李金城 
羅茨真空泵在石油、化工、塑料、農(nóng)藥、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡、航空航天空間模擬等裝置上得到了長(zhǎng)期運(yùn)行的考驗(yàn)，所以應(yīng)該在國(guó)內(nèi)大力推廣和應(yīng)用。同時(shí)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(wú)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(jí)泵?？勘们粌?nèi)一對(duì)葉形轉(zhuǎn)子同步、反向旋轉(zhuǎn)的推壓作用來(lái)移動(dòng)氣體而實(shí)現(xiàn)抽氣的真空泵。羅茨真空泵是指具有一對(duì)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(dú)抽氣，前級(jí)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(shí)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(rùn)滑。轉(zhuǎn)子型線有圓弧線、漸開(kāi)線和擺線等。漸開(kāi)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(kāi)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（1升=10-3米3）；極限真空：?jiǎn)渭?jí)為6.5×10-2帕，雙級(jí)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(jí)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(méi)有壓縮和膨脹。但當(dāng)轉(zhuǎn)子頂部轉(zhuǎn)過(guò)排氣口邊緣，v0空間與排氣側(cè)相通時(shí)，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(dòng)時(shí)，氣體排出泵外。羅茨泵在泵腔內(nèi)，有二個(gè)“8”字形的轉(zhuǎn)子相互垂直地安裝在一對(duì)平行軸上，由傳動(dòng)比為1的一對(duì)齒輪帶動(dòng)作彼此反向的同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速運(yùn)行。
結(jié)構(gòu)組成
羅茨真空泵的兩個(gè)轉(zhuǎn)子在泵體中如何布置，決定了泵的總體結(jié)構(gòu)。國(guó)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(gè)轉(zhuǎn)子的軸線呈水平安裝，但兩個(gè)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(diǎn)是泵的重心太高，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(gè)轉(zhuǎn)子的軸線呈水平安裝，兩個(gè)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(gè)三通管向兩個(gè)方向開(kāi)口，一端接排氣管道，另一端死或接旁通閥時(shí)使用。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是重心低，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定性好。國(guó)內(nèi)外大中型泵多采用此種結(jié)構(gòu)型式。
3.豎軸式：國(guó)外有的羅茨泵的兩個(gè)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(dòng)機(jī)構(gòu)裝拆不便，潤(rùn)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(gè)比較可靠的安全保護(hù)器，即在旁通管路上裝有一個(gè)溢流閥。排氣口處于規(guī)定壓力時(shí)，溢流閥是關(guān)閉的。當(dāng)其排氣口壓力超過(guò)規(guī)定壓力時(shí)，則溢流閥的閥門(mén)自動(dòng)被頂開(kāi)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(dòng)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(jí)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(jì)，能使真空容器在粗真空狀態(tài)的抽氣停息時(shí)間可縮短30~50%.對(duì)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(jì)會(huì)使蒸汽冷凝的冷凝器，這個(gè)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(shí)可用適當(dāng)?shù)娜軇┣宄酃福羝湍茼槙车卦趯?dǎo)管中流動(dòng)。從特征曲線可以看出當(dāng)達(dá)到極限真空時(shí)，通過(guò)泵入口的正向氣流量為零，既泵的實(shí)際抽速為零，式：
Pc和Pr事實(shí)就是前級(jí)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：
理論抽速
P0—羅茨真空泵的極限壓力
P0φ—前級(jí)真空泵的極限壓力
11.6F —20℃時(shí)空氣的導(dǎo)通能力
因此選擇不同的前級(jí)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(zhuǎn)子傳至殼體而散發(fā)。但在低壓下，氣體對(duì)熱的傳導(dǎo)和對(duì)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(shuō)要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻。
為了理解空氣冷卻的實(shí)質(zhì)，先來(lái)看一下氣體在羅茨真空泵排氣一側(cè)的流動(dòng)情況，在羅茨真空泵中吸入氣體被壓縮的過(guò)程不是連續(xù)的，而是突然的。吸入氣體隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)程在每旋轉(zhuǎn)一周中兩個(gè)轉(zhuǎn)子共進(jìn)行四次排氣過(guò)程。
從上述氣體的流動(dòng)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(huì)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(huì)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。而且當(dāng)排氣壓力較高時(shí)，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(shí)驗(yàn)證明，一臺(tái)羅茨泵在0.3Pa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0.8Pa壓差下長(zhǎng)其運(yùn)轉(zhuǎn)，其溫差也不超過(guò)17度。一般說(shuō)來(lái)，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(dá)到0.15~0.30Pa。
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(guò)程中發(fā)熱，而引起間隙變小的問(wèn)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?gòu)牧硪欢伺懦?。冷卻油除冷卻轉(zhuǎn)子外，還潤(rùn)滑齒輪和軸承。這種冷卻效果較好，泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(shí)，羅茨真空泵轉(zhuǎn)子溫度較外殼低78度，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)泵負(fù)荷越重時(shí)，則間隙越大，這是因?yàn)檗D(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(huì)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(huì)使首逆流增大，引起羅茨真空泵抽速下降。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，羅茨泵在高負(fù)荷下工作時(shí)，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(shí)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(gè)輸油管，用均勻滴下的冷卻油帶走轉(zhuǎn)子的熱量。油經(jīng)過(guò)濾器器、冷卻器，通過(guò)密封良好的油泵，再經(jīng)過(guò)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(shí)在兩個(gè)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(guò)過(guò)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(wú)油蒸汽污染真空系統(tǒng)的特點(diǎn)。再則油具有一定的粘度，對(duì)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)盡量大。
4.水冷卻：所謂濕式羅茨真空泵，即是由間級(jí)或雙級(jí)泵吸入的空氣經(jīng)壓縮后，通過(guò)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(jí)或雙級(jí)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(jiǎn)單的調(diào)節(jié)閥門(mén)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(wú)鈣質(zhì)。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
(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(duì)稱性，故振動(dòng)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(rùn)滑，摩擦損失小，可大大降低驅(qū)動(dòng)功率，從而可實(shí)現(xiàn)較高轉(zhuǎn)速；
(3)泵腔內(nèi)無(wú)需用油密封和潤(rùn)滑，可減少油蒸氣對(duì)真空系統(tǒng)的污染；
(4)泵腔內(nèi)無(wú)壓縮，無(wú)排氣閥。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，對(duì)被抽氣體中的灰塵和水蒸汽不敏感；
(5)壓縮比較低，對(duì)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(guó)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。
性能特點(diǎn)
羅茨真空泵的特點(diǎn)是：?jiǎn)?dòng)快，耗功少，運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)費(fèi)用低，抽速大、效率高，對(duì)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(gè)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(lái)提高中間壓力范圍的抽氣量。這時(shí)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。
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(guò)多，使溫度升高，油量過(guò)少，造成潤(rùn)滑不良。
b）溫度檢查：用溫度計(jì)檢查泵各部位溫度。
c）電動(dòng)機(jī)負(fù)荷檢查：用功率表或電流，電壓表測(cè)量電動(dòng)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(dòng)。
3、羅茨真空泵每3個(gè)月檢查：
齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油是否變質(zhì)。
4、羅茨真空泵每6個(gè)月檢查：
a）前蓋軸承箱內(nèi)潤(rùn)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(duì)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(shí)，須根據(jù)以下注意事項(xiàng)進(jìn)行：
1、羅茨真空泵未拆卸前，先測(cè)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(lái)。
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(wú)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(cè)試，待正常后才能安裝使用。
注意事項(xiàng)
羅茨泵工作原理性能特點(diǎn)羅茨泵實(shí)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(wàn)厘泊的液體。羅茨泵主要是有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)子位于泵體中，由一對(duì)同步齒輪傳動(dòng)，對(duì)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(guò)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(shí)須調(diào)整使之符合要求.以羅茨泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),油位到油標(biāo)中心為準(zhǔn)。
2、羅茨泵換油期限按實(shí)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(shí),建議在工作100小時(shí)左右換油一次.待油中看不到黑色金屬粉末后,以后可適當(dāng)延長(zhǎng)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(shí)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(shí)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(kāi)裂,清理沉淀在閥片及排氣閥座上的污物.清洗整個(gè)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(duì)橡膠件類清洗后用干布擦干即可.清洗裝配時(shí)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(rùn)滑機(jī)油,觀察油位應(yīng)在油標(biāo)的中心線處,潤(rùn)滑油應(yīng)及時(shí)更換或補(bǔ)充。
6、羅茨泵檢查羅茨泵管路及結(jié)合處有無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象.用手轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)并換油二次,因清洗時(shí)在羅茨泵中會(huì)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(kāi)動(dòng)電機(jī),當(dāng)羅茨泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后,打開(kāi)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(kāi)閘閥,同時(shí)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(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn),才能獲得最大的節(jié)能效果。
