钰
流体机械及工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着浮空平台在众多领域的广泛应用,对浮空平台囊体整体漏率测试显的愈发重要。而现有浮空平台囊体整体漏率测试方法中存在测试系统费用高、操作复杂、测试精度低、环境影响大等问题。
  针对目前常用的绝压法测量囊体整体漏率存在的问题,本文采用参数补偿方法对囊体整体漏率进行测量,并通过验证性实验证明该方法可以有效抑制由于环境温度波动对测量结果产生的影响,减小测量误差。同时利用氧气枕进行缩比实验,测试结果相对误差低于15%,并结合不确定度传播规律得出实验测量装置总体不确定度为6.64%。本文利用气体标定法对测试系统中的膨胀室和刚性容器的体积进行了测量,同时对于柔性容器体积的测量提出了三种测试方法,并采用变化系数补偿法对被测容器的体积进行了测量,对柔性容器体积与压强关系进行初探。本文搭建了柔性容器整体漏率测试系统,设计数据采集的硬件及软件系统,通过向标准室中添加镀银细铜丝的方式进一步抑制温度波动,并利用滑动平均滤波方法对数据进行滤波处理。同时基于柔性容器整体漏率测试系统对比了绝压法、差压法、参数补偿法三种方法,实验结果表明参数补偿法优于另外两种方法,并利用经参数补偿法及变化系数补偿法修正后的数据结合积分法对被测容器的有效漏孔面积进行了计算。
  本文设计的柔性容器整体漏率测试系统具有成本低、操作简单、测试周期短等优点。
[硕士论文] 石海涛
安全科学与工程 中国矿业大学;中国矿业大学(江苏) 2017(学位年度)
摘要:煤炭是我国主体能源,瓦斯作为煤的伴生产物,不仅是煤矿重大灾害源和污染源,更是一种宝贵的不可再生能源。井下钻孔瓦斯抽采是煤矿瓦斯采集以及预防瓦斯事故重要技术手段。钻孔密封质量直接决定瓦斯的抽采效果,一种好的封孔工艺能够保障钻孔瓦斯的长时间高效抽采,故此开展钻孔密封材料、技术及装备等方面的研究有着重要的意义。
  本文基于机械行业流体密封理论分析了钻孔的密封机理。通过对钻孔密封机理的研究,指出导致钻孔密封失败的原因,漏气通道的存在。钻孔漏气通道主要有透过巷道卸压带漏气、钻孔周围破碎区裂隙漏气、封孔段封孔材料间隙漏气三类,而避免封孔段封孔材料出现裂隙是封孔工作的重中之重。
  研发出一种高性能的水泥基复合膨胀材料,该材料膨胀系数可达1.4以上。针对材料特性研制了一套封孔装备,主要包括单体囊袋和气动注浆车等。以新材料和装备为基础,优化了传统的封孔工艺,形成了稠化膨胀浆体封孔新技术,并进行了地面模拟封孔试验。
  在淮南矿业集团朱集东矿进行了现场工业性试验,试验内容包括两个方面,稠化膨胀浆体封孔工艺的试验以及矿井原始的封孔方式搭配新型材料的混合工艺封孔试验。对比新工艺与矿方原始工艺封堵钻孔的抽采效果,结果表明:在为期30天的考察期内,矿方原始工艺封堵钻孔的抽采浓度在30天后普遍降到10%以下,而新工艺的应用使钻孔一直保持60%以上的高浓度抽采,将单孔平均抽采浓度提高了约50%,延长了钻孔有效抽采期。新工艺与混合工艺封孔效果几乎相当,这表明封孔材料不能满足钻孔密封要求是试验矿井钻孔密封效果差的根本原因之一。新工艺的应用简化了施工步骤,提高了封孔效率,降低了封孔成本。
[硕士论文] 卢正艳
机械工程 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:燃料芯块真空干燥炉设备的研制是国家核燃料元件制造领域的一个重大科研项目,目的是在对核电技术知识消化吸收的基础上,研制出一台真空干燥设备,实现核电技术关键设备的国产化,提高核电技术自主化水平。
  该设备的研制过程主要分为硬件系统研制和软件系统研制两大部分。硬件研制主要包括真空系统的研制、炉体的研制、强制冷却系统的研制、冷却水系统的研制、加热系统的研制、气体集散系统的研制。软件研制主要指电气控制系统研制,包括工艺监控系统的研制、炉温控制系统的研制、过程控制系统的研制、记录系统的研制和安全警报系统的研制。本文根据设备主要技术性能参数对硬件系统和软件系统进行设计与研究(难点在于真空腔室密封性和真空度的控制、传动装置结构的设计、加热系统均温性的保证、风机的选型等),确定了最优设计方案,成功的完成了燃料芯块真空干燥设备的研制,并通过了设备PLC鉴定及设备合格性鉴定。最后基于该设备,完成了燃料芯块干燥工艺的研究,确定了较优工艺参数组合,充分的验证了设备的稳定性和可靠性。
  面对国内高速发展的核电趋势,本课题的研究为我国燃料芯块干燥工艺提供了技术先进、经济的干燥设备,大大的降低了设备采购的成本,提高了燃料芯块的干燥能力。该设备的成功研制,填补了国内燃料芯块真空干燥设备的空白,具有很大的社会效益和经济效益。
[硕士论文] 马金龙
机械制造及其自动化 哈尔滨商业大学 2017(学位年度)
摘要:油扩散泵是目前用来获得高真空的工具之一,其应用领域较为广泛。它具有成本低,结构简单、制造容易、无机械传动、无振动、无噪声、操作方便、便于维护、寿命长等特点。油扩散泵的抽气速率和返油率是反应油扩散泵工作性能的重要指标,而如何提高油扩散泵的抽气速率和降低返油率一直是相关研究单位关注的重点。
  一般来说,在结构上影响扩散泵抽速的因素主要是喷嘴直径、喷嘴喉部间隙、各级间距、腔体形状等。本文通过对KT-400油扩散泵的设计计算初步确定了油扩散泵的结构尺寸,利用Solidworks进行三维建模并使用计算流体力学的软件Fluent对喷嘴结构、张角角度、喉部间隙和各级的级间间距进行数值模拟并加以优化,同时也对挡油帽、挡油环和凸腔腔体对蒸汽射流的影响做了数值模拟。
  通过数值模拟结果得出,喷嘴的结构可以影响被喷出的蒸汽射流的速度;喷嘴张角越大蒸汽射流速度越大;喉部间隙越小蒸汽射流速度越大;各级间间距是存在最优值的;各级间间距越大,从一级喷嘴喷射出的蒸汽射流速度越小;级间间距过小,各级喷出的蒸汽射流将会相互干扰;挡油帽和挡油环可以有效的阻止蒸汽的返流;凸腔泵的返油率要低于直腔泵。
[硕士论文] 周河声
机械工程 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:知识工程在机械产品尤其是真空设备的设计领域的研究和应用还处于初级阶段,特别是在国内,很多真空设备制造企业至今尚未认识到其重要性,现有的理论研究还与实践含具有较大的差距,处于初步尝试阶段。同时随着市场竞争不断激烈,客户需求响应的及时性的提高,对真空设备制造企业提出了越来越高的要求。因此,企业要想保持核心竞争力,必须实施知识工程方法,将知识工程应用到真空机组产品的方案设计过程中,因此成为本课题的研究问题。
  本文主要研究支持真空机组方案设计的设计方法和流程,并在研究工作的基础上开发面向行业典型产品的支持真空机组设计的专家系统。本文在研究过程中,始终坚持理论联系实际的原则,以理论研究为主线,以真空机组设计方法为主要研究对象,探讨支持真空机组设计的专家系统的原理与应用。
  本课题研究与设计的真空机组智能设计系统,采用RBR和CBR的双重推理机制。一方面从机组设计流程出发,结合真空知识与行业标准,吸收技术人员的设计经验来建立企业规则库,从而正向推理出真空系统的主要部分—真空泵。另一方面逐步添加企业所有的订单来扩充实例库,力求每一个新的订单都能由若干工况参数和设计参数在实例库中寻找到类似的解,仿照类似的案例为新的订单填充各式各样的配件,达到快速决策的目的。同时CBR推理机制的一个卓越的优点是边设计边学习,经由本系统设计出的每一条新的订单,都会被收录进实例库中作为经验供后来者使用。
  根据不同客户需求的差异,满足条件的真空机组也不一致,系统在提供选型功能的同时也具有二次开发的功能。实例库中的每一条信息在数据库中都具有唯一的地址与之对应,其中包含了订单的详细配置信息、外形预览图、机组流程图、CAD装配图以及三维模型等,方便技术人员准确及时地找到需要完善的内容进行二次开发。
  本系统同时也是对企业资源的一次整合。由于建立规则库与实例库的需要,对一套真空机组中的各项组成部分必然也需要进行详细的归纳整理以便甄选出最为适合的组件。
  本系统满足了企业发展中关于订单自动化和生产的要求,达到了预期的效果,具有一定的经济价值和实用价值。
[硕士论文] 姚智超
控制工程 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:真空设备控制系统作为先进的自动控制系统,被广泛应用于电子半导体业、机械加工业等领域,但随着互联网实时通讯技术的迅速发展以及管理模式的不断升级,传统的本地监控模式已经无法满足信息化生产的需求。通过互联网通讯技术实现的远程监控模式,逐渐成为自动化监控系统的新方向。
  本课题以某真空设备厂的设备远程监控系统为项目背景,针对设备机组监控不足、实时性能差等问题,设计开发基于B/S模式的真空设备远程监控系统,重点阐述远程监控软件的系统架构、功能模块设计和数据通讯技术。首先,本文对真空设备系统进行需求分析,通过对C/S和B/S网络架构方案的对比,提出采用基于B/S模式的远程监控模式。接下来,部署远程监控网站,采用WebSocket技术与服务器建立数据实时通信,同时,服务器采用数据库技术和网络通信技术与现场PLC、温度控制仪表等设备进行数据交换,实现真空设备系统的远程监控功能。最后,针对系统的实际需求,详细设计远程监控模块、通信模块、历史数据查询模块等软件功能模块,并采用Ajax技术实现监控界面数据更新。
  本系统以Visual Studio2012作为开发环境,设计开发基于B/S模式的真空设备远程监控系统,实现系统管理员在互联网环境下随时随地对现场设备运行情况进行远程监控,不仅改善传统的设备监控模式,而且弥补完全以数据库作为数据源造成的实时性差的缺点。该远程监控系统在实际应用中表明,系统运行稳定,实时性能良好,能够实现对真空设备的远程监控功能,具有可行性。
[硕士论文] 胡宽辉
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:伴随着工业5.0的到来,工业上对真空泵的需求与日俱增,使用者对其要求也越来越高。爪型干式真空泵是众多干式真空泵中的一种,目前被广泛应用到航天、半导体、制药、化工等行业。由于国内对爪型干式真空泵的研究工作起步比较晚,因此国内市场所使用的高端泵仍然需要从外国进口,因此价格也明显的高于国外。为了满足高新技术产业和特殊使用场合的需求,国内有多所高校和科研院所致力于开发、研究爪型干式真空泵。本论文以爪型干式真空泵为研究对象,对单级爪型干式真空泵的整体结构,转子型线设计以及密封问题等内容进行了深入的研究和探讨。
  主要完成了以下工作:(1)论文介绍了国内外针对干式真空泵的一些研究现状,阐述了干式真空泵的概念和分类以及爪型干式真空泵的结构、工作原理和工作过程;(2)对爪型干式真空泵的整体结构和关键零部件进行了设计。主要包括泵腔的设计、转子的设计、传动轴的设计、校核及受力分析,密封结构设计、齿轮以及电机的选择;(3)设计了一种新型爪型干式真空泵转子。现有的爪型干式真空泵转子在位于爪顶与爪顶端圆弧相连接的地方会有两个尖点,完成的是点与曲线相啮合的工作过程,这种工作过程会产生很多弊端。针对这个问题本论文巧妙的将尖点去掉,使得转子在工作过程中避免了点与曲线的啮合,从而完成圆弧与曲线相啮合的工作过程;通过轻量化设计使得转子重量减轻了1/4到1/5,有效地减少了原材料消耗并使其在工作中降低了能耗;对转子的动平衡进行了分析,并通过Pro/e软件验证了改进后转子的平衡性;把爪型干式真空泵工作特性模拟的压力场、温度场的分布作为加载条件,利用有限元分析软件得到了在介质压力作用下转子所受的应力情况。(4)将新型磁流体密封技术应用到爪型干式真空泵中。介绍了新型磁流体密封技术的原理,设计了新型磁流体密封结构并装配到爪型干式真空泵上,利用ANSYS有限元分析软件对所设计的新型磁流体密封结构进行了磁场分析,验证了新型磁流体密封技术满足密封耐压要求,并通过对比试验验证了磁流体密封技术性能的优越性。
  通过对爪型干式真空泵进行优化设计,其性能得到显著提升,为后续研究出更优良的爪型干式真空泵奠定了基础。
[硕士论文] 邢瑞远
精密测量物理 华中科技大学 2017(学位年度)
摘要:皮拉尼真空计是利用压强改变电阻周围的热效应,从而由电信号反映发热电阻周围压强的一种气压检测传感器。MEMS加工技术的快速发展,推动着微机械皮拉尼真空计的工艺不断成熟。其中,选择合适的材料制作悬浮平板会是提高皮拉尼真空计性能的关键因素之一,一般微机械皮拉尼真空计的悬浮平板采用二氧化硅、氮化硅、或者两者的复合膜制作而成,制备此类介质薄膜需要专门的沉积设备,而且难以消除薄膜的残余应力,制作成本较高且加工难度大。光敏聚酰亚胺(PSPI)作为一种易于图形化的材料因其化学性质稳定、热稳定性优良、机械性能强以及容易制备等优点,可以很好的充当悬浮薄膜结构,广泛应用于MEMS器件加工当中。
  本文中涉及的MEMS传感器为微型皮拉尼真空计,该器件结构设计分为四层,分别为硅基底、铝膜层、支撑发热电阻结构的悬浮平板层和发热电阻层。为提高皮拉尼真空计的性能,我在设计中创新性的使用了光敏聚酰亚胺来制作该真空计的悬浮平板薄膜,并依据该皮拉尼真空计的结构特点,设计了详细的加工工艺流程。工艺流程共包括27个步骤,涵盖了旋转涂胶、光刻、镀膜、ICP刻蚀等半导体工艺,在此重点介绍了对电阻制备有较大影响的旋转涂胶工艺以及对悬臂梁有较大影响的ICP刻蚀工艺。最后,基于这种PSPI材料加工出了微型皮拉尼真空计样品。
  本文中检验真空计电阻和压强对应关系的电路采用的是“四线法”扣除线电阻,并用真空系统提供发热电阻周围的压强环境,最终测出该皮拉尼真空计在1~10Pa的压强范围内可以分辨1Pa气压变化,10~100Pa的压强范围内可以分辨10Pa气压变化,100~500Pa的压强范围内可以分辨100Pa气压变化。
  本实验成功实现了基于光敏聚酰亚胺做为悬浮平板薄膜的皮拉尼真空计的制作,光敏聚酰亚胺体现出了易于图形化、良好的热稳定性以及稳固的机械性等优点,可推广到所有类似的需要悬浮平板的微机械器件结构之中。
[硕士论文] 高常青
机械工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:真空技术以其无污染、无氧化等特点在加热领域得到了越来越广泛的应用。目前常见的真空加热设备大多应用于工业生产。工业用设备往往体积庞大,难以搭配高倍显微镜对真空加热过程进行精密监测,对工件或材料在某一温度下的变形以及表面形貌变化只能凭借经验做出定性的估计,难以做出精确的定量判定。为解决此问题,本文研究开发了真空加热观测实验平台,主要研究内容包括以下几个方面。
  (1)根据真空加热观测实验平台技术指标制定整体方案,并对组成该平台的五个部分进行逐一设计。真空室部分,设计了真空腔体结构,计算了真空腔体壁厚,选取了观察窗水冷方案并布置了水冷通道。真空泵组部分,设计了泵组组合方案,选取了机械泵与分子泵。真空管路部分,设计了连接真空室和泵组的管路。加热部分采用外热式加热,对加热丝的结构和排布进行了设计,同时设计制作了保温层和温控回路。其它部分则选取了隔振平台,设计定做了高倍显微镜。
  (2)运用有限元分析软件ANSYS Workbench对真空腔体进行有限元分析,仿真结果表明:在额定载荷下,真空腔体底部变形最大,侧壁抽气口开孔处应力最大,真空腔体底部变形量超过技术指标要求。为了减小变形量,本文采用对真空腔体底部进行加厚和布置加强筋的方案对真空腔体底部进行结构优化,并对两种优化方案从加工工艺到优化效果进行对比,最终选取真空腔底部加厚的方案。对真空腔体侧壁结构进行尺寸的参数化管理,并以真空腔体应力值最小、真空腔体质量最小为目标进行多目标驱动优化,根据优化结果选取抽气口管路轴线到真空腔体顶部距离29mm和抽气口内径尺寸8mm的最佳尺寸组合。
  (3)对加工完成的真空加热观测实验平台各部分进行搭接、安装,并对组装完成后的设备进行抽真空试验和显微观测试验。结果表明:真空加热观测实验平台能够在额定时间内达到要求真空度,且放大倍数、视野范围均符合技术指标要求。对真空加热观测实验平台的工作区域进行了最高工作温度下的温度均匀性测量。结果表明:随着加热时间的延长升温速度减慢,加热30min后工作区域温度可以稳定在最高设定温度700℃附近,温度场进入平衡状态。对30min、32min、34min、36min、38min、40min六个时刻的测温点温度数据进行温度均匀性计算。结果表明:这六个时刻温度均匀性分别为5℃、4℃、8℃、5℃、6℃和4℃,符合设备的温度技术指标要求。
[硕士论文] 肖红云
流体机械及工程 合肥工业大学 2017(学位年度)
摘要:论文主要以变螺距螺杆真空泵为研究对象,建立了变螺距螺杆真空泵气体输运模型,分析研究了变螺距螺杆真空泵的抽气过程,探究了变螺距螺杆真空泵多种性能参数的变化规律,优化设计了变螺距转子结构,有效地降低了压缩功耗。全文主要研究内容及相关成果如下:
  (1)分析总结了常见的变螺距转子结构,基于光滑连接条件,运用多项式拟合构建了变螺距转子螺旋展开线的多项式方程,建立了变螺距转子结构的数学模型,为变螺距转子的结构设计提供了理论依据。
  (2)根据渐开线型转子螺杆真空泵构成特点对泵腔内不同级间泄漏通道进行了合理简化,建立了不同泄漏通道在不同流态下的流量计算模型。在忽略泵腔内温度变化的前提条件下,考虑了整个抽气过程中通过级间泄漏通道气体流动状态的改变,并根据质量守恒定律和理想气体状态方程建立了变螺距螺杆真空泵气体输运模型,为变螺距螺杆真空泵设计阶段的性能预测提供理论依据。
  (3)分析研究了变螺距螺杆真空泵多种性能参数的变化规律,研究结果表明:在排气端减小转子齿顶与泵腔内壁间间隙,而在吸气端减小转子齿间间隙,有利于提升泵的抽气性能。分析比较了等螺距螺杆真空泵与变螺距螺杆真空泵抽气性能上的差异,研究结果表明,等螺距螺杆真空泵在极限压强上具有优势,而变螺距螺杆真空泵在功率消耗方面具有较大优势。
  (4)比对分析了四种不同转子结构变螺距螺杆真空泵的抽气性能,优化了变螺距转子结构,有效地降低了压缩功耗,提升了变螺距螺杆真空泵抽气性能。
[硕士论文] 赵永恒
流体机械及工程 合肥工业大学 2017(学位年度)
摘要:标准漏孔是真空计量技术的标尺,它的性能直接影响着真空测量和真空检漏结果的准确性。目前,常用的通道型标准漏孔存在着形状尺寸不可控、漏率不确定、漏孔中气体多处于复杂过渡流等问题,这些问题的存在导致无法对检漏仪和真空计进行准确的标定和校准。
  针对传统标准漏孔存在的问题,本文提出了利用阳极多孔氧化铝模板(anodicaluminum oxide,AAO)结合掩模辅助镀膜方法制备新型分子流标准漏孔的方案。AAO是微纳加工中常用的一种纳米级多孔材料,其中单个孔的直径在100urn以下,本文通过掩模辅助镀膜方法对AAO进行了二次镀膜处理,并利用光学显微镜对镀膜结果进行了观察,实验结果表明通过采用不同尺寸的掩模板可以制备出具有不同有效面积即不同通道数目的AAO。然后,我们利用自行设计搭建的差压法漏孔校准装置,以氦气(He)、氮气(N2)、氩气(Ar)为实验气体对镀膜后的AAO封装形成的标准漏孔的漏率和流导进行了测量。实验结果表明:(1)对于不同有效面积封装形成的漏孔,漏孔流导与AAO的有效面积成正比;(2)对于特定漏孔,在大气压下漏孔中气体始终处于完全分子流状态,即漏孔流导与前级压强无关,在大气压下为一常数;漏孔流导与所用实验气体质量方根的倒数成正比。
  本文所提出的基于AAO的完全分子流标准漏孔具有制作成本低廉、制作方法简单、压强适用范围广(最高压强可达100kPa)、漏孔流导可控、漏孔对于不同种类气体的流导具有可预测性等优点。
[硕士论文] 施毅
流体机械及工程 合肥工业大学 2017(学位年度)
摘要:双螺杆真空泵工作时,腔内的气体流动状态非常复杂,难以通过实验方法来对其转子、流场等进行有效的研究。而有限元方法与实验方法相比,具有灵活、高效、直观、经济、操作性强等特点,非常适合对螺杆泵研发设计的前期研究。本文运用理论计算与有限元分析相结合的方法,分别对螺杆泵动平衡前后转子的动力学性能,转子及泵腔的热变形情况和泵腔内流场进行了对比分析和研究。其主要内容如下:
  1.选取球墨铸铁QT500-7作为转子材料,且通过理论计算证明其完全满足螺杆泵对其性能要求。建立了动平衡前后阳转子的有限元模型,对其应力及力变形进行数值模拟分析,得到了动平衡前后阳转子的等效应力分布及力变形情况,并进行了对比分析;
  2.建立了动平衡前后的转子及腔体的有限元模型,并对其进行热分析,得到了温度场的分布规律及热变形情况。且对动平衡前后转子及腔体的热变形结果进行了对比分析,并分别计算了排气口温度150℃到300℃之间的四个工况的转子热变形情况,给出了预留装配间隙的建议值;
  3.根据相似性原理,建立了简化的螺杆泵腔内流场的有限元模型。基于FLUENT,运用动网格技术进行有限元分析,得到了泵腔内气体的压力场、速度场及温度场的分布情况,揭示了流场的变化规律,且能够清晰的捕捉返流情况、噪音来源等。
  本文的研究内容及所得结论为项目研究的对象双螺杆真空泵的优化设计提供了理论依据及研究方法,具有一定的理论意义与实用价值。
[硕士论文] 潘盛佳
材料工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:超级双相不锈钢综合了铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的性能特点,具有优异的耐腐蚀性能及良好的综合力学性能,并在石油、天然气领域得到较为广泛的应用。然而,由于双相组织难以协调,导致双相不锈钢无缝管道在实际生产过程中,易出现热穿管开裂的问题。本文研究了S32750超级双相不锈钢热变形中的动静态再结晶过程,及其对两相组织控制和耐腐蚀性能的影响。
  研究发现,在S32750超级双相不锈钢中,Ni、Mn元素易在奥氏体中富集,而Cr、Si、Mo则倾向分布于铁素体中。经1000-1250℃高温退火,S32750超级双相不锈钢中铁素体比例随退火温度变化呈先减少后增多的变化趋势。与之相对应,S32750超级双相不锈钢的抗腐蚀能力随着退火温度亦呈现先上升后下降的变化规律。退火温度为1050℃时,两相相比例最为接近,S32750超级双相不锈钢的抗腐蚀性能最佳。
  研究S32750双相不锈钢的热变形流变曲线可得,其动态再结晶激活能为Q=552kJ/mol,应力指数n=4,其热变形方程为ε=3.37×1017[sinh(ασp)]4exp(-552000/RT)。变形温度1050℃,变形速率0.1-1s-1条件下,两相晶粒尺寸最为均匀且细小,约15μm;在相同变形速率条件下,变形温度为950℃时,试样中铁素体和奥氏体晶粒尺寸无论从分布情况或是平均晶粒度的数值都最为接近,约12.5μm。在低变形速率(0.01s-1-1s-1)热变形过程中,S32750超级双相不锈钢中铁素体率先发生动态再结晶,而奥氏体未发生动态再结晶,储存大量形变能,促使奥氏体向铁素体相的转变。在高变形速率(1s-1-10s-1)情况下,两相均发生动态再结晶,未发现明显的相转变。
  S32750超级双相不锈钢热变形后,在短时保温过程中,变形组织会发生回复与静态再结晶行为,回复以及静态再结晶过程在20s内基本完成,保温时间延长至100s,组织变化不大。
[硕士论文] 吴奇彪
机械工程 大连海事大学 2017(学位年度)
摘要:以射流式真空发生器为真空发生装置的真空吸附系统作为一种重要的搬运技术,使气动技术应用的领域越来越广泛。但是射流式真空发生器存在一个共同的规律,真空度在供给压力0.45 MPa达到最大,超过0.45 MPa时,真空度会出现下降;而且在正常工作过程中必须持续定量供气,空气消耗量很大。因此,本文针对此问题分析真空度下降的原因,并通过仿真获得影响真空度的结构参数,使最大真空度在更低供给压力下达到最大值,从而节省空气的消耗。
  本研究针对拉瓦尔喷管的工作原理分析其喷管内几种流动状态,研究不同上游与下游压力比值喷管内的流动状态。利用fluent对其进行数值模拟仿真,仿真结果表示:改变拉瓦尔喷管的收缩角或扩张角,其出口速度基本不变;但改变喷管出口面积与喉部面积比值,喷管出口速度发生显著的变化,因此面积比是影响拉瓦尔喷管加速的主要因素,喷管出口速度是由面积比值唯一确定的。由通过拉瓦尔喷管空气消耗量公式可知,空气消耗量与供给压力成正比,因此可通过降低供给压力的大小来减小空气的消耗,从而实现节能。其次,利用fluent对真空发生器整个内部流场数值模拟仿真,分析了真空度下降的原因以及在不同的参数下真空发生器真空度曲线的变化,探讨了真空发生器参数对最大真空度下降点以及峰值的影响。最后,采用3D打印技术加工设计不同结构参数的真空发生器,搭建试验台并通过试验研究参数的变化对其性能的影响。试验结果表明:减小扩张管直径或面积比值的大小,可使真空度在更低压力达到最大值。以喷嘴直径为1mm的为例,在出口直径为1.8 mm、扩张管直径为2.2 mm,取得最大真空度的供气压力为0.3MPa,最大真空度为86 kPa,降低了取得最大真空度的压力值,相当于减小了空气消耗量。
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