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

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。靠泵腔內(nèi)一對葉形轉子同步、反向旋轉的推壓作用來移動氣體而實現(xiàn)抽氣的真空泵。羅茨真空泵是指具有一對同步高速旋轉的鞋底形轉子的機械真空泵，此泵不可以單獨抽氣，前級需配油封、水環(huán)等可直排大氣。它的結構和工作原理與羅茨鼓風機相似，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。這種真空泵的轉子與轉子之間、轉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。轉子型線有圓弧線、漸開線和擺線等。漸開線轉子泵的容積利用率高，加工精度易于保證，故轉子型線多用漸開線型。羅茨真空泵的轉速可高達3450～4100轉/分;抽氣速率為30～10000升/秒（1升=10-3米3）；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構和制造精度外，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機相似。由于轉子的不斷旋轉，被抽氣體從進氣口吸入到轉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。但當轉子頂部轉過排氣口邊緣，v0空間與排氣側相通時，由于排氣側氣體壓強較高，則有一部分氣體返沖到空間v0中去，使氣體壓強突然增高。當轉子繼續(xù)轉動時，氣體排出泵外。羅茨泵在泵腔內(nèi)，有二個“8”字形的轉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運動。在轉子之間，轉子與泵殼內(nèi)壁之間，保持有一定的間隙，可以實現(xiàn)高轉速運行。

結構組成

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

1.立式：兩個轉子的軸線呈水平安裝，但兩個轉子軸線構成的平面與水平面垂直，這種結構，泵的進排氣口呈水平設置，裝配和連接管道都比較方便。但其缺點是泵的重心太高，在高速運轉時穩(wěn)定性差，所以除小規(guī)格的泵外，采用這種結構型式的不太多。

2.臥式：兩個轉子的軸線呈水平安裝，兩個轉子軸線構成的平面成水平方向，這種結構的泵的進氣口在泵的上方，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。這種結構的特點是重心低，高速運轉時穩(wěn)定性好。國內(nèi)外大中型泵多采用此種結構型式。

3.豎軸式：國外有的羅茨泵的兩個轉子軸線與水平面垂直安裝。這種結構的裝配間隙容易控制，轉子裝配方便，占地面積小，但齒輪等傳動機構裝拆不便，潤滑裝置也較復雜。

當總體結構決定后，泵體本身的結構與形狀也就相應地決定了。

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，溢流閥是關閉的。當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，溢流閥再自行關閉。它能自動調節(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)運轉。采用這種設計，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，抽氣機組必須設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。假設采用了復式冷凝器，在維修時可用適當?shù)娜軇┣宄酃?，蒸汽就能順暢地在導管中流動。從特征曲線可以看出當達到極限真空時，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，達到極限真空是幾乎為分子流狀態(tài)，將其導通能力帶入式中：

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℃時空氣的導通能力

因此選擇不同的前級泵可以獲得不同的極限真空

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，這些熱量必須從轉子傳至殼體而散發(fā)。但在低壓下，氣體對熱的傳導和對流性能極差，致使轉子吸收的熱量不易散出，造成轉子溫度永遠高于殼體的溫度。由于轉子的熱膨脹，使轉子與轉子間、轉子與泵殼間的間隙減少，特別在壓差也高的情況下，尤為嚴重，甚至造成轉子卡死，使泵損壞。為了使羅茨泵在較高的壓差下工作，以擴大使用范圍，增加泵的可靠性，就必須設法散出轉子產(chǎn)生的熱量，也就是說要對轉子進行冷卻。

為了理解空氣冷卻的實質，先來看一下氣體在羅茨真空泵排氣一側的流動情況，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。吸入氣體隨轉子轉動而被封閉于腔內(nèi)，又隨轉子的旋轉，使腔內(nèi)的氣體突然與排氣口接通。由于排氣一側的氣體壓力較高，排氣口處的氣體就向腔中返沖，然后又隨著轉子的旋轉而被驅趕排出泵外。這樣的過程在每旋轉一周中兩個轉子共進行四次排氣過程。

從上述氣體的流動情況可以設想：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子的繼續(xù)壓縮中排出，從而會達到轉子冷卻的目的。

空氣冷卻就是運用上述原理。在泵的排氣口處設置密集的冷卻片，冷卻片用冷水管進行冷卻，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子在壓縮氣體中所產(chǎn)生的執(zhí)量。而且當排氣壓力較高時，因氣體分子的密度大，使熱傳導性能更好，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0.3Pa壓差下運轉6h,其轉子在外殼的溫度差為22度，當在排氣口處安裝冷卻器后，在0.8Pa壓差下長其運轉，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0.8Pa，而不加冷卻器一般只能達到0.15~0.30Pa。

這種冷卻方法與環(huán)境溫度有關系，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)轉子內(nèi)壁再從另一端排出。冷卻油除冷卻轉子外，還潤滑齒輪和軸承。這種冷卻效果較好，泵在運轉時轉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，羅茨真空泵轉子溫度較外殼低78度，同時還發(fā)現(xiàn)泵負荷越重時，則間隙越大，這是因為轉子用油冷卻，溫度比殼體低，負荷越大，殼體膨脹越厲害，軸間距加大，所以間隙會增大。

由于負荷大，轉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子同時采用油循環(huán)系統(tǒng)進行冷卻。

3.轉子的油膜冷卻：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。油滴到轉子上之后，隨著轉子的旋轉而均面在轉了子的表面上。這不僅將轉子的熱量帶走，同時在兩個轉子表面上形成油膜，防止氣體的逆流，而且還能將轉子表面上依附的微細塵埃帶走。在泵的出口處設有油槽，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，對高速旋轉的羅茨泵轉子增加了不少的摩擦力，當然使泵的功率消耗增加。

所使用的油，要求飽和蒸汽壓應盡量大。

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。用一只簡單的調節(jié)閥門便能保證最佳的吸入量，吸入水的溫度應保持在20度左右，要清潔，無鈣質。

結構特點

(1)在較寬的壓力范圍內(nèi)有較大的抽速；

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

(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。結構簡單、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)轉子表面為形狀較為復雜的曲線柱面，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)得到了廣泛的應用。

性能特點

羅茨真空泵的特點是：啟動快，耗功少，運轉維護費用低，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械真空泵與擴散泵之間。因此，它常被串聯(lián)在擴散泵與油封式機械真空泵之間，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。

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）電動機負荷檢查：用功率表或電流，電壓表測量電動機負荷。

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。

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。

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子正常運轉是否產(chǎn)生影響，是否需要調整。

（二）、羅茨真空泵拆裝：

增壓泵進行拆卸和重新裝配時，須根據(jù)以下注意事項進行：

1、羅茨真空泵未拆卸前，先測量并記錄轉子各部分間隙。

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)間隙一覽表調整轉子各部分間隙。

7、全部裝好后須進行檢漏。

8、重裝后須進行試運轉和必要的性能測試，待正常后才能安裝使用。

注意事項

羅茨泵工作原理性能特點羅茨泵實質上與凸輪泵相同，但轉子是羅茨型的。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方向相反的轉子位于泵體中，由一對同步齒輪傳動，對于羅茨泵的轉子，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)定時須調整使之符合要求.以羅茨泵運轉時,油位到油標中心為準。

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后,以后可適當延長換油期限。

3、羅茨泵經(jīng)常檢查油質情況,發(fā)現(xiàn)油變質應及時更換新油,確保羅茨泵工作正常。

4、羅茨泵一般情況下,羅茨泵工作2000小時后應進行檢修,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)加入軸承潤滑機油,觀察油位應在油標的中心線處,潤滑油應及時更換或補充。

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

7、羅茨泵重新裝配后應進行試運行,一般須空運轉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,待運轉正常后,再投入正常工作。

8、羅茨泵開動電機,當羅茨泵正常運轉后,打開出口壓力表和進口羅茨泵,視其顯示出適當壓力后,逐漸打開閘閥,同時檢查電機負荷情況。

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

三、分子泵

分子泵是利用高速旋轉的轉子把動量傳輸給氣體分子，使之獲得定向速度，從而被壓縮、被驅向排氣口后為前級抽走的一種真空泵。

常見的分子泵

1)牽引分子泵 氣體分子與高速運動的轉子相碰撞而獲得動量，被驅送到泵的出口。

2)渦輪分子泵 靠高速旋轉的動葉片和靜止的定葉片相互配合來實現(xiàn)抽氣的。這種泵通常在分子流狀態(tài)下工作。

3)復合分子泵 它是由渦輪式和牽引式兩種分子泵串聯(lián)組合起來的一種復合型的分子真空泵。

工作條件

（1）轉子轉速達到20000r/min，故分子泵啟動時間較長。

（2）氣體處于分子流狀態(tài)，故需要配備前級泵，一般使用旋片泵作為前級泵。

結構特點

復合式分子泵是渦輪分子泵與牽引分子泵的串聯(lián)組合，集兩種泵的優(yōu)點于一體。泵在很寬的壓力范圍內(nèi) ((10-6 ～ 1Pa) 具有較大的抽速和較高的壓縮比，大大提高了泵的出口壓力。法國 Alcatle 公司生產(chǎn)的一種采用氣體靜壓軸承和動密封的復合分子泵，可以做到完全無油，且不用前級泵直接向大氣中排氣。

分類

復合式分子泵的形式很多，按結構分，主要有兩種：一種是渦輪葉片與盤式牽引泵的串聯(lián)組合；另一種是渦輪葉片與筒式牽引泵的串聯(lián)組合。渦輪級主要用來提高泵的抽速，一般采用有利于提高抽速的葉片形狀，級數(shù)在 l0 級以內(nèi)。牽引級主要用來增加泵的壓縮比，提高泵的出口壓力。

盤式牽引級是在平板圓盤平面上按一定規(guī)律開出數(shù)條型線溝槽，然后將數(shù)塊圓盤串接起來構成，型線有阿基米德螺線、對數(shù)螺線、圓弧線等。抽氣時靠高速轉動的圓盤對氣體分子進行“拖動”，使其沿溝槽作由內(nèi)向外及由外向內(nèi)的往復折回的定向流動，從而達到抽氣目的。

筒式牽引級是在圓筒形的轉子或定子的圓柱面上開一定斷面形狀的溝槽，如矩形、圓弧形、三角形及其它形狀的多頭螺旋槽。由于簡式牽引泵型線溝槽開在轉子圓柱外表面或泵體內(nèi)表面上，因此可以充分利用圓柱外圓較高的線速度對氣體分子進行動量傳遞，提高泵的抽氣效果。在設計制造中，可以通過改變螺旋溝槽通道與抽氣方向之間的夾角 ( 螺旋升角 ) 來達到較理想的抽氣效果。

設計要點

在復合分子泵的設計中，必須處理好渦輪級與牽引級之間的應配和銜接關系。由于渦輪級有較大的抽氣面積，抽速很大，而牽引級溝槽抽氣面積較小，在兩種結構的聯(lián)接處，由渦輪葉片壓縮下來的氣體分子的流動方式突然轉變，使氣體分子的運動在聯(lián)接處由有序變成無序，至使返流增加，抽氣能力下降。因此，在設計時應在渦輪級和牽引級轉換處加上過渡級結構，以提高泵的抽氣性能。隨著復合分子泵的不斷改進，其應用領域越來越廣，在某些抽氣系統(tǒng)上可以替代擴散泵，縮短了系統(tǒng)的抽氣時間，并可獲得無油污染的清潔真空環(huán)境。

四.擴散泵

擴散泵是目前獲得高真空的最廣泛、最主要的工具之一，通常指油擴散泵。擴散泵是一種次級泵，它需要機械泵作為前級泵。

工作原理

擴散泵中的油在加熱到沸騰溫度（約為200度）后產(chǎn)生大量的油蒸氣，油蒸氣經(jīng)導流管從各級噴嘴定向高速噴出。由于擴散泵進氣口附近被抽氣體的分壓強高于蒸氣流中該氣體的分壓強，被抽氣體的分子便不斷擴散到高速定向蒸氣流中，隨著蒸氣流帶走。氣體分子隨蒸氣流碰到泵壁又反射回來，再受到蒸氣流碰撞而重新沿蒸氣流方向流向泵壁。經(jīng)過幾次碰撞后，氣體分子被壓縮到低真空端，再由下幾級噴嘴噴出的蒸氣進行多級壓縮，最后由前級泵抽走，而油蒸氣在冷卻的泵壁上被冷凝后又返回到下層重新被加熱，如此循環(huán)工作達到抽氣目的。

組成結構

高真空泵擴散泵主要結構有泵體、冷卻帽、噴嘴、蒸氣導流管、加熱器和冷卻器等。

性能參數(shù)

通常擴散泵的性能是以極限真空、最大反壓強、抽氣速率以及設置冷阱或低溫擋板而定。

1.極限真空

如果對一般油擴散泵的結構進行改進，如減少油蒸氣的返流，加分鎦裝置，合理分配加熱功率，改進噴嘴角度設計，加以擋油帽、障板或冷阱、吸附阱等，就能使擴散泵性能大大改善，極限真空可達到更低的壓強。油擴散泵工作壓力范圍是10^-1~10^-6Pa，起始壓力正好是機械泵的極限壓力，因此，油擴散泵通常要利用機械泵作為前級泵，將真空度抽到10^-1Pa后才能開始工作。

2.最大反壓強

最大反壓強是指擴散泵所允許的前置壓強最大值。如果前級泵所產(chǎn)生的壓強高于最大反壓強，則擴散泵就不能正常工作。

3.抽氣速率

擴散泵的抽速可根據(jù)氣體分子運動理論來推算出來。

4.設置冷阱及低溫擋板的原因

由于擴散泵噴嘴噴出來的油蒸氣分子，大部分由泵壁冷凝，這是因為泵壁外設置冷卻水套或冷卻管道的緣故。但是有少部分蒸氣分子被泵壁反射，散射會返回被抽空間，這種現(xiàn)象在低溫實驗室中要特別注意。如在擴散泵和被抽容器之前加上冷阱或低溫擋板，這樣就能使返加的蒸氣被冷凝下來，截止了油蒸氣的返流。

影響油擴散泵性能的因素如下：

1、油擴散泵的返流。

2、氣體分子的反擴散。

4、泵清洗不干凈，污染物質留在泵內(nèi)并重復循環(huán)，影響其真空度。

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