羅茨真空泵結構組成和結構特點

羅茨真空泵結構組成
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，在高速運轉時穩定性差，所以除小規格的泵外，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，高速運轉時穩定性好。國內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。排氣口處于規定壓力時，溢流閥是關閉的。當其排氣口壓力超過規定壓力時，則溢流閥的閥門自動被頂開而產生溢漢，排氣口壓力變正常后，溢流閥再自行關閉。它能自動調節，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，在各種壓力范圍內能連續運轉。采用這種設計，能使真空容器在粗真空狀態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熱。假設采用了復式冷凝器，在維修時可用適當的溶劑清除污垢，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，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
羅茨真空泵冷卻裝置
1.空氣冷卻：羅茨真空泵由于輸送和壓縮氣體而產生熱量，這些熱量必須從轉子傳至殼體而散發。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的，而是突然的。吸入氣體隨轉子轉動而被封閉于腔內，又隨轉子的旋轉，使腔內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吸收大量的熱量，這些吸收了熱量的氣體又在轉子的繼續壓縮中排出，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生的執量。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30Torr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85Torr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80Torr，而不加冷卻器一般只能達到15~30Torr。
這種冷卻方法與環境溫度有關系，環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生的高熱，而不能防止泵壓縮過程中發熱，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，即將轉子用循環油冷卻，在泵軸兩端分別有油孔、油徑軸頭打入，經轉子內壁再從另一端排出。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，同時還發現泵負荷越重時，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系統進行冷卻。
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。油經過濾器器、冷卻器，通過密封良好的油泵，再經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，經過過濾，冷卻后重新循環使用。此種方法效果良好。但由于泵內有油，失去了羅茨泵無油蒸汽污染真空系統的特點。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代。
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，便能消除因壓縮空氣而產生的熱量。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。
羅茨真空泵結構特點
(1)在較寬的壓力范圍內有較大的抽速；
(2)轉子具有良好的幾何對稱性，故振動小，運轉平穩。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，從而可實現較高轉速；
(3)泵腔內無需用油密封和潤滑，可減少油蒸氣對真空系統的污染；
(4)泵腔內無壓縮，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外得到較快的發展。在冶煉、石油化工、電工、電子等行業得到了廣泛的應用。