爪式转子对爪式真空泵的使用性能产生极大影响。基于曲线啮合理论,建立了2种常用于爪式转子中的曲线的啮合模型,分析了全光滑曲爪转子和全光滑直爪转子的构建,完善了其构建方法与型线的参数方程,验证了2种全光滑爪式转子的啮合正确性;通过理论研究、力学分析和数值模拟,比较了不同的全光滑爪式转子真空泵的工作性能、转子力学性能和内部流场。研究结果表明全光滑曲爪转子真空泵的工作性能参数比全光滑直爪转子真空泵更好,全光滑直爪转子的力学性能比全光滑曲爪转子更加优越。研究结果为爪式真空泵的转子选用提供了理论依据。

为了解决现有罗茨真空泵转子出口处压力脉动大所带来的运行稳定性差的问题,对摆线型转子型线进行了建模,基于啮合原理和运动学求解方法,得到了转子的型线方程,并对其进行了二段式设计。利用数值模拟方法对传统摆线型转子和不同角度组合的二段摆线型转子进行了研究,结果表明二段转子较传统转子,能大幅度降低出口处的压力脉动,并且角度组合为(0~30)°的二段转子能更有效的降低出口处压力脉动,此时的二段转子出口处压力脉动,较传统转子下降了55.52%。

提出一种新型椭圆弧型罗茨转子型线,建立椭圆弧型转子型线生成的数学模型,得到转子中各段曲线的解析方程和角度的取值范围。研究椭圆弧型转子产生根切和余隙容积的条件,并利用Matlab设计无根切、无余隙容积的罗茨转子程序。分析椭圆弧型转子的参数变化对其面积利用系数的影响,并与传统的圆弧型、渐开线型转子进行对比。结果表明在外圆半径不变时,椭圆弧型转子的面积利用系数与节圆半径、椭圆弧段短半轴与长半轴比值成反比;在相同结构尺寸下,椭圆弧型转子的面积利用系数髙于圆弧型、渐开线型转子。

爪式转子型线对爪式真空泵性能影响极大;针对现有直爪转子型线存在尖点,从而导致尖点处泄漏加剧和变形大的问题,提出一种新型直爪转子,研究爪式转子型线的几何理论;利用理论分析与数值计算,比较不同爪尖半径直爪转子的工作性能和力学性能,并分析不同直爪转子真空泵的混合过程,进而得到直爪转子最佳爪尖半径比的范围。结果表明所提出的新型直爪转子改善了爪尖处的力学性能和密封性能;随着爪尖半径减小,爪式真空泵工作性能提高;适合的爪尖半径比ε为0.05714≤ε≤0.1143。

针对双螺杆液体泵的内部流场比较复杂,建立双螺杆液体泵的三维模型,采用三维结构化网格对模型进行网格划分,加密啮合间隙处的网格,从而准确、清晰地反应泵内流场的流动特性和流场分布规律。研究结果表明：双螺杆液体泵内压力呈阶梯状分布,转子啮合间隙处高低压交替分布;螺杆转子之间的法向间隙处存在Z轴泄漏速度的最大值,是主要的泄漏位置。研究结果为优化螺杆转子的设计提供依据。

基于啮合原理和几何原理，建立了圆弧扭叶型罗茨真空泵转子的端面型线、三维型线的参数方程。对流体区域进行网格划分，并对不同扭转角的扭叶转子进行数值模拟研究，对模拟结果进行了分析，结果表明：转子出口处和入口处的流量脉动率、压力脉动率、平均流量均与扭转角度的大小成反比，并且出口处的流量脉动率和压力脉动率对真空泵性能的影响明显高于入口处的流量脉动和压力脉动；虽然增大扭转角可以降低转子出口处的流量脉动率和压力脉动率，降低噪声，但是转子的平均流量也会下降，随着扭转角的增大，转子出口处的流量脉动率和压力脉动率的下降幅度会减小。