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%。

根据空气压缩机供油润滑系统的特性,从能量守恒和质量守恒基本方程出发,建立了空气压缩机润滑系统数学模型。通过对该模型的分析可知,在润滑油管路中加装节流装置可实现对空压机润滑系统油压的增加。试验结果表明该理论模型是合理的,该模型及分析结论对空压机润滑系统的优化设计具有一定的指导意义。

目前国内外干式双螺杆压缩机大多数直接采用了喷油螺杆压缩机的型线,一般通过改变齿数比,适应干式螺杆压缩机低压比和大气量的需求。通过对干式双螺杆空压机型线开展优化设计,将螺杆压缩机型线中瞬时啮合的曲线变为逐点啮合的曲线,避免压缩机螺杆齿面啮合的泵吸作用,从而降低压缩机气动噪声,改善压缩机运行环境。

此前国内没有一套较完善的符合标准要求的压缩空气净化设备综合试验平台;介绍了该平台的研制、安装调试过程,解决了压缩空气中添加污染物、颗粒测量、过滤器效率检测等问题,为后续产品检验、标准制定提供了平台。

转子的型线设计对设备的密封性影响极大,针对现有转子存在尖点和对尖点直接倒圆的问题,该文通过研究现有转子的啮合特点,基于曲线啮合基本定理和平面坐标变换理论,提出了一种偏心圆与其包络线的模型,并通过包络法、运动学法和啮合法线法求解了包络条件,证明了三种方法的同一性与有效性,提出了一种应用偏心圆与其包络线的新型转子,该转子具有设计简单,方法可靠,啮合性好,密封性高的优点,提高了使用该转子的设备的性能和寿命。

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。

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。