羅茨真空泵（簡稱：羅茨泵）是指泵內(nèi)裝有兩個相反方向同步旋轉(zhuǎn)的葉形轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子與泵殼內(nèi)壁間有細(xì)小間隙而互不接觸的一種變?nèi)菡婵毡谩?/p>

羅茨真空泵在石油、化工、塑料、農(nóng)藥、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子動平衡、航空航天空間模擬等裝置上得到了長期運(yùn)行的考驗，所以應(yīng)該在國內(nèi)大力推廣和應(yīng)用。

同時也廣泛用于石油、化工、冶金、紡織等工業(yè)。真空泵配件作為真空泵消音器，用于真空泵的噪聲治理。

一、工作原理

羅茨泵(roots-type pump) 是一種無內(nèi)壓縮的真空泵，通常壓縮比很低，故高、中真空泵需要前級泵。

羅茨真空泵是指具有一對同步高速旋轉(zhuǎn)的鞋底形轉(zhuǎn)子的機(jī)械真空泵，此泵不可以單獨抽氣，前級需配油封、水環(huán)等可直排大氣。

它的結(jié)構(gòu)和工作原理與羅茨鼓風(fēng)機(jī)相似，工作時其吸氣口與被抽真空容器或真空系統(tǒng)主抽泵相接。

這種真空泵的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與泵殼之間互不接觸，間隙一般為0.1～0.8毫米；不需要用油潤滑。

轉(zhuǎn)子型線有圓弧線、漸開線和擺線等。漸開線轉(zhuǎn)子泵的容積利用率高，加工精度易于保證，故轉(zhuǎn)子型線多用漸開線型。

羅茨真空泵的轉(zhuǎn)速可高達(dá)3450～4100轉(zhuǎn)/分;抽氣速率為30～10000升/秒）；極限真空：單級為6.5×10^-2帕，雙級為1×10^-3帕。

羅茨泵的極限真空除取決于泵本身結(jié)構(gòu)和制造精度外，還取決于前級泵的極限真空。

為了提高泵的極限真空度，可將羅茨泵串聯(lián)使用。羅茨泵的工作原理與羅茨鼓風(fēng)機(jī)相似。由于轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn)，被抽氣體從進(jìn)氣口吸入到轉(zhuǎn)子與泵殼之間的空間v0內(nèi)，再經(jīng)排氣口排出。

由于吸氣后v0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)過排氣口邊緣，v0空間與排氣側(cè)相通時，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v0中去，使氣體壓強(qiáng)突然增高。

當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，氣體排出泵外。羅茨泵在泵腔內(nèi)，有二個“8”字形的轉(zhuǎn)子相互垂直地安裝在一對平行軸上，由傳動比為1的一對齒輪帶動作彼此反向的同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

在轉(zhuǎn)子之間，轉(zhuǎn)子與泵殼內(nèi)壁之間，保持有一定的間隙，可以實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

二、結(jié)構(gòu)組成

羅茨真空泵的兩個轉(zhuǎn)子在泵體中如何布置，決定了泵的總體結(jié)構(gòu)。國內(nèi)外羅茨真空泵的總體結(jié)構(gòu)布置一般有三種方案：

1.立式：兩個轉(zhuǎn)子的軸線呈水平安裝，但兩個轉(zhuǎn)子軸線構(gòu)成的平面與水平面垂直，這種結(jié)構(gòu)，泵的進(jìn)排氣口呈水平設(shè)置，裝配和連接管道都比較方便。

但其缺點是泵的重心太高，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時穩(wěn)定性差，所以除小規(guī)格的泵外，采用這種結(jié)構(gòu)型式的不太多。

2.臥式：兩個轉(zhuǎn)子的軸線呈水平安裝，兩個轉(zhuǎn)子軸線構(gòu)成的平面成水平方向，這種結(jié)構(gòu)的泵的進(jìn)氣口在泵的上方，排氣口在泵的下方（也有與此相反的）。

下邊的排氣口一般為水平方向接出，所以進(jìn)排氣方向是相互垂直的。排氣口接一個三通管向兩個方向開口，一端接排氣管道，另一端死或接旁通閥時使用。

這種結(jié)構(gòu)的特點是重心低，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時穩(wěn)定性好。國內(nèi)外大中型泵多采用此種結(jié)構(gòu)型式。

3.豎軸式：國外有的羅茨泵的兩個轉(zhuǎn)子軸線與水平面垂直安裝。

這種結(jié)構(gòu)的裝配間隙容易控制，轉(zhuǎn)子裝配方便，占地面積小，但齒輪等傳動機(jī)構(gòu)裝拆不便，潤滑裝置也較復(fù)雜。

當(dāng)總體結(jié)構(gòu)決定后，泵體本身的結(jié)構(gòu)與形狀也就相應(yīng)地決定了。

4.帶溢流閥的羅茨泵：為了防止超載引起事故，羅茨泵上裝有一個比較可靠的安全保護(hù)器，即在旁通管路上裝有一個溢流閥。

排氣口處于規(guī)定壓力時，溢流閥是關(guān)閉的。當(dāng)其排氣口壓力超過規(guī)定壓力時，則溢流閥的閥門自動被頂開而產(chǎn)生溢漢，排氣口壓力變正常后，溢流閥再自行關(guān)閉。

它能自動調(diào)節(jié)，也是泵的允許壓差裝置，因此溢流閥的最大好處是使羅茨泵能連同前級泵一起，在各種壓力范圍內(nèi)能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

采用這種設(shè)計，能使真空容器在粗真空狀態(tài)的抽氣停息時間可縮短30~50%。

對于比較大的泵，溢流閥安裝在泵體外邊的旁通管路上，在比較小的泵上，溢流閥則是裝在泵殼內(nèi)的。

5.帶蒸汽冷凝器的羅茨泵：在需要抽吸蒸汽情況下，抽氣機(jī)組必須設(shè)計會使蒸汽冷凝的冷凝器，這個冷凝器可裝在泵之前或裝在泵之后，而不裝在羅茨泵的泵體上。

在某種情況下，冷凝特升化吸熱能夠減少羅茨泵發(fā)熱。假設(shè)采用了復(fù)式冷凝器，在維修時可用適當(dāng)?shù)娜軇┣宄酃?，蒸汽就能順暢地在?dǎo)管中流動。

從特征曲線可以看出當(dāng)達(dá)到極限真空時，通過泵入口的正向氣流量為零，既泵的實際抽速為零，式：

PC和PR事實就是前級泵和羅茨真空泵的極限壓力，達(dá)到極限真空是幾乎為分子流狀態(tài)，將其導(dǎo)通能力帶入式中：

三、理論抽速

P0—羅茨真空泵的極限壓力；

P0φ—前級真空泵的極限壓力；

11.6F —20℃時空氣的導(dǎo)通能力；

因此選擇不同的前級泵可以獲得不同的極限真空

四、冷卻裝置

1.空氣冷卻：羅茨真空泵由于輸送和壓縮氣體而產(chǎn)生熱量，這些熱量必須從轉(zhuǎn)子傳至殼體而散發(fā)。

但在低壓下，氣體對熱的傳導(dǎo)和對流性能極差，致使轉(zhuǎn)子吸收的熱量不易散出，造成轉(zhuǎn)子溫度永遠(yuǎn)高于殼體的溫度。

由于轉(zhuǎn)子的熱膨脹，使轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子與泵殼間的間隙減少，特別在壓差也高的情況下，尤為嚴(yán)重，甚至造成轉(zhuǎn)子卡死，使泵損壞。

為了使羅茨泵在較高的壓差下工作，以擴(kuò)大使用范圍，增加泵的可靠性，就必須設(shè)法散出轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量，也就是說要對轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻。

為了理解空氣冷卻的實質(zhì)，先來看一下氣體在羅茨真空泵排氣一側(cè)的流動情況，在羅茨真空泵中吸入氣體被壓縮的過程不是連續(xù)的，而是突然的。

吸入氣體隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動而被封閉于腔內(nèi)，又隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，使腔內(nèi)的氣體突然與排氣口接通。

由于排氣一側(cè)的氣體壓力較高，排氣口處的氣體就向腔中返沖，然后又隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而被驅(qū)趕排出泵外。

這樣的過程在每旋轉(zhuǎn)一周中兩個轉(zhuǎn)子共進(jìn)行四次排氣過程。

從上述氣體的流動情況可以設(shè)想：假若每次返沖到泵腔中的氣體是冷的，則可以在高溫的泵腔內(nèi)吸收大量的熱量，這些吸收了熱量的氣體又在轉(zhuǎn)子的繼續(xù)壓縮中排出，從而會達(dá)到轉(zhuǎn)子冷卻的目的。

空氣冷卻就是運(yùn)用上述原理。在泵的排氣口處設(shè)置密集的冷卻片，冷卻片用冷水管進(jìn)行冷卻，或在泵的排氣口處直接安裝冷卻水管，這樣排氣口處的氣體就會降溫，這種冷卻方法能有效地散出羅茨泵轉(zhuǎn)子在壓縮氣體中所產(chǎn)生的執(zhí)量。

當(dāng)排氣壓力較高時，因氣體分子的密度大，使熱傳導(dǎo)性能更好，其冷卻效果也好些。

使用這種方法能保證泵在較高的壓差下作，實驗證明，一臺羅茨泵在30Torr壓差下運(yùn)轉(zhuǎn)6h，其轉(zhuǎn)子在外殼的溫度差為22度，當(dāng)在排氣口處安裝冷卻器后，在85Torr壓差下長其運(yùn)轉(zhuǎn)，其溫差也不超過17度。

一般說來，羅茨真空泵采用空氣冷卻之后，可將壓差提高80Torr，而不加冷卻器一般只能達(dá)到15~30Torr。

這種冷卻方法與環(huán)境溫度有關(guān)系，環(huán)境溫度高吸入的氣體溫度就高。則冷卻效果就不好。

此外，這種方法只能避免高壓差產(chǎn)生的高熱，而不能防止泵壓縮過程中發(fā)熱，而引起間隙變小的問題，所以受泵本身間隙的限制。

2.轉(zhuǎn)子的內(nèi)部冷卻：為了使羅茨真空泵在更高壓差下工作，可采取更有效的冷卻方法，即將轉(zhuǎn)子用循環(huán)油冷卻，在泵軸兩端分別有油孔、油徑軸頭打入，經(jīng)轉(zhuǎn)子內(nèi)壁再從另一端排出。

冷卻油除冷卻轉(zhuǎn)子外，還潤滑齒輪和軸承。這種冷卻效果較好，泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子溫度低于外殼溫度，大泵常采用這種方式。

例如在80Torr壓差下工作時，羅茨真空泵轉(zhuǎn)子溫度較外殼低78度，同時還發(fā)現(xiàn)泵負(fù)荷越重時，則間隙越大，這是因為轉(zhuǎn)子用油冷卻，溫度比殼體低，負(fù)荷越大，殼體膨脹越厲害，軸間距加大，所以間隙會增大。

由于負(fù)荷大，轉(zhuǎn)子和殼體溫差不斷增高，使間隙不斷增大，這會使首逆流增大，引起羅茨真空泵抽速下降。

為了克服這個缺點，羅茨泵在高負(fù)荷下工作時，需要采用有效措施，一般是將羅茨真空泵的外殼和轉(zhuǎn)子同時采用油循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。

3.轉(zhuǎn)子的油膜冷卻：這種冷卻方法是在羅茨真空泵入口處連接一個輸油管，用均勻滴下的冷卻油帶走轉(zhuǎn)子的熱量。

油經(jīng)過濾器器、冷卻器，通過密封良好的油泵，再經(jīng)過辦輸油管將油送到泵的入口。油滴到轉(zhuǎn)子上之后，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而均面在轉(zhuǎn)了子的表面上。

這不僅將轉(zhuǎn)子的熱量帶走，同時在兩個轉(zhuǎn)子表面上形成油膜，防止氣體的逆流，而且還能將轉(zhuǎn)子表面上依附的微細(xì)塵埃帶走。

在泵的出口處設(shè)有油槽，收集廢油，經(jīng)過過濾，冷卻后重新循環(huán)使用。此種方法效果良好。

但由于泵內(nèi)有油，失去了羅茨泵無油蒸汽污染真空系統(tǒng)的特點。再則油具有一定的粘度，對高速旋轉(zhuǎn)的羅茨泵轉(zhuǎn)子增加了不少的摩擦力，當(dāng)然使泵的功率消耗增加。所使用的油，要求飽和蒸汽壓應(yīng)盡量低。

4.水冷卻：所謂濕式羅茨真空泵，即是由間級或雙級泵吸入的空氣經(jīng)壓縮后，通過綜合吸收及有相位差的組合消音器傳送。

將微量的水注入泵內(nèi)，便能消除因壓縮空氣而產(chǎn)生的熱量。吸入水管裝在單級或雙級泵組的吸氣端并連接到真空泵的進(jìn)氣口上。

水是靠真空泵產(chǎn)生的真空度而吸入，真空度越大，吸入水量就越高。用一只簡單的調(diào)節(jié)閥門便能保證最佳的吸入量，吸入水的溫度應(yīng)保持在20度左右，要清潔，無鈣質(zhì)。

五、結(jié)構(gòu)特點

(1)在較寬的壓力范圍內(nèi)有較大的抽速；

(2)轉(zhuǎn)子具有良好的幾何對稱性，故振動小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。轉(zhuǎn)子間及轉(zhuǎn)子和殼體間均有間隙，不用潤滑，摩擦損失小，可大大降低驅(qū)動功率，從而可實現(xiàn)較高轉(zhuǎn)速；

(3)泵腔內(nèi)無需用油密封和潤滑，可減少油蒸氣對真空系統(tǒng)的污染；

(4)泵腔內(nèi)無壓縮，無排氣閥。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，對被抽氣體中的灰塵和水蒸汽不敏感；

(5)壓縮比較低，對氫氣抽氣效果差；

(6)轉(zhuǎn)子表面為形狀較為復(fù)雜的曲線柱面，加工和檢查比較困難。

羅茨真空泵近幾年在國內(nèi)外得到較快的發(fā)展。在冶煉、石油化工、電工、電子等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

六、性能特點

羅茨真空泵的特點是：啟動快，耗功少，運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)費(fèi)用低，抽速大、效率高，對被抽氣體中所含的少量水蒸汽和灰塵不敏感，在100～1帕壓力范圍內(nèi)有較大抽氣速率，能迅速排除突然放出的氣體。

這個壓力范圍恰好處于油封式機(jī)械真空泵與擴(kuò)散泵之間。

因此，它常被串聯(lián)在擴(kuò)散泵與油封式機(jī)械真空泵之間，用來提高中間壓力范圍的抽氣量。這時它又稱為機(jī)械增壓泵。

羅茨真空泵廣泛用于真空冶金中的冶煉、脫氣、軋制，以及化工、食品、醫(yī)藥工業(yè)中的真空蒸餾、真空濃縮和真空干燥等方面。真空泵配件為用于真空泵噪聲治理的，真空泵消音器。

七、保養(yǎng)方法

一）羅茨真空泵定期檢查：

1.每日檢查：

a）油位檢查：油量過多，使溫度升高，油量過少，造成潤滑不良。

b）溫度檢查：用溫度計檢查泵各部位溫度。

c）電動機(jī)負(fù)荷檢查：用功率表或電流，電壓表測量電動機(jī)負(fù)荷。

2.羅茨真空泵每月檢查：

聯(lián)軸器及墊片是否損壞和松動。

3.羅茨真空泵每3個月檢查：

齒輪箱內(nèi)潤滑油是否變質(zhì)。

4.羅茨真空泵每6個月檢查：

a）前蓋軸承箱內(nèi)潤滑油是否變質(zhì)。

b）活塞環(huán)及活塞環(huán)襯套是否磨損。

c）齒輪微量程度的磨損對轉(zhuǎn)子正常運(yùn)轉(zhuǎn)是否產(chǎn)生影響，是否需要調(diào)整。

二）羅茨真空泵拆裝：

增壓泵進(jìn)行拆卸和重新裝配時，須根據(jù)以下注意事項進(jìn)行：

1.羅茨真空泵未拆卸前，先測量并記錄轉(zhuǎn)子各部分間隙。

2.盡量避免用重錘敲打，拆下的零件不得碰傷，妥善保管好。

3.將需要更換的零部件的更換原因及使用情況詳細(xì)記錄下來。

4.羅茨真空泵重新裝配前須把各零部件清潔干凈，毛刺修光。

5.無密封墊襯或密封圈的靜密封面用“106”有機(jī)硅橡膠涂料。用干凈密封的橡膠密封件，需涂上真空考克脂。帶溢流閥真空泵溢流閥上的密封圈及平面上不得涂任柯油脂。

6.根據(jù)間隙一覽表調(diào)整轉(zhuǎn)子各部分間隙。

7.全部裝好后須進(jìn)行檢漏。

8.重裝后須進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)和必要的性能測試，待正常后才能安裝使用。

八、注意事項

羅茨泵工作原理性能特點羅茨泵實質(zhì)上與凸輪泵相同，但轉(zhuǎn)子是羅茨型的。它能輸送黏度為數(shù)萬厘泊的液體。

羅茨泵工作原理性能特點羅茨泵實質(zhì)上與凸輪泵相同，但轉(zhuǎn)子是羅茨型的。它能輸送黏度為數(shù)萬厘泊的液體。

羅茨泵主要是有兩個旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)子位于泵體中，由一對同步齒輪傳動，對于羅茨泵的轉(zhuǎn)子，在泵體內(nèi)是互相嚙合的，但具有間隙。

間隙大小主要取決于液體黏度。超過一定黏度范圍必須調(diào)整增大間隙。

1.羅茨泵經(jīng)常檢查油位位置，不符合規(guī)定時須調(diào)整使之符合要求，以羅茨泵運(yùn)轉(zhuǎn)時，油位到油標(biāo)中心為準(zhǔn)。

2.羅茨泵換油期限按實際使用條件和能否滿足性能要求等情況考慮，由用戶酌情決定。

一般新羅茨泵，抽除清潔干燥的氣體時，建議在工作100小時左右換油一次。待油中看不到黑色金屬粉末以后可適當(dāng)延長換油期限。

3.羅茨泵經(jīng)常檢查油質(zhì)情況，發(fā)現(xiàn)油變質(zhì)應(yīng)及時更換新油，確保羅茨泵工作正常。

4.羅茨泵一般情況下，羅茨泵工作2000小時后應(yīng)進(jìn)行檢修，檢查桷膠密封件老化程度，檢查排氣閥片是否開裂，清理沉淀在閥片及排氣閥座上的污物。

清洗整個羅茨泵腔內(nèi)的零件，如轉(zhuǎn)子、旋片、彈簧等。一般用汽油清洗，并烘干，對橡膠件類清洗后用干布擦干即可，清洗裝配時應(yīng)輕拿輕放小心碰傷。

5.羅茨泵向軸承體內(nèi)加入軸承潤滑機(jī)油，觀察油位應(yīng)在油標(biāo)的中心線處，潤滑油應(yīng)及時更換或補(bǔ)充。

6.羅茨泵檢查羅茨泵管路及結(jié)合處有無松動現(xiàn)象，用手轉(zhuǎn)動羅茨泵，試看羅茨泵是否靈活。

7.羅茨泵重新裝配后應(yīng)進(jìn)行試運(yùn)行，一般須空運(yùn)轉(zhuǎn)2小時并換油二次，因清洗時在羅茨泵中會留有一定量易揮發(fā)物，待運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，再投入正常工作。

8.羅茨泵開動電機(jī)，當(dāng)羅茨泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，打開出口壓力表和進(jìn)口羅茨泵，視其顯示出適當(dāng)壓力后，逐漸打開閘閥，同時檢查電機(jī)負(fù)荷情況。

9.羅茨泵盡量控制羅茨泵的流量和揚(yáng)程在標(biāo)牌上注明的范圍內(nèi)，以保證羅茨泵在最高效率點運(yùn)轉(zhuǎn)，才能獲得最大的節(jié)能效果。

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