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羅茨真空泵
第一節(jié) 概 述
一、 羅茨真空泵產(chǎn)生的原因：
羅茨真空泵是1944年在德國(guó)開始生產(chǎn)的，經(jīng)過了六十多年的發(fā)展，羅茨真空泵的結(jié)構(gòu)日趨完善，穩(wěn)定性不斷提高
以下圖片為目前國(guó)外公司產(chǎn)品：
羅茨真空泵是由于現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展的需要而產(chǎn)生
有時(shí)為了抽除大量氣體或大容器內(nèi)的氣體
羅茨真空泵是由羅茨鼓風(fēng)機(jī)演變而來，由于羅茨真空泵在10～10－2mbar時(shí)具有最高的抽氣效率
二
羅茨真空泵可廣泛應(yīng)用于需要大抽速和粗、中真空(10～10－4mbar)的任何真空系統(tǒng)中,例如:
1
2、 大型空間模擬試驗(yàn)設(shè)備中的動(dòng)態(tài)真空的獲得
3、 電力電容器及變壓器的真空浸漬處理。
4、 化纖工業(yè)的滌綸切片的白色度。
5、 燈泡燈管的自動(dòng)生產(chǎn)線系統(tǒng)中的抽氣系統(tǒng)能獲得大的抽氣速率和高真空度，就可使生產(chǎn)獲得高產(chǎn)、優(yōu)良。
6、 真空鍍膜設(shè)備中作為高真空泵的前級(jí)泵可以使整個(gè)抽氣時(shí)間大大縮短
7、 化工
8
☆ 羅茨真空泵的主要性能參數(shù)如下：
抽氣速率：30～20000升/秒 （×3.6 m3/h）
極限壓力：5×10－4～1×10－3mbar（和配的前級(jí)泵有關(guān)）
配用功率：0.75～115千瓦
轉(zhuǎn) 速：600～3000轉(zhuǎn)/分
三
1、 在較寬的壓力范圍內(nèi)（10～10－2mbar）具有很大的抽速
2
3、 由于動(dòng)平衡較好，所以運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)小、噪聲低。
4、 驅(qū)動(dòng)功率小，這是因?yàn)闄C(jī)械摩擦損失小。
5、 不用排氣閥。
6、 轉(zhuǎn)速高、體積小，可制成任何幾何抽速的泵。
7、 可凝性蒸汽對(duì)泵的抽氣性能沒有影響，因?yàn)榻?jīng)過泵時(shí)可凝性蒸汽還沒有被壓縮到飽和蒸汽壓。
8、 與其它機(jī)械真空泵比較，節(jié)能效果好，且耗油量很小。
第一節(jié) 羅茨真空泵的結(jié)構(gòu)和工作原理
一、 羅茨真空泵的結(jié)構(gòu)：
羅茨真空泵的結(jié)構(gòu)示意如圖2－1所示，在泵殼（泵體）1內(nèi)有兩個(gè)8字型轉(zhuǎn)子2，平行地安裝在一對(duì)軸上，由一對(duì)傳動(dòng)比為1的同步齒輪帶動(dòng)，作反向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子與泵殼之間均保持一定的間隙而且互不接觸，因而運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦損失很小，摩擦消耗功率極小，且可以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。
二
羅茨真空泵系固定容積式機(jī)械，它在工作時(shí)被抽氣體在泵腔內(nèi)無內(nèi)壓縮
圖2－2表示羅茨真空泵轉(zhuǎn)子由0°到180°的抽氣過程:
a位置:轉(zhuǎn)子1從被抽容器中封入V0體積的氣體。
b位置：轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)到45°位置V0腔與排氣口相通，由于排氣口壓力比V0腔高，所以排氣口的氣體會(huì)有一部分反沖過來。
c位置：轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)到90°位置封入的V0體積的氣體，此時(shí)連同反沖過來的氣體都排出泵體，同時(shí)轉(zhuǎn)子2也從被抽容器中封入V0體積的氣體。
d位置：轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)到135°轉(zhuǎn)子2的V0體積的氣體與排氣口相通，由于排氣口壓力比V0腔壓力高，所以排氣口的氣體會(huì)反沖過來一部分。
e位置：轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)到180°，此時(shí)和0°位置一樣。
可見轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周共排出4個(gè)V0體積的氣體，所以理論的幾何抽速為：
Sth=4* V0*n/60=2×3.14×R2×n×L×K0×10-6/60(L/S)
式中：n—泵軸的轉(zhuǎn)速（r/min）
R—轉(zhuǎn)子的半徑（mm）
L—轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度 （mm）
K0—轉(zhuǎn)子的斷面系數(shù) （一般為0.5左右）
三、 主要零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與作用
1、 轉(zhuǎn)子：分為主、從動(dòng)轉(zhuǎn)子，每個(gè)轉(zhuǎn)子均由葉輪、軸和圓錐銷組成，它們緊壓成一個(gè)整體，動(dòng)力從電機(jī)通過聯(lián)軸器首先傳給主動(dòng)轉(zhuǎn)子再通過一對(duì)轉(zhuǎn)速比為1的一對(duì)同步齒輪傳給從動(dòng)轉(zhuǎn)子。由于同步齒輪的作用，兩個(gè)轉(zhuǎn)子在泵殼內(nèi)保持一定的間隙，作等速反向旋轉(zhuǎn)而完成抽吸和輸送氣體的作用。
為保障運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無振動(dòng)、無噪音，一對(duì)轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)必須有較好的平衡性能，平衡不好不但影響泵運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)，而且還會(huì)使軸承和齒輪加速磨損，降低使用壽命。轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡試驗(yàn)是在具有足夠精度的動(dòng)平衡機(jī)上，通過去除葉輪上不平衡部分的金屬來獲得的。
2、 同步傳動(dòng)齒輪：一對(duì)同步傳動(dòng)齒輪安裝在二個(gè)轉(zhuǎn)子軸的同一端上相互嚙合傳動(dòng)，它的作用是通過主動(dòng)轉(zhuǎn)子把動(dòng)力傳給從動(dòng)轉(zhuǎn)子
由于轉(zhuǎn)子相互間的位置在裝配中需要調(diào)整
圖2－4A為整體齒輪
圖2－4B為分體齒輪，齒圈和齒殼用錐面固定和轉(zhuǎn)子軸固定采用直孔，鍵連接。這種結(jié)構(gòu)傳遞的功率較大，適用于中型泵上。
圖2－4C為分體齒輪，齒殼和齒圈用直孔固定，用錐銷定位，和轉(zhuǎn)子軸采用直孔，鍵連接。這種結(jié)構(gòu)調(diào)整間隙麻煩，但傳遞功率較大，適用于大型泵上。
無論采用那種結(jié)構(gòu)形式，對(duì)齒輪有如下幾個(gè)要求：
1) 保障足夠的強(qiáng)度和使用壽命。
2) 保障在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音低。
3) 能控制轉(zhuǎn)子間隙在運(yùn)轉(zhuǎn)中無多大變化
為了保障齒輪的正常使用壽命，羅茨真空泵的傳動(dòng)齒輪必須采用安全穩(wěn)定的潤(rùn)滑措施
大泵因?yàn)辇X輪的線速度較高，所以在齒輪箱內(nèi)安裝了水冷卻器以冷卻潤(rùn)滑油溫
3
活塞環(huán)在襯套槽內(nèi)具有一定的側(cè)面間隙，可以形成干式不摩擦的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)
4
新型泵的外軸封的結(jié)構(gòu)如圖2－6所示
為了減少油封摩擦產(chǎn)生的溫度
油封采用橡膠制的帶彈簧骨架油封
為了保障密封性能，軸套轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)應(yīng)無明顯的跳動(dòng)
5
兩主孔分別為前后孔
為了保護(hù)內(nèi)軸封孔不受損壞，在孔內(nèi)加一襯套
內(nèi)軸封主要作用是防止?jié)櫥瓦M(jìn)入泵腔
6
以下是國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品端面間隙的調(diào)整方法。
轉(zhuǎn)子端面間隙的調(diào)整是靠增減軸承座下面的墊片來實(shí)現(xiàn)的（圖2－8）。
圖2－8a：將軸承座與端蓋用螺釘緊固，軸承壓蓋壓緊使轉(zhuǎn)子無軸向竄動(dòng)，測(cè)量出轉(zhuǎn)子固定端間隙量δ。
圖2－8b：拆除軸承座與端蓋的緊固螺釘
圖2－8c：軸承座下面每個(gè)緊固螺釘間墊一組厚為δ減去要求的固定端間隙δ1
由于兩個(gè)轉(zhuǎn)子的軸上零件尺寸不一致
第二節(jié) 羅茨真空泵的安裝和使用
一，使用范圍也越來越廣泛。目前在國(guó)際上羅茨真空泵制造水平先進(jìn)的企業(yè)有：德國(guó)艾珍公司、普發(fā)公司、萊寶公司，英國(guó)愛德華公司等。我國(guó)的羅茨真空泵是上世紀(jì)五十年代后期在上海最先生產(chǎn)的，其結(jié)構(gòu)主要也是參照了國(guó)外同類產(chǎn)品技術(shù)。
，隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展，真空技術(shù)在許多新工藝上被廣泛應(yīng)用。在許多真空應(yīng)用系統(tǒng)中，為了提高生產(chǎn)效率、縮短抽氣時(shí)間或適應(yīng)真空系統(tǒng)在一定真空（壓力）時(shí)的大量放氣，要求在10～10－2mbar真空（壓力）時(shí)具有較大抽速的真空泵，而現(xiàn)有的油封式真空泵或油擴(kuò)散真空泵在10～10－2mbar范圍內(nèi)要得到大抽速是困難的，即使得到也很勉強(qiáng)。但油封機(jī)械泵在10～10－2mbar壓力時(shí)的抽速已明顯下降，出現(xiàn)了大泵小用，造成很大的浪費(fèi)，要在這種壓力范圍內(nèi)工作必須選用大容量的機(jī)械真空泵。例如：某一真空系統(tǒng)要求在10－2mbar入口壓力時(shí)有600升/秒的抽速，若選H－150滑閥真空泵，因一臺(tái)H－150滑閥泵在10－2mbar時(shí)的抽速只有15～20升/秒，也就需要30～40臺(tái)H－150滑閥泵并聯(lián)起來使用，造成設(shè)備費(fèi)用高，占地面積大，維護(hù)保養(yǎng)困難，耗電大等缺點(diǎn)。如果使用一臺(tái)ZJ－600羅茨真空泵串聯(lián)一臺(tái)H－70或H－150滑閥泵 ，已全部可以取代30～40臺(tái)H－150滑閥真空泵 ，這是一個(gè)極為好的經(jīng)濟(jì)效益。
，就要求有更大的真空泵 ，對(duì)于油封機(jī)械泵來講，要獲得大抽速必須增大泵的幾何尺寸或提高泵的轉(zhuǎn)速 ，這兩者都受到限制 。所以為了達(dá)到這種工藝要求的抽速，除了并聯(lián)機(jī)械泵外 ，必須發(fā)展適應(yīng)各種需要的新型有效真空泵 。
，且泵的運(yùn)動(dòng)部件摩擦損失小 、轉(zhuǎn)速高、體積小 ，無不平衡部件、轉(zhuǎn)子與泵體無直接接觸摩擦、振動(dòng)小、噪聲低，可以制成很大容量的泵，泵內(nèi)清潔干燥，所以羅茨真空泵發(fā)展很快，使用越來越廣。
、 羅茨真空泵的用途：
、 冶金工業(yè)中的大規(guī)模鋼液真空脫氣過程，各種工業(yè)真空電爐脫氣，因?yàn)樵诖诉^程中，大量氣體在0.2～10－3mbar區(qū)間放出。
，例如：模擬高空飛機(jī)及火箭、宇宙飛船的高空條件試驗(yàn)，需要把燃燒排出的氣體抽除。
，提高生產(chǎn)效率 。
、制藥工業(yè)中 ，如果配上水環(huán)真空泵作為羅茨真空泵的前級(jí)泵，就可以抽除含有大量水蒸汽和腐蝕性的氣體 ，適用于各類真空蒸餾 、真空濃縮、真空干燥等工藝上 。
、 食品、水果的真空保鮮 、真空冷凍干燥處理 ，可大大延長(zhǎng)食品、水果的保鮮期 。
、 羅茨真空泵的優(yōu)點(diǎn)：
。
、 泵腔及轉(zhuǎn)子工作時(shí)為干式無油，對(duì)被抽氣體中的灰塵 ，水蒸汽不敏感 ，油蒸汽污染真空系統(tǒng)的情況比油增壓泵、油擴(kuò)散泵和油封機(jī)械泵好 。
、 羅茨真空泵的工作原理：
，主要靠容積抽氣，因?yàn)榱_茨真空泵的轉(zhuǎn)子是高速旋轉(zhuǎn)的 ，轉(zhuǎn)子表面可將氣體分子帶走，達(dá)到抽氣目的。
，并使主、從動(dòng)轉(zhuǎn)子保持一定間隙在嚙合狀態(tài)中作同步旋轉(zhuǎn)，從而使二個(gè)轉(zhuǎn)子完成抽除和輸送氣體的作用。因此，這一對(duì)齒輪的速比等于1，嚙合系數(shù)全部相同的一對(duì)齒輪。
，因此，要求齒輪固定在轉(zhuǎn)子軸上時(shí)相對(duì)于轉(zhuǎn)子位置也可進(jìn)行調(diào)整，圖2－4所示的幾種齒輪和轉(zhuǎn)子軸的結(jié)構(gòu)是幾種常用的形式。
，用錐面和轉(zhuǎn)子軸固定。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整轉(zhuǎn)子間隙方便，但對(duì)錐面加工精度要求高，傳遞功率不大，適用于小泵上。
。
因此，選擇齒輪的材料和加工工藝時(shí)要根據(jù)上述要求考慮，一般選用中碳鉻鋼齒表面高頻熱處理后，高精度磨齒加工，這樣才能使齒輪具有足夠的強(qiáng)度，耐磨性和高精度。
。由于齒輪是在真空條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的，因此，一般均可采用飛濺式潤(rùn)滑，利用甩油盤將潤(rùn)滑油濺起。
，改善齒輪的潤(rùn)滑條件，用于高壓范圍的小泵也需配冷卻器。
、 內(nèi)軸封：二個(gè)轉(zhuǎn)子上有四組內(nèi)軸封，每組內(nèi)軸封采用2－4根活塞環(huán)和活塞環(huán)襯套構(gòu)成（圖2－5）活塞環(huán)放入活塞環(huán)襯套槽內(nèi)，由于活塞環(huán)的漲力，緊貼在端蓋孔內(nèi)不轉(zhuǎn)，形成迷宮式密封，以防止高低壓區(qū)間空氣的流動(dòng)和齒輪箱、軸承箱內(nèi)的潤(rùn)滑油進(jìn)入泵腔。
，但如果槽內(nèi)有毛刺，贓物或活塞環(huán)開口平面互相錯(cuò)開，則在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)造成側(cè)面相互摩擦，輕者使零件磨損，重者造成咬住的嚴(yán)重故障，因此要求裝活塞環(huán)前必須將毛刺去掉，活塞環(huán)放在平板上經(jīng)過檢查，裝配和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)注意贓物落入。
、 外軸封：外軸封位于主軸的出軸處 ，是羅茨真空泵中一個(gè)的一個(gè)動(dòng)密封，它的密封性能的好壞對(duì)羅茨真空泵的極限壓力會(huì)有明顯的影響。
，一個(gè)平衡式機(jī)械密封安裝在前蓋上，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)密封面通過高速旋轉(zhuǎn)的甩油盤將真空泵油不斷飛濺至動(dòng)密封面上，確認(rèn)密封面的潤(rùn)滑和摩擦部件的冷卻。因此在安裝機(jī)械密封時(shí)嚴(yán)禁碰傷密封件表面。判斷機(jī)械密封是否正常，一是檢測(cè)真空度是否達(dá)到要求；二是通過油窗觀察真空泵油是否有大量氣泡，如有大量氣泡說明真空度不合格。一旦機(jī)械密封有漏，需及時(shí)更換。一般機(jī)械密封的壽命為18個(gè)月。
老產(chǎn)品的外軸封結(jié)構(gòu)如右圖所示，兩個(gè)骨架油封相對(duì)安裝在前蓋的軸封座上，中間充滿密封用的真空泵油，為了顯示油封是否已經(jīng)漏，在前蓋上安裝了一個(gè)玻璃油杯，正常情況下油杯里的油消耗極少，如發(fā)現(xiàn)耗油極快，說明軸封已損壞，需更換。
，在油封座外加上冷卻水套以提高油封的使用壽命。小泵由于線速度較低，所以不加冷卻水套。
，為了保護(hù)轉(zhuǎn)子軸不受磨損，在軸上裝一個(gè)經(jīng)過熱處理的軸套，軸套與軸之間放一個(gè)O型密封圈。
，油封孔與軸套外園要同軸。一般骨架油封的壽命只有6個(gè)月。
、 端蓋部件：端蓋是支承全部回轉(zhuǎn)零部件的零件 ，位于泵殼兩側(cè)，兩主孔是兩轉(zhuǎn)子中心距的定位孔 ，尺寸精度要求較高 ，且兩主孔分別與泵殼孔同軸。
，前孔為軸承孔 ，后孔為內(nèi)軸封孔，中間為一空腔 ，這一空腔的作用是端蓋外側(cè)齒輪箱和軸承箱里的潤(rùn)滑油飛濺潤(rùn)滑軸承后有一部分油可能進(jìn)入空腔 ，在空腔內(nèi)安裝有擋油圈來阻擋潤(rùn)滑油進(jìn)入泵腔，因此大部分潤(rùn)滑油被阻隔 ，使極少量潤(rùn)滑油進(jìn)入泵殼（見圖2－7） 。
，使活塞環(huán)不直接和端蓋接觸 ，這樣即使活塞環(huán)和孔有相對(duì)磨檫，也不會(huì)損壞端蓋 。
，在高壓差下對(duì)氣體無明顯的密封作用 ，但工作中端蓋空腔內(nèi)，齒輪箱和軸承箱內(nèi)的氣體卻不會(huì)很快通過內(nèi)軸封被泵抽除 ，而是慢慢地泄漏過去，造成極限壓力上得慢，為了充分發(fā)揮泵的性能作用，在端蓋與泵殼排氣腔之間連接一孔，使端蓋空腔內(nèi)、齒輪箱、軸承箱內(nèi)的氣體通過此孔很快地被前級(jí)泵抽除，為了防止?jié)櫥蛷拇丝走M(jìn)入泵腔，孔的位置應(yīng)位于上方，而且應(yīng)處于油飛濺不到的地方。
、 轉(zhuǎn)子端面間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)：如果轉(zhuǎn)子在泵殼內(nèi)可以軸向竄動(dòng)，高速旋轉(zhuǎn)中，會(huì)發(fā)生平面磨檫、磨損，甚至咬死卡住現(xiàn)象，因此必須把轉(zhuǎn)子作軸向固定，使端面間隙分為固定端間隙和活動(dòng)端間隙，工作中由于轉(zhuǎn)子受熱膨脹，但間隙的縮小只限于活動(dòng)端，如何控制裝配中轉(zhuǎn)子固定端間隙量，就需有轉(zhuǎn)子端面間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。備注：天田羅茨泵的端面間隙是不需要調(diào)整。
，用頂離螺釘將軸承座連同軸承 、轉(zhuǎn)子一起移動(dòng)至轉(zhuǎn)子端面與端蓋平面接觸。
，得到的尺寸為δ的墊片 ，然后拆去頂離螺釘，用緊固螺釘將軸承座緊固 。再復(fù)測(cè)δ是否為要求值 。
，因此再裝配時(shí)這些零件不能對(duì)換，否則每次裝配必須重復(fù)上述調(diào)整端面間隙過程 。