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羅茨真空泵
第一節(jié) 概 述
一
羅茨真空泵是1944年在德國開始生產(chǎn)的，經(jīng)過了六十多年的發(fā)展
以下圖片為目前國外公司產(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機演變而來，由于羅茨真空泵在10～10－2mbar時具有高的抽氣效率，且泵的運動部件摩擦損失小、轉速高、體積小，無不平衡部件、轉子與泵體無直接接觸摩擦、振動小
二、 羅茨真空泵的用途：
羅茨真空泵可廣泛應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、 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，因為在此過程中，大量氣體在0.2～10－3mbar區(qū)間放出。
2、 大型空間模擬試驗設備中的動態(tài)真空的獲得，例如：模擬高空飛機及火箭、宇宙飛船的高空條件試驗，需要把燃燒排出的氣體抽除。
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
6
7、 化工、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。
8、 食品、水果的真空保鮮、真空冷凍干燥處理，可大大延長食品、水果的保鮮期
☆ 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（和配的前級泵有關）
配用功率：0.75～115千瓦
轉 速：600～3000轉/分
三
1
2
3、 由于動平衡較好，所以運轉時的振動小、噪聲低。
4、 驅(qū)動功率小
5
6
7
8、 與其它機械真空泵比較
第一節(jié) 羅茨真空泵的結構和工作原理
一
羅茨真空泵的結構示意如圖2－1所示
二
羅茨真空泵系固定容積式機械，它在工作時被抽氣體在泵腔內(nèi)無內(nèi)壓縮
圖2－2表示羅茨真空泵轉子由0°到180°的抽氣過程:
a位置:轉子1從被抽容器中封入V0體積的氣體。
b位置：轉子1轉到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有一部分反沖過來
c位置：轉子1轉到90°位置封入的V0體積的氣體
d位置：轉子1轉到135°轉子2的V0體積的氣體與排氣口相通
e位置：轉子1轉到180°，此時和0°位置一樣
可見轉子旋轉一周共排出4個V0體積的氣體
Sth=4* V0*n/60=2×3.14×R2×n×L×K0×10-6/60(L/S)
式中：n—泵軸的轉速（r/min）
R—轉子的半徑（mm）
L—轉子的長度 （mm）
K0—轉子的斷面系數(shù) （一般為0.5左右）
三、 主要零部件的結構特點與作用
1
為保障運轉時無振動、無噪音，一對轉子在高速旋轉時必須有較好的平衡性能，平衡不好不但影響泵運轉的平穩(wěn)，而且還會使軸承和齒輪加速磨損，降低使用壽命
2
由于轉子相互間的位置在裝配中需要調(diào)整，因此，要求齒輪固定在轉子軸上時相對于轉子位置也可進行調(diào)整，圖2－4所示的幾種齒輪和轉子軸的結構是幾種常用的形式。
圖2－4A為整體齒輪，用錐面和轉子軸固定。這種結構簡單，調(diào)整轉子間隙方便，但對錐面加工精度要求高，傳遞功率不大，適用于小泵上
圖2－4B為分體齒輪，齒圈和齒殼用錐面固定和轉子軸固定采用直孔
圖2－4C為分體齒輪，齒殼和齒圈用直孔固定，用錐銷定位，和轉子軸采用直孔，鍵連接。這種結構調(diào)整間隙麻煩，但傳遞功率較大，適用于大型泵上。
無論采用那種結構形式，對齒輪有如下幾個要求：
1) 保障足夠的強度和使用壽命。
2) 保障在高速旋轉時運轉平穩(wěn)
3) 能控制轉子間隙在運轉中無多大變化。
為了保障齒輪的正常使用壽命
大泵因為齒輪的線速度較高
3、 內(nèi)軸封：二個轉子上有四組內(nèi)軸封
活塞環(huán)在襯套槽內(nèi)具有一定的側面間隙，可以形成干式不摩擦的相對轉動
4、
新型泵的外軸封的結構如圖2－6所示，一個平衡式機械密封安裝在前蓋上
為了減少油封摩擦產(chǎn)生的溫度，在油封座外加上冷卻水套以提高油封的使用壽命
油封采用橡膠制的帶彈簧骨架油封，為了保護轉子軸不受磨損，在軸上裝一個經(jīng)過熱處理的軸套，軸套與軸之間放一個O型密封圈。
為了保障密封性能，軸套轉動時應無明顯的跳動，油封孔與軸套外園要同軸。一般骨架油封的壽命只有6個月。
5、
兩主孔分別為前后孔
為了保護內(nèi)軸封孔不受損壞，在孔內(nèi)加一襯套，使活塞環(huán)不直接和端蓋接觸，這樣即使活塞環(huán)和孔有相對磨檫，也不會損壞端蓋。
內(nèi)軸封主要作用是防止?jié)櫥瓦M入泵腔，在高壓差下對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)的氣體卻不會很快通過內(nèi)軸封被泵抽除，而是慢慢地泄漏過去
6、 羅茨真空泵產(chǎn)生的原因：
，羅茨真空泵的結構日趨完善，穩(wěn)定性不斷提高，使用范圍也越來越廣泛。目前在國際上羅茨真空泵制造水平先進的企業(yè)有：德國艾珍公司、普發(fā)公司、萊寶公司，英國愛德華公司等。我國的羅茨真空泵是上世紀五十年代后期在上海最先生產(chǎn)的 ，其結構主要也是參照了國外同類產(chǎn)品技術。
，隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展，真空技術在許多新工藝上被廣泛應用。在許多真空應用系統(tǒng)中，為了提高生產(chǎn)效率、縮短抽氣時間或適應真空系統(tǒng)在一定真空（壓力）時的大量放氣，要求在10～10－2mbar真空（壓力）時具有較大抽速的真空泵，而現(xiàn)有的油封式真空泵或油擴散真空泵在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。但油封機械泵在10～10－2mbar壓力時的抽速已明顯下降，出現(xiàn)了大泵小用，造成很大的浪費，要在這種壓力范圍內(nèi)工作必須選用大容量的機械真空泵。例如：某一真空系統(tǒng)要求在10－2mbar入口壓力時有600升/秒的抽速，若選H－150滑閥真空泵 ，因一臺H－150滑閥泵在10－2mbar時的抽速只有15～20升/秒 ，也就需要30～40臺H－150滑閥泵并聯(lián)起來使用 ，造成設備費用高 ，占地面積大 ，維護保養(yǎng)困難，耗電大等缺點 。如果使用一臺ZJ－600羅茨真空泵串聯(lián)一臺H－70或H－150滑閥泵 ，已全部可以取代30～40臺H－150滑閥真空泵，這是一個極為好的經(jīng)濟效益 。
，就要求有更大的真空泵 ，對于油封機械泵來講，要獲得大抽速必須增大泵的幾何尺寸或提高泵的轉速，這兩者都受到限制。所以為了達到這種工藝要求的抽速，除了并聯(lián)機械泵外，必須發(fā)展適應各種需要的新型有效真空泵。
、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。
、 燈泡燈管的自動生產(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。
、 真空鍍膜設備中作為高真空泵的前級泵可以使整個抽氣時間大大縮短，提高生產(chǎn)效率。
。
、 羅茨真空泵的優(yōu)點：
、 在較寬的壓力范圍內(nèi)（10～10－2mbar）具有很大的抽速。
、 泵腔及轉子工作時為干式無油，對被抽氣體中的灰塵，水蒸汽不敏感，油蒸汽污染真空系統(tǒng)的情況比油增壓泵、油擴散泵和油封機械泵好。
，這是因為機械摩擦損失小。
、 不用排氣閥。
、 轉速高、體積小，可制成任何幾何抽速的泵。
、 可凝性蒸汽對泵的抽氣性能沒有影響，因為經(jīng)過泵時可凝性蒸汽還沒有被壓縮到飽和蒸汽壓。
，節(jié)能效果好，且耗油量很小。
、 羅茨真空泵的結構：
，在泵殼（泵體）1內(nèi)有兩個8字型轉子2，平行地安裝在一對軸上 ，由一對傳動比為1的同步齒輪帶動，作反向旋轉 。轉子與轉子 、轉子與泵殼之間均保持一定的間隙而且互不接觸，因而運轉時的摩擦損失很小 ，摩擦消耗功率極小，且可以實現(xiàn)高轉速下運轉。
、 羅茨真空泵的工作原理：
，主要靠容積抽氣，因為羅茨真空泵的轉子是高速旋轉的，轉子表面可將氣體分子帶走，達到抽氣目的。
。
，此時連同反沖過來的氣體都排出泵體 ，同時轉子2也從被抽容器中封入V0體積的氣體。
，由于排氣口壓力比V0腔壓力高 ，所以排氣口的氣體會反沖過來一部分 。
。
，所以理論的幾何抽速為：
、 轉子：分為主、從動轉子，每個轉子均由葉輪、軸和圓錐銷組成，它們緊壓成一個整體，動力從電機通過聯(lián)軸器首先傳給主動轉子再通過一對轉速比為1的一對同步齒輪傳給從動轉子。由于同步齒輪的作用，兩個轉子在泵殼內(nèi)保持一定的間隙，作等速反向旋轉而完成抽吸和輸送氣體的作用。
。轉子的動平衡試驗是在具有足夠精度的動平衡機上 ，通過去除葉輪上不平衡部分的金屬來獲得的。
、 同步傳動齒輪：一對同步傳動齒輪安裝在二個轉子軸的同一端上相互嚙合傳動，它的作用是通過主動轉子把動力傳給從動轉子，并使主、從動轉子保持一定間隙在嚙合狀態(tài)中作同步旋轉，從而使二個轉子完成抽除和輸送氣體的作用。因此，這一對齒輪的速比等于1，嚙合系數(shù)全部相同的一對齒輪。
。
，鍵連接。這種結構傳遞的功率較大，適用于中型泵上。
、噪音低。
因此，選擇齒輪的材料和加工工藝時要根據(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度，耐磨性和高精度。
，羅茨真空泵的傳動齒輪必須采用安全穩(wěn)定的潤滑措施。由于齒輪是在真空條件下運轉的，因此，一般均可采用飛濺式潤滑，利用甩油盤將潤滑油濺起。
，所以在齒輪箱內(nèi)安裝了水冷卻器以冷卻潤滑油溫，改善齒輪的潤滑條件，用于高壓范圍的小泵也需配冷卻器。
，每組內(nèi)軸封采用2－4根活塞環(huán)和活塞環(huán)襯套構成（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，形成迷宮式密封，以防止高低壓區(qū)間空氣的流動和齒輪箱、軸承箱內(nèi)的潤滑油進入泵腔。
，但如果槽內(nèi)有毛刺，贓物或活塞環(huán)開口平面互相錯開，則在運轉時會造成側面相互摩擦，輕者使零件磨損，重者造成咬住的嚴重故障，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 ，裝配和運轉時注意贓物落入 。
外軸封：外軸封位于主軸的出軸處 ，是羅茨真空泵中一個的一個動密封 ，它的密封性能的好壞對羅茨真空泵的極限壓力會有明顯的影響 。
，在運轉時動密封面通過高速旋轉的甩油盤將真空泵油不斷飛濺至動密封面上，確認密封面的潤滑和摩擦部件的冷卻。因此在安裝機械密封時嚴禁碰傷密封件表面。判斷機械密封是否正常，一是檢測真空度是否達到要求；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。一旦機械密封有漏，需及時更換 。一般機械密封的壽命為18個月 。
老產(chǎn)品的外軸封結構如右圖所示，兩個骨架油封相對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。
。小泵由于線速度較低，所以不加冷卻水套。
端蓋部件：端蓋是支承全部回轉零部件的零件，位于泵殼兩側，兩主孔是兩轉子中心距的定位孔，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齒輪箱和軸承箱里的潤滑油飛濺潤滑軸承后有一部分油可能進入空腔，在空腔內(nèi)安裝有擋油圈來阻擋潤滑油進入泵腔，因此大部分潤滑油被阻隔，使極少量潤滑油進入泵殼（見圖2－7）。
，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泵抽除，為了防止?jié)櫥蛷拇丝走M入泵腔，孔的位置應位于上方，而且應處于油飛濺不到的地方。
、 轉子端面間隙調(diào)整機構：如果轉子在泵殼內(nèi)可以軸向竄動，高速旋轉中，會發(fā)生平面磨檫、磨損，甚至咬死卡住現(xiàn)象 ，因此必須把轉子作軸向固定 ，使端面間隙分為固定端間隙和活動端間隙 ，工作中由于轉子受熱膨脹，但間隙的縮小只限于活動端，如何控制裝配中轉子固定端間隙量