本發(fā)明涉及真空系統(tǒng)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于羅茨泵故障模式的真空系統(tǒng)性能退化測量方法。

背景技術(shù)：

真空系統(tǒng)是空間環(huán)境模擬器的重要組成部分，其功能是為了使空間環(huán)境模擬器真空容器達(dá)到所要求的真空度，模擬太空的真空環(huán)境。真空系統(tǒng)的安全、可靠程度是決定空間環(huán)境模擬器能否有效工作的重要因素。真空系統(tǒng)的工作過程主要由以下幾個(gè)步驟串聯(lián)構(gòu)成：粗抽真空子系統(tǒng)對真空容器進(jìn)行粗抽—分子泵子系統(tǒng)進(jìn)行過渡抽氣—高真空子系統(tǒng)進(jìn)行抽氣—真空容器真空度達(dá)到要求，停止抽氣。通過對于真空系統(tǒng)的故障模式影響分析，確定了決定真空系統(tǒng)性能的關(guān)鍵部件是粗抽真空子系統(tǒng)中的羅茨泵。因此，可以通過對羅茨泵的故障模式進(jìn)行分析得到真空系統(tǒng)的性能退化情況。

現(xiàn)有的關(guān)于羅茨泵故障模式的研究更多的著重于軸承振動信號分析、前級泵故障分析等，通過獲取相關(guān)的振動信號再加以離線分析才能獲得性能退化相關(guān)信息。這種方式無法在線獲取真空系統(tǒng)性能退化的相關(guān)信息，不具有直觀性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于羅茨泵故障模式的真空系統(tǒng)性能退化測量方法，通過建立真空系統(tǒng)中真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)與所述羅茨泵工作時(shí)間的關(guān)系，有效地改善了上述問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于羅茨泵故障模式的真空系統(tǒng)性能退化測量方法，所述真空系統(tǒng)包括真空容器和羅茨泵，所述羅茨泵包括第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子，所述羅茨泵的進(jìn)氣口與所述真空容器連通。所述方法包括：獲取所述羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子的軸承的第一磨損高度。獲取由所述羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間的磨損引起的所述第一轉(zhuǎn)子的第二磨損高度。獲取由所述第一轉(zhuǎn)子和所述第二轉(zhuǎn)子之間的磨損引起的所述第一轉(zhuǎn)子的第三磨損高度。根據(jù)所述第一磨損高度、所述第二磨損高度、所述第三磨損高度以及真空系統(tǒng)中羅茨泵工作模型確立所述真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)與所述羅茨泵的工作時(shí)間的關(guān)系。獲取當(dāng)前時(shí)刻所述真空容器內(nèi)的真空度，根據(jù)所述真空度以及所述真空容器內(nèi)壓強(qiáng)與所述羅茨泵的工作時(shí)間的關(guān)系，測得所述真空系統(tǒng)的性能退化程度。

作為高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)品，羅茨泵故障率較高。研究表明，轉(zhuǎn)子磨損故障模式在各類故障模式中占比46％，是造成羅茨泵失效的主要模式。羅茨泵內(nèi)裝有兩個(gè)同步反向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間互不接觸。但由于加工和安裝過程中的誤差、使用過程中的軸承磨損等原因，羅茨泵在工作過程中會產(chǎn)生轉(zhuǎn)軸偏移，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生不平衡力，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子磨損故障的發(fā)生。

本發(fā)明實(shí)施例通過獲取羅茨泵轉(zhuǎn)子磨損故障發(fā)生時(shí)，所述羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子的軸承的第一磨損高度、由所述羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間的磨損引起的所述第一轉(zhuǎn)子的第二磨損高度以及由所述第一轉(zhuǎn)子和所述第二轉(zhuǎn)子之間的磨損引起的所述第一轉(zhuǎn)子的第三磨損高度，建立所述真空系統(tǒng)中的真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)與所述羅茨泵的工作時(shí)間的關(guān)系。進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例能夠通過實(shí)時(shí)采集真空容器的真空度數(shù)據(jù)，即當(dāng)前時(shí)刻真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)，根據(jù)所建立的真空系統(tǒng)中的真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)與羅茨泵的工作時(shí)間的關(guān)系模型，在線獲取真空系統(tǒng)性能退化程度。相比于現(xiàn)有的測量真空系統(tǒng)性能退化的方法，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于羅茨泵故障模式的真空系統(tǒng)性能退化測量方法更具有直觀性，有效地方便了用戶能夠及時(shí)獲知真空系統(tǒng)的性能退化程度并對羅茨泵進(jìn)行檢修。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的計(jì)算機(jī)的方框示意圖；

圖2為空間環(huán)境模擬器的真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的羅茨泵的外部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的羅茨泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于羅茨泵故障模式的真空系統(tǒng)性能退化測量方法的流程圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的羅茨泵的磨損量與時(shí)間的關(guān)系示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的第一種羅茨泵性能退化曲線對比示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的第二種羅茨泵性能退化曲線對比示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的羅茨泵轉(zhuǎn)子的磨損量隨著工作周期增加的變化曲線對比示意圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的軟裝置的功能模塊示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。同時(shí)，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

如圖1所示，是本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的計(jì)算機(jī)100的方框示意圖。所述計(jì)算機(jī)100包括基于羅茨泵故障模式的真空系統(tǒng)性能退化測量裝置110、存儲器120、存儲控制器130、處理器140、外設(shè)接口150、輸入輸出單元160、顯示單元170。

所述存儲器120、存儲控制器130、處理器140、外設(shè)接口150、輸入輸出單元160、顯示單元170各元件相互之間直接或間接地電性連接，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸或交互。例如，這些元件相互之間可通過一條或多條通訊總線或信號線實(shí)現(xiàn)電性連接。所述基于羅茨泵故障模式的真空系統(tǒng)性能退化測量裝置110包括至少一個(gè)可以軟件或固件(firmware)的形式存儲于所述存儲器120中的軟件功能模塊。所述處理器140用于執(zhí)行存儲器120中存儲的可執(zhí)行模塊，例如所述基于羅茨泵故障模式的真空系統(tǒng)性能退化測量裝置110包括的軟件功能模塊或計(jì)算機(jī)程序。

其中，存儲器120可以是，但不限于，隨機(jī)存取存儲器(randomaccessmemory，ram)，只讀存儲器(readonlymemory，rom)，可編程只讀存儲器(programmableread-onlymemory，prom)，可擦除只讀存儲器(erasableprogrammableread-onlymemory，eprom)，電可擦除只讀存儲器(electricerasableprogrammableread-onlymemory，eeprom)等。其中，存儲器120用于存儲程序，所述處理器140在接收到執(zhí)行指令后，執(zhí)行所述程序，前述本發(fā)明實(shí)施例任一實(shí)施例揭示的流過程定義的服務(wù)器所執(zhí)行的方法可以應(yīng)用于處理器140中，或者由處理器140實(shí)現(xiàn)。

處理器140可能是一種集成電路芯片，具有信號的處理能力。上述的處理器140可以是通用處理器，包括中央處理器(centralprocessingunit，簡稱cpu)、網(wǎng)絡(luò)處理器(networkprocessor，簡稱np)等；還可以是數(shù)字信號處理器(dsp)、專用集成電路(asic)、現(xiàn)成可編程門陣列(fpga)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件?？梢詫?shí)現(xiàn)或者執(zhí)行本發(fā)明實(shí)施例中的公開的各方法、步驟及邏輯框圖。通用處理器可以是微處理器或者該處理器140也可以是任何常規(guī)的處理器等。

所述外設(shè)接口150將各種輸入/輸入裝置耦合至處理器140以及存儲器120。在一些實(shí)施例中，外設(shè)接口150，處理器140以及存儲控制器130可以在單個(gè)芯片中實(shí)現(xiàn)。在其他一些實(shí)例中，他們可以分別由獨(dú)立的芯片實(shí)現(xiàn)。

輸入輸出單元160用于提供給用戶輸入數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)用戶與所述服務(wù)器(或本地終端)的交互。所述輸入輸出單元160可以是，但不限于，鼠標(biāo)和鍵盤等。

顯示單元170在所述計(jì)算機(jī)100與用戶之間提供一個(gè)交互界面(例如用戶操作界面)或用于顯示圖像數(shù)據(jù)給用戶參考。在本實(shí)施例中，所述顯示單元170可以是液晶顯示器或觸控顯示器。若為觸控顯示器，其可為支持單點(diǎn)和多點(diǎn)觸控操作的電容式觸控屏或電阻式觸控屏等。支持單點(diǎn)和多點(diǎn)觸控操作是指觸控顯示器能感應(yīng)到來自該觸控顯示器上一個(gè)或多個(gè)位置處同時(shí)產(chǎn)生的觸控操作，并將該感應(yīng)到的觸控操作交由處理器140進(jìn)行計(jì)算和處理。

圖2示出了空間環(huán)境模擬器的真空系統(tǒng)200的結(jié)構(gòu)示意圖。真空系統(tǒng)200包括真空容器210、粗抽真空子系統(tǒng)220、高真空子系統(tǒng)230、真空測量子系統(tǒng)240、分子泵子系統(tǒng)250以及復(fù)壓子系統(tǒng)260，所有子系統(tǒng)均聯(lián)接真空容器210。在真空系統(tǒng)200的各個(gè)工作過程中，粗抽真空子系統(tǒng)220最先開始工作，需要在短時(shí)間內(nèi)將真空容器210內(nèi)的壓強(qiáng)抽到指定數(shù)值。例如，在20分鐘之內(nèi)將真空容器210從大氣壓抽真空到5.2pa。粗抽真空子系統(tǒng)220包括羅茨泵221和前級泵。其中，羅茨泵221的進(jìn)氣口2215與真空容器210連通，是粗抽真空子系統(tǒng)220的核心抽氣部件。羅茨泵221的主要作用是通過轉(zhuǎn)子的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，將被抽氣體從進(jìn)氣口2215吸進(jìn)轉(zhuǎn)子與殼體間的封閉空間，再經(jīng)排氣口2216排出實(shí)現(xiàn)抽氣的目的，其性能決定著真空系統(tǒng)200能否有效工作。

羅茨泵221是一種雙轉(zhuǎn)子的容積式真空泵，包括第一轉(zhuǎn)子2212、第二轉(zhuǎn)子2213和殼體2211，如圖3和圖4所示。其兩轉(zhuǎn)子的軸線互相平行，轉(zhuǎn)子由葉輪與軸組合而成，葉輪之間、葉輪與機(jī)殼及墻板之間具有微小間隙，以避免相互接觸，泵腔靠間隙密封。兩轉(zhuǎn)子由原動機(jī)通過一對同步齒輪驅(qū)動，作方向相反的等速旋轉(zhuǎn)。傳統(tǒng)的兩葉羅茨真空泵的結(jié)構(gòu)，在泵腔內(nèi)，有兩個(gè)“8”字形的轉(zhuǎn)子相互垂直地安裝在一對平行軸上。由于羅茨泵221泵腔內(nèi)無摩擦，轉(zhuǎn)子可以高速轉(zhuǎn)動，而且不必用油潤滑，可實(shí)現(xiàn)無油清潔抽氣的過程。泵的潤滑部位僅限于軸承和齒輪，以及動密封處。泵沒有往復(fù)運(yùn)動部件，故可以實(shí)現(xiàn)良好的動平衡。

由于轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn)，真空容器中的被抽氣體從進(jìn)氣口2215吸入到轉(zhuǎn)子與泵殼之間的空間內(nèi)，再經(jīng)排氣口2216排出。由于吸氣后空間是全封閉狀態(tài)，所以，在泵腔內(nèi)氣體沒有壓縮和膨脹。但當(dāng)轉(zhuǎn)子頂部轉(zhuǎn)過排氣口2216邊緣，空間與排氣側(cè)相通時(shí)，由于排氣側(cè)氣體壓強(qiáng)較高，則有一部分氣體返沖到空間中去，使氣體壓強(qiáng)突然增高。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動時(shí)，氣體排出泵外。

羅茨泵221轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸與羅茨泵221的殼體2211之間通過滾針軸承2214進(jìn)行約束，在羅茨泵轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾針軸承不可避免的會產(chǎn)生磨損。轉(zhuǎn)子磨損故障機(jī)理為：隨著軸承2214磨損量增大，羅茨泵221轉(zhuǎn)軸軸心偏移，并伴隨出現(xiàn)附加偏心力，加劇軸承2214磨損，進(jìn)一步導(dǎo)致羅茨泵轉(zhuǎn)軸軸心偏移，羅茨泵轉(zhuǎn)軸軸心偏移將可能導(dǎo)致羅茨泵的轉(zhuǎn)子發(fā)生磨損。需要說明的是，實(shí)際應(yīng)用中，羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子2212的軸承和第二轉(zhuǎn)子2213的軸承同時(shí)發(fā)生偏軸磨損的情況極少發(fā)生。此外，若兩個(gè)羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子的軸承和第二轉(zhuǎn)子的軸承同時(shí)發(fā)生偏軸磨損將導(dǎo)致羅茨泵直接鎖死，無法繼續(xù)工作，屬于羅茨泵的突發(fā)性故障。鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例基于羅茨泵的單軸磨損故障模式，設(shè)計(jì)了一種真空系統(tǒng)性能退化測量方法。

請參閱圖5，是本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的基于羅茨泵故障模式的真空系統(tǒng)性能退化測量方法的流程圖。下面將對圖5所示的具體流程進(jìn)行詳細(xì)闡述。所述方法包括：

步驟s501：獲取羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子的軸承的第一磨損高度；

其中，第一磨損高度即為羅茨泵221的第一轉(zhuǎn)子2212的軸承在軸承的徑向方向的磨損厚度。

步驟s502：獲取由羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間的磨損引起的第一轉(zhuǎn)子的第二磨損高度；

當(dāng)?shù)谝荒p高度超過第一轉(zhuǎn)子2212頂部與羅茨泵221內(nèi)壁之間的固有間隙時(shí)，第一轉(zhuǎn)子2212的轉(zhuǎn)軸發(fā)生偏移，進(jìn)而第一轉(zhuǎn)子2212發(fā)生磨損。

具體的，所述第二磨損高度為第一轉(zhuǎn)子2212頂部與羅茨泵221的殼體2211內(nèi)壁之間發(fā)生磨損時(shí)，第一轉(zhuǎn)子2212頂部與羅茨泵的殼體2211內(nèi)壁的接觸點(diǎn)與第一轉(zhuǎn)子2212的轉(zhuǎn)軸中心點(diǎn)之間的連線方向上第一轉(zhuǎn)子的磨損厚度。

步驟s503：獲取由第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子之間的磨損引起的第一轉(zhuǎn)子的第三磨損高度；

其中，所述第三磨損高度為第一轉(zhuǎn)子2212與第二轉(zhuǎn)子2213的接觸點(diǎn)至第一轉(zhuǎn)子2212的轉(zhuǎn)軸中心點(diǎn)的連線上，由第一轉(zhuǎn)子2212和第二轉(zhuǎn)子2213之間的磨損引起的第一轉(zhuǎn)子2212的磨損厚度。

羅茨泵221的第一轉(zhuǎn)子2212的軸心偏移情況下，將會造成第一轉(zhuǎn)子的磨損。第一轉(zhuǎn)子2212的磨損包括第一轉(zhuǎn)子2212的頂部與羅茨泵的殼體2211內(nèi)壁之間的磨損以及第一轉(zhuǎn)子2212和第二轉(zhuǎn)子2213之間的磨損。

步驟s504：根據(jù)第一磨損高度、第二磨損高度、第三磨損高度以及真空系統(tǒng)中羅茨泵工作模型確立真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)與羅茨泵的工作時(shí)間的關(guān)系；

在正常工作情況下，羅茨泵221中存在三種固有間隙：兩個(gè)轉(zhuǎn)子的頂部分別與羅茨泵的內(nèi)壁之間的間隙、兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的間隙以及轉(zhuǎn)子軸向表面的間隙。由于這三種固有間隙的存在，羅茨泵在實(shí)際工作中受到間隙造成的返流現(xiàn)象影響，使得羅茨泵在工作過程中存在固有泄露量。

具體的，羅茨泵221的固有泄露量主要包括：轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵殼體內(nèi)壁的泄漏量、兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的泄漏量以及轉(zhuǎn)子軸向表面的解吸泄漏。需要說明的是，解吸泄漏產(chǎn)生的機(jī)理為：羅茨泵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)，在低真空側(cè)將有大量的氣體分子吸附于轉(zhuǎn)子表面，而在高真空側(cè)，氣體分子的脫附能力大于吸附能力，從而造成的泄漏作用。其中，氣體被固體表面俘獲而附著于固體表面上的現(xiàn)象稱為吸附現(xiàn)象。吸附有氣體分子的固體表面處在真空中時(shí)，吸附的分子將由于熱運(yùn)動而逐漸脫附，稱為熱脫附。

令轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵的殼體內(nèi)壁的泄漏量為q1，則q1可以表示為：

式(1)中，w為氣體管路的傳輸幾率，可以由克勞辛方程得到，c為氣體總流導(dǎo)，k為流導(dǎo)系數(shù)，b為轉(zhuǎn)子厚度，δ1為第一轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間的間隙。δp＝pout-pin，pin為所述羅茨泵的進(jìn)氣壓力，pout是所述羅茨泵的排氣壓力，且pout可以根據(jù)公式pout＝(sp/sbp)×pin得到。其中，sbp是所述羅茨泵前級泵抽氣速度，sbp為常數(shù)，sp為羅茨泵的實(shí)際抽速。

令兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的泄漏量為q2，則q2可以表示為：

式(2)中，w為氣體管路的傳輸幾率，可以由克勞辛方程得到。δ2為兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的間隙。

令轉(zhuǎn)子軸向表面的解吸泄漏量為qjx，則qjx可以表示為：

式(3)中，nt為單位時(shí)間內(nèi)向高真空側(cè)脫附的分子摩爾數(shù)，n為第一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，l為第一轉(zhuǎn)子的橫截面的周長；k2為解吸作用系數(shù)，θ1為羅茨泵的低真空側(cè)氣體分子在第一轉(zhuǎn)子表面的覆蓋度，θ2為羅茨泵的高真空側(cè)氣體分子在第一轉(zhuǎn)子表面的覆蓋度。其中，θ1與θ2的具體值與相同溫度下氣體飽和蒸氣壓、吸附分子的平衡氣體壓強(qiáng)有關(guān)。

因此，羅茨泵的固有泄露量可以表示為：

qtotal＝q1+q2+qjx(4)

式(4)中，qtotal為羅茨泵的固有泄露總量。

進(jìn)一步的，羅茨泵的實(shí)際抽速為理論抽速和因返流等因素造成的損失之差，即

其中，sth為羅茨泵理論抽速，δs為因返流等因素造成的抽速損失。于是，在羅茨泵正常工作即轉(zhuǎn)子不發(fā)生磨損的情況下，根據(jù)式(1)至式(5)可以得到羅茨泵的實(shí)際抽速模型如式(6)所示。

當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生磨損時(shí)，轉(zhuǎn)子的磨損量將影響羅茨泵的泄露量，主要包括以下兩種影響方式：

(1)當(dāng)轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間發(fā)生磨損的時(shí)候，轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間的固有間隙消失，這一部分的固有泄漏量減半，同時(shí)，兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的泄漏量增加。

(2)當(dāng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間發(fā)生磨損的時(shí)候，兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的固有泄露量不存在，轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間的泄漏量增加。

由于第一磨損高度、第二磨損高度以及第三磨損高度的存在，轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間的間隙以及兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的間隙將隨著磨損的加劇而變大，造成泄漏量增加。

本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)羅茨泵的轉(zhuǎn)子發(fā)生磨損時(shí)，在第一磨損高度、第二磨損高度以及第三磨損高度的影響下，羅茨泵的泄漏量增加，羅茨泵的實(shí)際抽速模型可以改變?yōu)椋?/p>

式(7)中，δδ(t)為當(dāng)前時(shí)刻所述羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子的軸承的第一磨損高度，h(t)為當(dāng)前時(shí)刻所述第一轉(zhuǎn)子的第二磨損高度，h1(t)為當(dāng)前時(shí)刻所述第一轉(zhuǎn)子的第三磨損高度，p(t)為當(dāng)前時(shí)刻所述真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)。

此后，在分別獲取到δδ(t)、h(t)及h1(t)后，根據(jù)δδ(t)、h(t)、h1(t)、流導(dǎo)系數(shù)k、轉(zhuǎn)子的厚度b、氣體管路的傳輸幾率w、所述羅茨泵的前級泵抽氣速度sbp、羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁的固有間隙δ1以及式(7)，即可以得到當(dāng)前時(shí)刻羅茨泵的實(shí)際抽速sp(t)與當(dāng)前時(shí)刻所述真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)p(t)之間的關(guān)系。

因此，獲取抽氣過程開始時(shí)所述真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)，羅茨泵的極限壓強(qiáng)以及真空容器的體積，且根據(jù)式(7)所得到的當(dāng)前時(shí)刻羅茨泵的實(shí)際抽速sp(t)與當(dāng)前時(shí)刻所述真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)p(t)之間的關(guān)系以及如式(8)所示的真空系統(tǒng)中羅茨泵工作模型：

可以得到真空系統(tǒng)中真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)與羅茨泵的工作時(shí)間的關(guān)系。式(8)中，p0為抽氣過程開始時(shí)所述真空容器內(nèi)壓強(qiáng)，pj為羅茨泵的極限壓強(qiáng)，v為真空容器的體積，t1為羅茨泵的最長工作時(shí)間。

其中，流導(dǎo)系數(shù)k、轉(zhuǎn)子的厚度b、氣體管路的傳輸幾率w、羅茨泵的前級泵抽氣速度sbp、羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁的固有間隙δ1、第一轉(zhuǎn)子與第二轉(zhuǎn)子之間的間隙δ2，抽氣過程開始時(shí)所述真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)p0、羅茨泵的極限壓強(qiáng)pj以及真空容器的體積v可以預(yù)先存儲在計(jì)算機(jī)100的存儲器120中，也可以通過輸入輸出單元160輸入。

因此，本發(fā)明實(shí)施例中，真空系統(tǒng)中真空容器內(nèi)的真空度隨時(shí)間變化的真空系統(tǒng)性能退化模型可以表示為：

步驟s505：獲取當(dāng)前時(shí)刻真空容器內(nèi)的真空度，根據(jù)真空度以及真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)與羅茨泵的工作時(shí)間的關(guān)系，測得真空系統(tǒng)的性能退化程度。

通過真空系統(tǒng)中自帶的真空度監(jiān)測器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測真空容器中的真空度。需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中真空容器的真空度可以通過真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)表征。根據(jù)真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)與羅茨泵的工作時(shí)間的關(guān)系可以得到羅茨泵的性能退化基本過程，進(jìn)而可以預(yù)先得到羅茨泵的失效點(diǎn)。例如，根據(jù)真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)與羅茨泵的工作時(shí)間的關(guān)系判定羅茨泵工作x小時(shí)(h)，真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)為y帕(pa)為羅茨泵的失效點(diǎn)。

實(shí)時(shí)采集真空度監(jiān)測器的輸出數(shù)據(jù)，當(dāng)真空度監(jiān)測器的輸出數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)先判定的失效點(diǎn)時(shí)，就可以判定真空系統(tǒng)的羅茨泵失效，將使得真空系統(tǒng)的性能退化，需要對真空系統(tǒng)中的羅茨泵進(jìn)行檢修。例如，當(dāng)羅茨泵連續(xù)工作x小時(shí)時(shí)，所獲取到的真空度監(jiān)測器的輸出壓強(qiáng)超過y帕，則可以判定真空系統(tǒng)的羅茨泵失效。當(dāng)然，根據(jù)真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)與羅茨泵的工作時(shí)間的關(guān)系可以得到羅茨泵的性能退化基本過程，預(yù)先設(shè)置不同程度的失效點(diǎn)，從而根據(jù)實(shí)時(shí)獲取到的真空度監(jiān)測器的輸出壓強(qiáng)就可以測得真空系統(tǒng)的性能退化程度。

因此，本發(fā)明實(shí)施例能夠通過實(shí)時(shí)采集真空容器的真空度數(shù)據(jù)，根據(jù)所建立的真空系統(tǒng)中的真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)與羅茨泵的工作時(shí)間的關(guān)系模型，在線獲取真空系統(tǒng)性能退化程度。相比于現(xiàn)有的測量真空系統(tǒng)性能退化的方法，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于羅茨泵故障模式的真空系統(tǒng)性能退化測量方法更具有直觀性，有效地方便了用戶能夠及時(shí)獲知真空系統(tǒng)的性能退化程度并對羅茨泵進(jìn)行檢修。

具體的，本發(fā)明實(shí)施例中，獲取羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子的軸承的第一磨損高度的方式可以為：

滾針軸承磨損磨損量主要產(chǎn)生在滾子上，滾子與軸承擋圈接觸面積極小。本發(fā)明實(shí)施例中，設(shè)計(jì)滾子的磨損部分為長方體，此時(shí)，當(dāng)前時(shí)刻第一轉(zhuǎn)子的軸承的第一磨損高度與體積磨損量之間成線性關(guān)系，即vzc(t)＝δδ(t)·szc。其中，vzc(t)為當(dāng)前時(shí)刻第一轉(zhuǎn)子的軸承的體積磨損量，δδ(t)為當(dāng)前時(shí)刻第一轉(zhuǎn)子的軸承的第一磨損高度，szc為第一轉(zhuǎn)子的軸承的滾子與軸承擋圈的接觸面積。從而可以得到：

式(10)中，pzh為第一轉(zhuǎn)子工作時(shí)滾子受到的載荷；k為滾子的磨損率系數(shù)，與軸承材料和使用環(huán)境有關(guān)；v為軸承的轉(zhuǎn)速；t為羅茨泵的工作時(shí)間。

因此，獲取第一轉(zhuǎn)子工作時(shí)滾子受到的載荷、滾子的磨損率系數(shù)、第一轉(zhuǎn)子的軸承的滾子與軸承擋圈的接觸面積、軸承的轉(zhuǎn)速以及羅茨泵的工作時(shí)間。根據(jù)公式(10)即可以獲得第一轉(zhuǎn)子的軸承的第一磨損高度。其中，第一轉(zhuǎn)子工作時(shí)滾子受到的載荷pzh、滾子的磨損率系數(shù)k、軸承的轉(zhuǎn)速v以及第一轉(zhuǎn)子的軸承的滾子與軸承擋圈的接觸面積szc可以根據(jù)用戶所使用的羅茨泵軸承的具體型號獲得，并預(yù)先存儲在計(jì)算機(jī)100的存儲器120中，當(dāng)然，也可以通過輸入輸出單元160輸入。

具體的，本發(fā)明實(shí)施例中，獲取由羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間的磨損引起的所述第一轉(zhuǎn)子的第二磨損高度的方式可以為：

獲取當(dāng)前時(shí)刻所述第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁的最大接觸應(yīng)力。根據(jù)初始時(shí)刻至當(dāng)前時(shí)刻的時(shí)間段內(nèi)的單位時(shí)間點(diǎn)處，所述第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁的最大接觸應(yīng)力、所述第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁的接觸點(diǎn)處的相對滑動速度以及所述第一轉(zhuǎn)子的當(dāng)量磨損系數(shù)，獲取當(dāng)前時(shí)刻所述羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子的第二磨損高度。

其中，獲取當(dāng)前時(shí)刻所述第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁的最大接觸應(yīng)力的方法可以優(yōu)選為：

獲取第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁的固有間隙、第一轉(zhuǎn)子的厚度、第一轉(zhuǎn)子的彈性模量。根據(jù)第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁的固有間隙、第一轉(zhuǎn)子的厚度以及第一轉(zhuǎn)子的彈性模量以及步驟501中所獲取到的當(dāng)前時(shí)刻的第一磨損高度，獲得當(dāng)前時(shí)刻所述羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間接觸點(diǎn)處所述第一轉(zhuǎn)子頂部受到的當(dāng)量載荷。需要說明的是，所獲得的當(dāng)前時(shí)刻所述羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間接觸點(diǎn)處所述第一轉(zhuǎn)子頂部受到的當(dāng)量載荷為一個(gè)與當(dāng)前時(shí)刻的第二磨損高度相關(guān)的函數(shù)。其中，第一轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵的殼體內(nèi)壁的固有間隙、轉(zhuǎn)子的厚度以及第一轉(zhuǎn)子的彈性模量可以預(yù)先存儲在計(jì)算機(jī)100的存儲器120中，也可以通過輸入輸出單元160輸入。

具體的，本發(fā)明實(shí)施中，根據(jù)第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁的固有間隙、轉(zhuǎn)子的厚度、第一轉(zhuǎn)子的彈性模量以及步驟501中所獲取到的當(dāng)前時(shí)刻的第一磨損高度，獲得當(dāng)前時(shí)刻所述羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間接觸點(diǎn)處所述第一轉(zhuǎn)子頂部受到的當(dāng)量載荷的具體方式可以為：

將第一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸至第一轉(zhuǎn)子頂部的方向上，第一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸與羅茨泵殼體內(nèi)壁之間的屬于第一轉(zhuǎn)子的部分簡化為一個(gè)圓柱體，則該圓柱體沿直徑方向受壓。圓柱體的厚度等于轉(zhuǎn)子的厚度b，圓柱體的半徑為rc，則該圓柱體沿直徑方向的平均截面積為：

根據(jù)沿圓柱體受壓方向的變形得出正壓力為pz＝δle1a/d。其中，e1為第一轉(zhuǎn)子的彈性模量。d圓柱體直徑，可以表示為2rc。δl＝δδ(t)-δ1-h(t)。則當(dāng)前時(shí)刻所述羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間接觸點(diǎn)處所述第一轉(zhuǎn)子頂部受到的當(dāng)量載荷為：

因此，通過式(11)可以獲得當(dāng)前時(shí)刻所述羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間接觸點(diǎn)處所述第一轉(zhuǎn)子頂部受到的當(dāng)量載荷pdl(t)。需要說明的是，pdl(t)為與當(dāng)前時(shí)刻的第二磨損高度h(t)相關(guān)的函數(shù)。

根據(jù)所獲取到的當(dāng)前時(shí)刻第一轉(zhuǎn)子頂部受到的當(dāng)量載荷以及當(dāng)前時(shí)刻羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子的頂部與所述殼體內(nèi)壁的接觸面積，獲得當(dāng)前時(shí)刻羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵的殼體內(nèi)壁的接觸應(yīng)力的分布情況。從而進(jìn)一步獲得當(dāng)前時(shí)刻羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵的殼體內(nèi)壁的最大接觸應(yīng)力。當(dāng)然，所述最大接觸應(yīng)力也是一個(gè)與當(dāng)前時(shí)刻的第二磨損高度h(t)相關(guān)的函數(shù)。

具體的，第一轉(zhuǎn)子的頂部與羅茨泵內(nèi)壁的接觸面積s為：

式(12)中

rc^*為該圓柱體的當(dāng)量曲率半徑。pz為該圓柱體沿直徑方向受到的由殼體內(nèi)壁施加的正壓力。a為第一轉(zhuǎn)子的頂部與羅茨泵內(nèi)壁的接觸長度，e1為第一轉(zhuǎn)子的彈性模量，e2為羅茨泵殼體內(nèi)壁的彈性模量，v1為第一轉(zhuǎn)子的泊松比和v2為羅茨泵殼體內(nèi)壁的泊松比。

因此，本發(fā)明實(shí)施例中，可以根據(jù)公式

獲取當(dāng)前時(shí)刻第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁的接觸應(yīng)力的分布情況。進(jìn)一步再根據(jù)該分布情況獲得當(dāng)前時(shí)刻第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁的最大接觸應(yīng)力。式(13)中，μm為第一轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵殼體內(nèi)壁的摩擦系數(shù)。

進(jìn)一步的，本發(fā)明實(shí)施例中，上述的根據(jù)初始時(shí)刻至當(dāng)前時(shí)刻的時(shí)間段內(nèi)的單位時(shí)間點(diǎn)處，所述第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁的最大接觸應(yīng)力、所述第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁的接觸點(diǎn)處的相對滑動速度以及所述第一轉(zhuǎn)子的當(dāng)量磨損系數(shù)，獲取當(dāng)前時(shí)刻所述羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子的第二磨損高度的方式優(yōu)選為：

獲取第一轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵的殼體內(nèi)壁的接觸點(diǎn)處的相對滑動速度以及第一轉(zhuǎn)子的當(dāng)量磨損系數(shù)，將根據(jù)式(13)獲得的當(dāng)前時(shí)刻的最大接觸應(yīng)力pmax(t)以及式(14)

聯(lián)立求解即可以獲取當(dāng)前時(shí)刻所述羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子的第二磨損高度h(t)。式(14)中，k1為當(dāng)量磨損系數(shù)。pmax(t)為當(dāng)前時(shí)刻所述第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁的最大接觸應(yīng)力。vs為當(dāng)前時(shí)刻所述接觸點(diǎn)處所述第一轉(zhuǎn)子頂部與殼體內(nèi)壁的相對滑動速度。

需要說明的是，預(yù)設(shè)公式(14)的具體獲取方式為：根據(jù)archard磨損量計(jì)算模型：

獲得磨損過程中引起的磨損第二磨損高度的計(jì)算表達(dá)式為：dh＝k1pds。其中，vm1為羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間的磨損引起的第一轉(zhuǎn)子的體積磨損量，s為滑動距離，h是轉(zhuǎn)子的材料硬度，k4是一個(gè)無量綱的磨損系數(shù)，可以用k1代替式中的k4/h，則k1成為有量綱的磨損系數(shù)，簡稱當(dāng)量磨損系數(shù)，p為接觸應(yīng)力。假設(shè)第一轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中與羅茨泵的殼體內(nèi)壁的初始接觸臨界點(diǎn)與脫離接觸臨界點(diǎn)之間的角度為ω，殼體的曲率半徑r，則s＝ωr。從而可以得到：dh＝k1prdω。進(jìn)一步對上式微分，得：

因此，就可以得到如式(14)所示的第一轉(zhuǎn)子的第二磨損高度公式。

需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中，還可以根據(jù)所獲取的當(dāng)前時(shí)刻的第一磨損高度δδ(t)、第二磨損高度h(t)以及羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁的固有間隙δ1，確立羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間的磨損發(fā)生的前提條件：當(dāng)h(t)＜δδ(t)-δ1且δδ(t)>δ1時(shí)，羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與所述羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間會發(fā)生磨損，當(dāng)不滿足上述條件時(shí)，羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間將不會發(fā)生磨損。

另外，具體的，本發(fā)明實(shí)施例中，獲取由所述第一轉(zhuǎn)子和所述第二轉(zhuǎn)子之間的磨損引起的所述第一轉(zhuǎn)子的第三磨損高度的方式可以為：獲取第一轉(zhuǎn)子相對于第二轉(zhuǎn)子的滑動系數(shù)。獲取第二轉(zhuǎn)子施加給所述第一轉(zhuǎn)子的當(dāng)量載荷。根據(jù)第一轉(zhuǎn)子相對于第二轉(zhuǎn)子的滑動系數(shù)、第二轉(zhuǎn)子施加給所述第一轉(zhuǎn)子的當(dāng)量載荷、第一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子的厚度以及第一轉(zhuǎn)子的軸承的磨損率系數(shù)，獲得當(dāng)前時(shí)刻所述第一轉(zhuǎn)子的第三磨損高度。其中，第一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、第一轉(zhuǎn)子的厚度以及第一轉(zhuǎn)子的軸承的磨損率系數(shù)可以預(yù)先存儲在計(jì)算機(jī)100的存儲器120中，也可以通過輸入輸出單元160輸入。

其中，本發(fā)明實(shí)施例中，獲取第二轉(zhuǎn)子施加給所述第一轉(zhuǎn)子的當(dāng)量載荷的方式優(yōu)選為：

根據(jù)第一轉(zhuǎn)子與第二轉(zhuǎn)子之間的固有間隙δ2、轉(zhuǎn)子的厚度b、第一轉(zhuǎn)子的彈性模量e1、步驟501中所獲取到的當(dāng)前時(shí)刻的第一磨損高度δδ(t)以及公式

獲得當(dāng)前時(shí)刻第二轉(zhuǎn)子施加給第一轉(zhuǎn)子頂部的當(dāng)量載荷pdl1(t)。需要說明的是，由式(15)獲取到的當(dāng)前時(shí)刻第二轉(zhuǎn)子施加給第一轉(zhuǎn)子頂部的當(dāng)量載荷pdl1(t)為與當(dāng)前時(shí)刻的第三磨損高度h1(t)相關(guān)的函數(shù)。

同理，根據(jù)公式

還可以獲得第一轉(zhuǎn)子頂部施加給第二轉(zhuǎn)子中部的當(dāng)量載荷pdl2(t)。當(dāng)然，由式(16)獲取到的當(dāng)前時(shí)刻第二轉(zhuǎn)子施加給第一轉(zhuǎn)子頂部的當(dāng)量載荷pdl2(t)也是與當(dāng)前時(shí)刻由第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子之間的磨損引起的第二轉(zhuǎn)子的磨損高度h2(t)相關(guān)的函數(shù)。式(16)中，l為第一轉(zhuǎn)子中部的凹陷處到第一轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的最短距離，s2為第一轉(zhuǎn)子與第二轉(zhuǎn)子的接觸面積，a2為第一轉(zhuǎn)子與第二轉(zhuǎn)子的接觸長度。

本發(fā)明實(shí)施例中，第一轉(zhuǎn)子相對于第二轉(zhuǎn)子的滑動系數(shù)的獲取方法可以為：第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子嚙合運(yùn)動。設(shè)在單位時(shí)間內(nèi)，第一轉(zhuǎn)子從接觸點(diǎn)a1運(yùn)動到接觸點(diǎn)b1的運(yùn)動距離為ds⁽¹⁾，第二轉(zhuǎn)子從接觸點(diǎn)a2運(yùn)動到接觸點(diǎn)b2的運(yùn)動距離為ds⁽²⁾。根據(jù)滑動系數(shù)的定義，得到第一轉(zhuǎn)子相對于第二轉(zhuǎn)子的滑動系數(shù)ε^(1,2)＝|ds⁽¹⁾-ds⁽²⁾|/ds⁽¹⁾，第二轉(zhuǎn)子相對于第一轉(zhuǎn)子的滑動系數(shù)ε^(2,1)＝|ds⁽¹⁾-ds⁽²⁾|/ds⁽²⁾。

具體的，本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)第一轉(zhuǎn)子相對于第二轉(zhuǎn)子的滑動系數(shù)、第二轉(zhuǎn)子施加給所述第一轉(zhuǎn)子的當(dāng)量載荷、第一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、第一轉(zhuǎn)子的厚度以及第一轉(zhuǎn)子的軸承的磨損率系數(shù)，獲得當(dāng)前時(shí)刻所述第一轉(zhuǎn)子的第三磨損高度的優(yōu)選實(shí)施方式為：

根據(jù)所獲取到第一轉(zhuǎn)子相對于第二轉(zhuǎn)子的滑動系數(shù)ε^(1,2)、第二轉(zhuǎn)子施加給所述第一轉(zhuǎn)子的當(dāng)量載荷、第一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)子的厚度b以及轉(zhuǎn)子的磨損系數(shù)k2，根據(jù)由式(15)獲得的當(dāng)前時(shí)刻第二轉(zhuǎn)子施加給第一轉(zhuǎn)子頂部的當(dāng)量載荷pdl1(t)以及式(17)：

聯(lián)立求解即可以獲得當(dāng)前時(shí)刻第一轉(zhuǎn)子的第三磨損高度h1(t)。

同理，根據(jù)所獲取到的第二轉(zhuǎn)子相對于第一轉(zhuǎn)子的滑動系數(shù)ε^(2,1)、第二轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子的厚度b以及轉(zhuǎn)子的磨損系數(shù)k2。根據(jù)由式(15)獲得的當(dāng)前時(shí)刻第一轉(zhuǎn)子施加給第二轉(zhuǎn)子的當(dāng)量載荷pdl2(t)以及式(18)：

聯(lián)立求解即可以獲得當(dāng)前時(shí)刻由第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子之間的磨損引起的第二轉(zhuǎn)子的磨損高度h2(t)。需要說明的是，羅茨泵的兩個(gè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和厚度均相等，且第一轉(zhuǎn)子的軸承的磨損率系數(shù)以及第二轉(zhuǎn)子的軸承的磨損率系數(shù)也相等。

需要說明的是，式(17)和式(18)的具體獲取方式為：由上述archard磨損量計(jì)算模型可知，在dt時(shí)間內(nèi)，如果兩轉(zhuǎn)子型線的接觸線長度為轉(zhuǎn)子厚度b，第一轉(zhuǎn)子的運(yùn)動距離為ds⁽¹⁾時(shí)，由第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子之間的磨損引起第一轉(zhuǎn)子的磨損體積dvm2為：dvm2＝b·dh1·ds⁽¹⁾。進(jìn)一步可以得到：

轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一周，轉(zhuǎn)子便接觸一次，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n時(shí)，在dt的時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)子表面的磨損次數(shù)為n·dt。從而可以獲得式(17)和式(18)。

需要說明的是，宏觀上，圖6示出了轉(zhuǎn)子的磨損量與羅茨泵的工作時(shí)間的關(guān)系，可以將磨損可分成三個(gè)階段：

a.跑合磨損階段。磨損率隨時(shí)間推移由快速升高轉(zhuǎn)變?yōu)橹饾u降低。它出現(xiàn)在摩擦副運(yùn)行初期。

b.穩(wěn)定磨損階段。摩擦表面經(jīng)磨合后逐步趨于穩(wěn)定，磨損率基本保持不變。摩擦副處于正常工作期間。

c.劇烈磨損階段。磨損率隨時(shí)間推移迅速增加，工作條件急劇惡化，導(dǎo)致零件快速發(fā)生失效。

本發(fā)明實(shí)施例是在穩(wěn)定磨損階段下獲取由羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間的磨損引起的第一轉(zhuǎn)子的第二磨損高度以及由第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子之間的磨損引起的第一轉(zhuǎn)子的第三磨損高度。因此，需要理解到的是，本發(fā)明實(shí)施例中，上述式(10)、式(13)、式(14)、式(17)、式(18)中的磨損系數(shù)均為常值。

另外，本發(fā)明實(shí)施例還對所建立的真空系統(tǒng)中真空容器內(nèi)的真空度隨時(shí)間變化的真空系統(tǒng)性能退化模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

通過matlab對本發(fā)明實(shí)施例建立的真空系統(tǒng)性能退化模型進(jìn)行仿真，得到基于所建立的真空系統(tǒng)性能退化模型的羅茨泵性能退化曲線。并通過ansys進(jìn)行物理建模仿真，得到基于物理模型的性能退化數(shù)據(jù)并生成性能退化曲線。

例如，仿真對象為zjy-600a型號羅茨泵。仿真基本參數(shù)根據(jù)具體型號的羅茨泵和真空系統(tǒng)獲得。例如，真空容器的體積v為15.3(m³)，第一轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間的間隙δ1為0.1(mm)，羅茨泵的理論抽速sth為2000(m³/h)，抽氣過程開始時(shí)所述真空容器內(nèi)壓強(qiáng)p0為101.3(kpa)，轉(zhuǎn)子材料選取45號鋼，粗抽真空子系統(tǒng)的粗抽過程時(shí)間為20min，真空系統(tǒng)的基本要求為在20分鐘之內(nèi)通過羅茨泵將真空容器內(nèi)壓強(qiáng)降到5.2pa以下。

羅茨泵在工作中以20分鐘為一個(gè)工作周期，隨著羅茨泵的性能退化，羅茨泵達(dá)到真空系統(tǒng)基本工作要求的能力逐漸降低?；赼nsys物理建模數(shù)據(jù)與本發(fā)明模型matlab仿真數(shù)據(jù)，得到以下三組仿真對比曲線。圖7給出了羅茨泵性能退化曲線(壓強(qiáng)與周期)，表征的是在轉(zhuǎn)子磨損量累積的過程中，隨著羅茨泵工作周期的增加，真空容器內(nèi)壓強(qiáng)到達(dá)5.2pa的時(shí)候所用的時(shí)間。圖8給出了羅茨泵性能退化曲線(時(shí)間與周期)，表征隨著工作周期的增加，轉(zhuǎn)子磨損量的變化規(guī)律。圖9給出了全周期磨損量變化曲線，表征的是隨著工作周期的增加，轉(zhuǎn)子磨損量的變化規(guī)律。

本發(fā)明實(shí)施例中，通過對比ansys物理建模仿真結(jié)果與matlab仿真結(jié)果，可以得出：(1)本發(fā)明實(shí)施例所建立的真空系統(tǒng)性能退化模型的matlab仿真結(jié)果與ansys物理仿真結(jié)果吻合，能夠用于表征羅茨泵性能退化過程。(2)羅茨泵的性能退化基本過程是：在轉(zhuǎn)子磨損開始之前，羅茨泵性能相對平穩(wěn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子磨損發(fā)生后，羅茨泵性能退化明顯，在羅茨泵連續(xù)工作2100小時(shí)(6300個(gè)周期)的時(shí)候開始性能退化過程，當(dāng)工作4494小時(shí)(13482個(gè)周期)之后，羅茨泵性能無法滿足真空系統(tǒng)要求，羅茨泵失效。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例通過真空系統(tǒng)中羅茨泵的工作模型以及所獲取的第一磨損高度、第二磨損高度以及第三磨損高度建立了真空系統(tǒng)中真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)與羅茨泵的工作時(shí)間的關(guān)系，進(jìn)而根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的真空容器內(nèi)的真空度，就可以實(shí)現(xiàn)對真空系統(tǒng)的性能退化程度的監(jiān)測。相比于現(xiàn)有的真空系統(tǒng)的性能退化程度的監(jiān)測方法，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于羅茨泵磨損故障模式的真空系統(tǒng)性能退化測量方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)直觀性。相關(guān)研究更多的著重于軸承振動信號分析、前級泵故障分析等，在具體實(shí)施過程中需要通過獲取相關(guān)的振動信號再加以分析獲得真空系統(tǒng)性能退化的相關(guān)信息，所采集信號并不具備直觀性。而本發(fā)明實(shí)施例直接采集真空容器內(nèi)的真空度的數(shù)據(jù)，根據(jù)所建立的真空系統(tǒng)中真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)與羅茨泵的工作時(shí)間的關(guān)系就可以獲取真空系統(tǒng)性能退化的相關(guān)信息，具備直觀性。

(2)時(shí)效性。相關(guān)研究方法從信號獲取開始到分析結(jié)果出現(xiàn)具有時(shí)間的延遲性，往往適用于事后維修。而本發(fā)明實(shí)施例提供的測量方法相應(yīng)速度快，可以在線獲取真空系統(tǒng)的性能狀態(tài)。

(3)便捷性。相關(guān)研究方法在實(shí)際應(yīng)用中需要在真空系統(tǒng)中匹配安裝相應(yīng)的傳感器以獲取相應(yīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，不具備便捷性。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，用于采集真空容器的真空度數(shù)據(jù)的真空度監(jiān)測器是真空系統(tǒng)中自帶的，無需額外安裝傳感器，具備便捷性。

請參閱圖10，是本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的圖1所示的基于羅茨泵故障模式的真空系統(tǒng)性能退化測量裝置的功能模塊示意圖。所述基于羅茨泵故障模式的真空系統(tǒng)性能退化測量裝置110包括第一磨損高度獲取模塊111、第二磨損高度獲取模塊112、第三磨損高度獲取模塊113、關(guān)系構(gòu)建模塊114以及測量結(jié)果獲取模塊115。

第一磨損高度獲取模塊111用于獲取羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子的軸承的第一磨損高度。

第二磨損高度獲取模塊112用于獲取由羅茨泵的第一轉(zhuǎn)子頂部與羅茨泵的殼體內(nèi)壁之間的磨損引起的所述第一轉(zhuǎn)子的第二磨損高度。

第三磨損高度獲取模塊113用于獲取由第一轉(zhuǎn)子和所述第二轉(zhuǎn)子之間的磨損引起的第一轉(zhuǎn)子的第三磨損高度。

關(guān)系構(gòu)建模塊114用于根據(jù)所獲取的第一磨損高度、第二磨損高度、第三磨損高度以及真空系統(tǒng)中羅茨泵工作模型確定真空系統(tǒng)中真空容器內(nèi)的壓強(qiáng)與羅茨泵的工作時(shí)間的關(guān)系。

測量結(jié)果獲取模塊115用于獲取當(dāng)前時(shí)刻真空容器內(nèi)的真空度，并根據(jù)所述真空度以及所述真空容器內(nèi)壓強(qiáng)與羅茨泵的工作時(shí)間的關(guān)系，測得真空系統(tǒng)的性能退化程度。

在本申請所提供的幾個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的裝置和方法，也可以通過其它的方式實(shí)現(xiàn)。以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，例如，附圖中的流程圖和框圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的裝置、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的可能實(shí)現(xiàn)的體系架構(gòu)、功能和操作。在這點(diǎn)上，流程圖或框圖中的每個(gè)方框可以代表一個(gè)模塊、程序段或代碼的一部分，所述模塊、程序段或代碼的一部分包含一個(gè)或多個(gè)用于實(shí)現(xiàn)規(guī)定的邏輯功能的可執(zhí)行指令。也應(yīng)當(dāng)注意，在有些作為替換的實(shí)現(xiàn)方式中，方框中所標(biāo)注的功能也可以以不同于附圖中所標(biāo)注的順序發(fā)生。例如，兩個(gè)連續(xù)的方框?qū)嶋H上可以基本并行地執(zhí)行，它們有時(shí)也可以按相反的順序執(zhí)行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖和/或流程圖中的每個(gè)方框、以及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可以用執(zhí)行規(guī)定的功能或動作的專用的基于硬件的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，或者可以用專用硬件與計(jì)算機(jī)指令的組合來實(shí)現(xiàn)。

另外，在本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中的各功能模塊可以集成在一起形成一個(gè)獨(dú)立的部分，也可以是各個(gè)模塊單獨(dú)存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上模塊集成形成一個(gè)獨(dú)立的部分。

所述功能如果以軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，可以存儲在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲在一個(gè)存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：u盤、移動硬盤、只讀存儲器(rom，read-onlymemory)、隨機(jī)存取存儲器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。