CN116988979B - 一种爪式真空泵隔板结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种爪式真空泵隔板结构，涉及爪式真空泵的隔板结构技术领域，隔板结构包括内部结构和外部结构，外部结构内设置用于安装内部结构的腔体，所述内部结构嵌套在外部结构内设置的腔体中，用于加强隔板结构的强度和提高散热效率，所述内部结构设置骨架结构，所述骨架结构是拓扑结构，所述拓扑结构内部的空腔部分为贯穿的冷却水道，所述冷却水道两端分别与水冷系统的进出液口连通。本发明的隔板结构采用多层紧凑设计，骨架结构的设计涉及散热设计，更有利于表面热传导，同时产生的空腔部分可用于水冷的水道，在两端分别与水冷系统的进出液口连通后，可以大大加快隔板结构内部的散热，从而大大缓解热应力集中和热胀冷缩的技术问题。

Description

一种爪式真空泵隔板结构

技术领域

本发明涉及爪式真空泵的隔板结构技术领域，尤其是涉及一种爪式真空泵隔板结构。

背景技术

在真空泵领域，传统的隔板结构采用的材料和设计并不能满足现代高性能真空泵的需求。例如，传统的隔板材料如铸铁、碳钢等密度较大、导热系数低，无法满足高速、高温、高真空环境下的工作要求。此外，传统隔板的结构设计也存在一些不足，如形变、泄漏率高、能耗大、散热能力不足等问题。因此，需要一种新型材料和结构设计来解决这些问题。

在爪式真空泵隔板的现有技术中，传统隔板的结构设计比较简单，通常采用单层平板结构，容易发生泄漏和能耗较高。此外，传统材料通常难以承受高温和高压的工作环境，容易磨损和黏附。在散热方面，传统隔板的散热能力较差。

现有技术的缺陷和不足仍然存在。例如，传统的隔板结构存在热应力集中和热胀冷缩等问题，导致隔板易于破裂或失效。因此，需要进一步改进和优化现有隔板结构，提高爪式真空泵隔板的性能和可靠性。

发明内容

为了解决上述现有技术中爪式真空泵隔板的技术问题，本发明提供一种爪式真空泵隔板结构。采用如下的技术方案：

一种爪式真空泵隔板结构，隔板结构包括内部结构和外部结构，外部结构内设置用于安装内部结构的腔体，所述内部结构嵌套在外部结构内设置的腔体中，用于加强隔板结构的强度和提高散热效率，所述内部结构设置骨架结构，所述骨架结构是拓扑结构，所述拓扑结构内部的空腔部分为贯穿的冷却水道，所述冷却水道两端分别与水冷系统的进出液口连通，用于为隔板结构散热。

通过采用上述技术方案，采用多层紧凑设计，骨架结构的设计涉及散热设计，更有利于表面热传导，同时产生的空腔部分可用于水冷的水道，在两端分别与水冷系统的进出液口连通后，可以大大加快隔板结构内部的散热，从而大大缓解热应力集中和热胀冷缩的技术问题，减少能耗。同时，骨架的设计结构化，有利于表面热传导，可以更加有效地降低温度，提高散热效果。

可选的，所述隔板结构还包括多片散热翅片，多片散热翅片的一端分别固定在外部结构的侧面，并等间距间隔排列。

通过采用上述技术方案，多层设计、冷却水道与散热翅片的结合：可以增加散热面积和散热效果。同时，冷却水道与散热翅片的结合，可以更加有效地降低温度，提高散热效果。

可选的，外部结构是矩形框架结构，内部为中空，中空部分用于安装内部结构。

通过采用上述技术方案，外部结构是整个隔板结构的外部框架，采用矩形框架结构，便于内部结构装配。

可选的，拓扑结构包括框架部和多层网状拓扑结构，所述框架部是矩形框架结构，外部嵌套在外部结构的内壁处，所述多层网状拓扑结构包括多层主层骨架部和多组支撑骨架部，所述主层骨架部的两端分别连接在框架部的内壁两侧，所述支撑骨架部的两端分别连接在相邻两层主层骨架部的上下两表面，位于最外层的主层骨架部最外侧连接的支撑骨架部的另一端连接在外部结构的内壁处，多层主层骨架部和多组支撑骨架部构成用于提高拓扑结构的内部多层网状拓扑结构，多层主层骨架部和多组支撑骨架部之间的空腔部分为贯穿的冷却水道。

通过采用上述技术方案，框架部采用和外部结构一致的矩形框架结构设计，便于装配，而内部的骨架结构采用多层网状拓扑结构设计，多层网状拓扑结构主要由多层主层骨架部和多组支撑骨架部构成，在形成网状拓扑结构，满足强度的设计需求的同时，内部形成大面积的空腔部分，空腔部分可以实现冷却水道的内置，在连接水冷系统的进出液口后，循环的水冷液可以高效地将多层网状拓扑结构的内部热量带走，散热效率更高。

可选的，外部结构的材料是具有耐腐蚀、耐磨损、自润滑和防粘黏的钛合金材料，内部结构是高强度的碳纤维复合材料构成。

通过采用上述技术方案，内部结构和外部结构选择不同材料，选择内部结构的材料以强度为主，以提高隔板整体强度和稳定性。外部结构的材料以耐腐蚀、耐磨损、自润滑、防粘黏为主，以保护隔板并提高其耐用性。

可选的，多层主层骨架部和多组支撑骨架部之间的空腔的内表面和外表面均为光滑的曲面，采用3D打印一体成型。

通过采用上述技术方案，更具体地，多层主层骨架部和多组支撑骨架部之间的空腔内表面和外表面均为曲率小于三分之一的曲面，能更好地保证结构的稳定性和内部冷却水道的流速，采用3D打印成型能更好地保证一体成型，使结构更加稳定。

可选的，多层主层骨架部和多组支撑骨架部的内部均匀设置导热内芯，导热内芯包括内芯主体和多根翅状导热柱，内芯主体与多层主层骨架部和多组支撑骨架部一体成型，并位于中心部位，翅状导热柱的一端均匀连接在内芯主体的外表面，另一端与多层主层骨架部和多组支撑骨架部的外表面平齐。

可选的，内芯主体内部设有换气通道，位于支撑骨架部末端的换气通道设置抽排气口，所述抽排气口设置换热风扇，加速拓扑结构内部热量交换速度。

通过采用上述技术方案，在多层主层骨架部和多组支撑骨架部的内部均匀设置导热内芯，导热内芯的材质可以是钛合金或铝合金制成，具有超高导热性，爪式真空泵运行过程中产生的热量能更好地被交换，通过内芯主体本身、换气通道、多层主层骨架部和多组支撑骨架部的外表面等共同作用，实现多位一体的热传导结构设计，散热效率大大增加。

可选的，多层网状拓扑结构的临界负载值为Fcr，多层网状拓扑结构在受到多向应力作用时，各方向能承受的临界负载值Fcr是200Kg/㎡，用于反映多层网状拓扑结构在受到多向应力作用时的稳定性。

通过采用上述技术方案，多层网状拓扑结构的临界负载值为Fcr主要用于反映拓扑骨架结构在承受外力时的稳定性，在采用多层主层骨架部52和多组支撑骨架部53组成的多层网状拓扑结构设计，其临界负载值为Fcr可以达到200Kg/㎡，整个结构强度和稳定性更好。

可选的，多层网状拓扑结构的三向应力分量使用以下公式来计算：

σ＝√(σx^2+σy^2+σz^2-σxσy-σyσz-σzσx)

其中，σx、σy、σz是三个方向的应力分量，σxσy、σyσz、σzσx是三个方向的剪切应力分量；

σmax是最大主应力，σmin是最小主应力，采用以下公式计算在多层网状拓扑结构中受力最大和最小的方向上的应力：

σmax＝(σ1+σ2+√(σ1^2+σ2^2-σ1σ2))/2

σmin＝(σ1+σ2-√(σ1^2+σ2^2-σ1σ2))/2

其中，σ1和σ2是两个主应力分量；

多层网状拓扑结构的临界负载值为Fcr计算采用以下公式：

Fcr＝(π^2EI)/(KL)^2

其中，Fcr是结构的临界负载，E是材料的杨氏模量，I是截面面积的转动惯量，K是有效长度系数，L是结构的长度。

通过采用上述技术方案，应力-strain关系：这是一个材料特性的基本公式，用于描述材料在受到外力时的应变和应力之间的关系。公式通常使用杨氏模量或剪切模量来描述材料的弹性行为。

等效应力：用来描述材料在受到多个方向应力作用时，其是否会发生破坏的指标。它是基于材料的三向应力分量计算的，使用以下公式来计算：

σ＝√(σx^2+σy^2+σz^2-σxσy-σyσz-σzσx)

其中，σx、σy、σz是三个方向的应力分量，σxσy、σyσz、σzσx是三个方向的剪切应力分量。

最大主应力和最小主应力：用于计算在拓扑骨架结构中受力最大和最小的方向上的应力。

σmax＝(σ1+σ2+√(σ1^2+σ2^2-σ1σ2))/2

σmin＝(σ1+σ2-√(σ1^2+σ2^2-σ1σ2))/2

其中，σ1和σ2是两个主应力分量。

稳定性分析：用于计算拓扑骨架结构在承受外力时的稳定性。

Fcr＝(π^2EI)/(KL)^2

其中，Fcr是结构的临界负载，E是材料的杨氏模量，I是截面面积的转动惯量，K是有效长度系数，L是结构的长度。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

本发明能提供一种爪式真空泵隔板结构，隔板结构采用多层紧凑设计，骨架结构的设计涉及散热设计，更有利于表面热传导，同时产生的空腔部分可用于水冷的水道，在两端分别与水冷系统的进出液口连通后，可以大大加快隔板结构内部的散热，从而大大缓解热应力集中和热胀冷缩的技术问题，减少能耗。同时，骨架的设计结构化，有利于表面热传导，可以更加有效地降低温度，提高散热效果；

内部结构和外部结构选择不同材料，选择内部结构的材料以强度为主，以提高隔板整体强度和稳定性。外部结构的材料以耐腐蚀、耐磨损、自润滑、防粘黏为主，以保护隔板并提高其耐用性。可以提高隔板的耐用性和可靠性，降低维护和更换的成本；

通过内芯主体本身、换气通道、多层主层骨架部和多组支撑骨架部的外表面等共同作用，实现多位一体的热传导结构设计，可以大幅增加散热面积和散热效果，降低温度，提高散热效果；

以上几个方面的综合运用，可以有效地提高爪式真空泵的隔板性能和寿命，降低维护和更换的成本，同时提高了爪式真空泵的工作效率和稳定性，具有重要的应用和推广价值。

附图说明

图1是本发明一种爪式真空泵隔板结构的内部剖视结构示意图；

图2是本发明一种爪式真空泵隔板结构的内部结构剖视结构示意图；

图3是本发明一种爪式真空泵隔板结构的多层网状拓扑结构立体结构示意图；

图4是本发明一种爪式真空泵隔板结构主层骨架部内的局部剖视结构示意图。

附图标记说明：1、内部结构；2、外部结构；3、冷却水道；4、散热翅片；5、骨架结构；51、框架部；52、主层骨架部；53、支撑骨架部；541、内芯主体；5411、换气通道；542、翅状导热柱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例公开一种爪式真空泵隔板结构。

参照图1－图4，实施例1，一种爪式真空泵隔板结构，隔板结构包括内部结构1和外部结构2，外部结构2内设置用于安装内部结构1的腔体，内部结构1嵌套在外部结构2内设置的腔体中，用于加强隔板结构的强度和提高散热效率，内部结构1设置骨架结构5，骨架结构5是拓扑结构，拓扑结构内部的空腔部分为贯穿的冷却水道3，冷却水道3两端分别与水冷系统的进出液口连通，用于为隔板结构散热。

采用多层紧凑设计，骨架结构5的设计涉及散热设计，更有利于表面热传导，同时产生的空腔部分可用于水冷的水道，在两端分别与水冷系统的进出液口连通后，可以大大加快隔板结构内部的散热，从而大大缓解热应力集中和热胀冷缩的技术问题，减少能耗。同时，骨架的设计结构化，有利于表面热传导，可以更加有效地降低温度，提高散热效果。

实施例2，隔板结构还包括多片散热翅片4，多片散热翅片4的一端分别固定在外部结构2的侧面，并等间距间隔排列。

多层设计、冷却水道3与散热翅片4的结合：可以增加散热面积和散热效果。同时，冷却水道3与散热翅片的结合，可以更加有效地降低温度，提高散热效果。

实施例3，外部结构2是矩形框架结构，内部为中空，中空部分用于安装内部结构1。

外部结构2是整个隔板结构的外部框架，采用矩形框架结构，便于内部结构1装配。

实施例4，拓扑结构包括框架部51和多层网状拓扑结构，框架部51是矩形框架结构，外部嵌套在外部结构2的内壁处，多层网状拓扑结构包括多层主层骨架部52和多组支撑骨架部53，主层骨架部52的两端分别连接在框架部51的内壁两侧，支撑骨架部53的两端分别连接在相邻两层主层骨架部52的上下两表面，位于最外层的主层骨架部52最外侧连接的支撑骨架部53的另一端连接在外部结构2的内壁处，多层主层骨架部52和多组支撑骨架部53构成用于提高拓扑结构的内部多层网状拓扑结构，多层主层骨架部52和多组支撑骨架部53之间的空腔部分为贯穿的冷却水道3。

框架部51采用和外部结构2一致的矩形框架结构设计，便于装配，而内部的骨架结构5采用多层网状拓扑结构设计，多层网状拓扑结构主要由多层主层骨架部52和多组支撑骨架部53构成，在形成网状拓扑结构，满足强度的设计需求的同时，内部形成大面积的空腔部分，空腔部分可以实现冷却水道3的内置，在连接水冷系统的进出液口后，循环的水冷液可以高效地将多层网状拓扑结构的内部热量带走，散热效率更高。

拓扑结构是指在机械结构设计中使用的一种方法，它关注的是结构中各个组件之间的连接方式和布局。通过选择不同的连接方式和布局，可以实现不同的功能和性能要求。

在机械结构中，拓扑结构可以用于设计框架、支撑结构、骨架等部件，以提供强度、刚度和稳定性。以下是几种拓扑结构：

1.网格拓扑结构：网格结构是最简单的拓扑结构之一，它由交叉相连的杆件或支撑组成。这种结构可以提供较高的强度和刚度，并且在承受载荷时能够均匀分散应力。

2.梁式拓扑结构：梁结构由横梁和纵梁组成，形成了框架状的连接方式。这种结构可以提供较好的刚度和承载能力，并且在承受弯曲和剪切力时表现出良好的性能。

3.蜂窝结构：蜂窝结构由一系列六边形、正方形或其他形状的单元组成，形成了密集的排列方式。

4.束结构：束结构由多个细长的杆件或支撑体组成，呈束状连接。这种结构在提供强度和刚度的同时，还具有一定的柔性，可以适应一些变形和振动。

5.薄壳结构：薄壳结构是一种薄而曲面的结构，可以承受压力、弯曲和剪切力。

拓扑结构可以是以上的一种或几种的组合。

实施例5，外部结构2的材料是具有耐腐蚀、耐磨损、自润滑和防粘黏的钛合金材料，内部结构1是高强度的碳纤维复合材料构成。

内部结构1和外部结构2选择不同材料，选择内部结构1的材料以强度为主，以提高隔板整体强度和稳定性。外部结构2的材料以耐腐蚀、耐磨损、自润滑、防粘黏为主，以保护隔板并提高其耐用性。

多层主层骨架部52和多组支撑骨架部53之间的空腔的内表面和外表面均为光滑的曲面，采用3D打印一体成型。

更具体的，多层主层骨架部52和多组支撑骨架部53之间的空腔内表面和外表面均为曲率小于三分之一的曲面，能更好地保证结构的稳定性和内部冷却水道3的流速，采用3D打印成型能更好地保证一体成型，使结构更加稳定。

多层主层骨架部52和多组支撑骨架部53的内部均匀设置导热内芯，导热内芯包括内芯主体541和多根翅状导热柱542，内芯主体541与多层主层骨架部52和多组支撑骨架部53一体成型，并位于中心部位，翅状导热柱542的一端均匀连接在内芯主体541的外表面，另一端与多层主层骨架部52和多组支撑骨架部53的外表面平齐。

内芯主体541内部设有换气通道5411，位于支撑骨架部53末端的换气通道5411设置抽排气口，所述抽排气口设置换热风扇，加速拓扑结构内部热量交换速度。

在多层主层骨架部52和多组支撑骨架部53的内部均匀设置导热内芯，导热内芯的材质可以是钛合金或铝合金制成，具有超高导热性，爪式真空泵运行过程中产生的热量能更好地被交换，通过内芯主体541本身、换气通道5411、多层主层骨架部52和多组支撑骨架部53的外表面等共同作用，实现多位一体的热传导结构设计，散热效率大大增加。

实施例6，多层网状拓扑结构的临界负载值为Fcr，多层网状拓扑结构在受到多向应力作用时，各方向能承受的临界负载值Fcr是200Kg/㎡，用于反映多层网状拓扑结构在受到多向应力作用时的稳定性。

多层网状拓扑结构的临界负载值为Fcr主要用于反映拓扑骨架结构在承受外力时的稳定性，在采用多层主层骨架部52和多组支撑骨架部53组成的多层网状拓扑结构设计，其临界负载值为Fcr可以达到200Kg/㎡，整个结构强度和稳定性更好。

多层网状拓扑结构的三向应力分量使用以下公式来计算：

σ＝√(σx^2+σy^2+σz^2-σxσy-σyσz-σzσx)

其中，σx、σy、σz是三个方向的应力分量，σxσy、σyσz、σzσx是三个方向的剪切应力分量；

σmax是最大主应力，σmin是最小主应力，采用以下公式计算在多层网状拓扑结构中受力最大和最小的方向上的应力：

σmax＝(σ1+σ2+√(σ1^2+σ2^2-σ1σ2))/2

σmin＝(σ1+σ2-√(σ1^2+σ2^2-σ1σ2))/2

其中，σ1和σ2是两个主应力分量；

多层网状拓扑结构的临界负载值为Fcr计算采用以下公式：

Fcr＝(π^2EI)/(KL)^2

其中，Fcr是结构的临界负载，E是材料的杨氏模量，I是截面面积的转动惯量，K是有效长度系数，L是结构的长度。

应力-strain关系：这是一个材料特性的基本公式，用于描述材料在受到外力时的应变和应力之间的关系。公式通常使用杨氏模量或剪切模量来描述材料的弹性行为。

等效应力：用来描述材料在受到多个方向应力作用时，其是否会发生破坏的指标。它是基于材料的三向应力分量计算的，使用以下公式来计算：

σ＝√(σx^2+σy^2+σz^2-σxσy-σyσz-σzσx)

其中，σx、σy、σz是三个方向的应力分量，σxσy、σyσz、σzσx是三个方向的剪切应力分量。

最大主应力和最小主应力：用于计算在拓扑骨架结构中受力最大和最小的方向上的应力。

σmax＝(σ1+σ2+√(σ1^2+σ2^2-σ1σ2))/2

σmin＝(σ1+σ2-√(σ1^2+σ2^2-σ1σ2))/2

其中，σ1和σ2是两个主应力分量。

稳定性分析：用于计算拓扑骨架结构在承受外力时的稳定性。

Fcr＝(π^2EI)/(KL)^2

其中，Fcr是结构的临界负载，E是材料的杨氏模量，I是截面面积的转动惯量，K是有效长度系数，L是结构的长度。

本发明实施例一种爪式真空泵隔板结构的实施原理为：

在一个具体的爪式真空泵隔板应用场景下，当爪式真空泵启动时，电机驱动叶轮旋转，产生负压，吸入气体。气体经过进出气口，产生的运行升温，从隔板结构外部结构2的表面传导至隔板结构的内部结构1，进一步地传导至构成内部结构1的框架部51和多层网状拓扑结构，多层网状拓扑结构之间的空腔形成的冷却水道3的两端连接水冷系统，冷却水在冷却水道3中不断循环，能迅速带走隔板结构的内部热量，从而大大缓解热应力集中和热胀冷缩的技术问题。

隔板的多层拓扑结构和内外不同材料的选择，提高了隔板的散热性能和耐腐蚀性能，降低了变形泄漏和能耗。同时，由于内部设计成结构化骨架，骨架产生的空腔都可以用于水冷的水道，提高了散热效率。水冷系统通过冷却隔板内的水道，保证了隔板的散热效果。

以上均为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种爪式真空泵隔板结构，其特征在于：隔板结构包括内部结构（1）和外部结构（2），外部结构（2）内设置用于安装内部结构（1）的腔体，所述内部结构（1）嵌套在外部结构（2）内设置的腔体中，用于加强隔板结构的强度和提高散热效率，所述内部结构（1）设置骨架结构（5），所述骨架结构（5）是拓扑结构，所述拓扑结构内部的空腔部分为贯穿的冷却水道（3），所述冷却水道（3）两端分别与水冷系统的进出液口连通，用于为隔板结构散热；

拓扑结构包括框架部（51）和多层网状拓扑结构，所述框架部（51）是矩形框架结构，外部嵌套在外部结构（2）的内壁处，所述多层网状拓扑结构包括多层主层骨架部（52）和多组支撑骨架部（53），所述主层骨架部（52）的两端分别连接在框架部（51）的内壁两侧，所述支撑骨架部（53）的两端分别连接在相邻两层主层骨架部（52）的上下两表面，位于最外层的主层骨架部（52）最外侧连接的支撑骨架部（53）的另一端连接在外部结构（2）的内壁处，多层主层骨架部（52）和多组支撑骨架部（53）之间的空腔部分为贯穿的冷却水道（3）；

多层主层骨架部（52）和多组支撑骨架部（53）的内部均匀设置导热内芯，所述导热内芯包括内芯主体（541）和多根翅状导热柱（542），所述内芯主体（541）与多层主层骨架部（52）和多组支撑骨架部（53）一体成型，并位于中心部位，翅状导热柱（542）的一端均匀连接在内芯主体（541）的外表面，另一端与多层主层骨架部（52）和多组支撑骨架部（53）的外表面平齐；

内芯主体（541）内部设有换气通道（5411），位于支撑骨架部（53）末端的换气通道（5411）设置抽排气口，所述抽排气口设置换热风扇，加速拓扑结构内部热量交换速度。

2.根据权利要求1所述的一种爪式真空泵隔板结构，其特征在于：所述隔板结构还包括多片散热翅片（4），多片散热翅片（4）的一端分别固定在外部结构（2）的侧面，并等间距间隔排列。

3.根据权利要求2所述的一种爪式真空泵隔板结构，其特征在于：外部结构（2）是矩形框架结构，内部为中空，中空部分用于安装内部结构（1）。

4.根据权利要求1所述的一种爪式真空泵隔板结构，其特征在于：外部结构（2）的材料是具有耐腐蚀、耐磨损、自润滑和防粘黏的钛合金材料，内部结构（1）是高强度的碳纤维复合材料构成。

5.根据权利要求4所述的一种爪式真空泵隔板结构，其特征在于：多层主层骨架部（52）和多组支撑骨架部（53）之间的空腔的内表面和外表面均为光滑的曲面，采用3D打印一体成型。

6.根据权利要求1所述的一种爪式真空泵隔板结构，其特征在于：多层网状拓扑结构的临界负载值为Fcr，多层网状拓扑结构在受到多向应力作用时，各方向能承受的临界负载值Fcr是200Kg/㎡，用于反映多层网状拓扑结构在受到多向应力作用时的稳定性。