羅茨真空泵結(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。國內(nèi)外大中型泵多采用此種結(jié)構(gòu)型式。
3.豎軸式：國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)其排氣口壓力超過規(guī)定壓力時(shí)，則溢流閥的閥門自動(dòng)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(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(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，氣體對熱的傳導(dǎo)和對流性能極差，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，也就是說要對轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻。
為了理解空氣冷卻的實(shí)質(zhì)，先來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。這樣的過程在每旋轉(zhuǎn)一周中兩個(gè)轉(zhuǎn)子共進(jìn)行四次排氣過程。
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，一臺羅茨泵在30Torr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85Torr壓差下長其運(yùn)轉(zhuǎn)，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(dá)到15~30Torr。
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(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)壁再從另一端排出。冷卻油除冷卻轉(zhuǎn)子外，還潤滑齒輪和軸承。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(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(diǎn)。再則油具有一定的粘度，對高速旋轉(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(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(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。用一只簡單的調(diào)節(jié)閥門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，無鈣質(zhì)。
羅茨真空泵結(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(jié)構(gòu)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(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。