基于有限元方法的渦輪分子泵轉子系統模態分析

王曉冬¹ 孫 妍¹ 方立武² 李曉勇²

(1.東北大學真空與流體工程研究所 沈陽 110004;2.北京利方達真空技術有限責任公司 北京 100029)

　　摘要：渦輪分子泵是一種依靠高速運動的剛體表面“拖動”氣體分子作定向運動、實現氣體抽出、獲得高真空和超高真空的精密動量傳遞式機械真空泵，其特點是轉速高(18000-74000 轉/分)、動靜渦輪葉片間隙小(徑向間隙0.5毫米左右、軸向間隙1毫米左右)，需要精密加工、精密裝配和精密動平衡。

　　為保證分子泵安全啟動、停車和可靠運行，除需要對轉子系統進行精確的動平衡以減少震動之外，還需對轉子系統的臨界轉速和模態進行細致分析和精確計算，以確保轉子系統工作轉速處于相鄰兩階臨界轉速之間。

　　此外，準確計算轉子臨界轉速對于泵啟動加速過程和停車減速過程的合理控制，減弱或回避共振帶來的安全隱患和使用壽命降低同樣具有十分重要意義。

　　本文考慮了分子泵轉子系統形狀、尺寸、材料、支承形式以及重量分布、工作條件等因素，建立了分子泵轉子系統簡化計算模型，采用有限元方法對分子泵轉子系統進行模態分析，確定各階臨界轉速和振型，作為分子泵設計和安全運行控制的重要依據。

　　關鍵詞：渦輪分子泵 轉子系統 臨界轉速 模態分析 有限單元法

　　基金項目：中澳國際合作項目(No.74404015);遼寧省自然基金項目(No.20102073);回國博士啟動基金項目(No. 18504032)