罗茨真空泵-中联机械知识

罗茨真空泵是指具有一对同步高速旋转的鞋底形转子的机械真空泵，此泵不可以单独抽气，前级需配油封、水环等可直排大气。原理图一种型号的外形图它的结构和工作原理与罗茨鼓风机相似，工作时其吸气口与被抽真空容器或真空系统主抽泵相接。这种真空泵的转子与转子之间、转子与泵壳之间互不接触，间隙一般为0.1～0.8毫米;不需要用油润滑。转子型线有圆弧线、渐开线和摆线等。渐开线转子泵的容积利用率高，加工精度易于保证，故转子型线多用渐开线型。罗茨真空泵的转速可高达3450～4100转/分;抽气速率为30～10000升/秒(1升=10-3米3);极限真空：单级为6.5×10-2帕，双级为1×10-3帕。

罗茨真空泵的特点是：启动快，耗功少，运转维护费用低，抽速大、效率高，对被抽气体中所含的少量水蒸汽和灰尘不敏感，在100～1帕压力范围内有较大抽气速率，能迅速排除突然放出的气体。这个压力范围恰好处于油封式机械真空泵与扩散泵之间。因此，它常被串联在扩散泵与油封式机械真空泵之间，用来提高中间压力范围的抽气量。这时它又称为机械增压泵。

　　罗茨真空泵广泛用于真空冶金中的冶炼、脱气、轧制，以及化工、食品、医药工业中的真空蒸馏、真空浓缩和真空干燥等方面。防止罗茨真空泵过载的措施

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　　罗茨真空泵压缩气体所需的功率与压差成正比，一旦气体压差过高，泵就可能出现过载现象，造成电机绕组烧损。解决泵过载问题的方法主要有以下几种：

　　(1)采用机械式自动调压旁通阀。旁通阀安装在罗茨真空泵的出口和入口之间的旁通管路上。此阀控制泵出入口之间的压差不超过额定值。当压差达到额定值时，阀门靠压差作用自动打开，使罗茨真空泵出口和入口相通，使出入口之间的压差迅速降低，这时罗茨真空泵在几乎无压差的负荷下工作。当压差低于额定值时，阀自动关闭，气体通过罗茨真空泵内由前级泵抽走。带有旁通溢流阀的罗茨真空泵可以与前级泵同时启动，使机组操作简单方便。

　　(2)采用液力联轴器采用液力联轴器也能防止泵的过载现象发生，使泵可以在高压差下工作。液力联轴器安装在泵和电动机之间。在正常工作状态下，液力联轴器由电动机端向泵传递额定力矩。罗茨真空泵的最大压差由液力联轴器所传递的最大转矩来决定，而液力联轴器可传递的最大转矩由其中的液体量来调节。当泵在高压差下工作或与前级泵同时启动时，在液体联轴器内部产生了转速差即滑动，只传递一定的力矩，使泵减速工作。随着抽气的进行，气体负荷减小，罗茨真空泵逐渐加速至额定转速。

　　(3)采用真空电气元件控制泵入口压力在罗茨真空泵的入口管路处安置真空膜盒继电器或电接点真空压力表等压力敏感元件。真空系统启动后，当罗茨真空泵入口处压力低于给定值(泵允许启动压力)时，压力敏感元件发出信号，经电气控制系统开启罗茨真空泵(如真空系统中装有罗茨真空泵旁通管路，则同时关闭旁通管路阀门)。若泵入口压力高于规定值时，则自动关闭罗茨真空泵(或同时打开泵旁通管路阀门)，从而保证了罗茨真空泵的可靠运转。罗茨真空泵的维护保养方法

　　(一)、罗茨真空泵定期检查：

　　1、每日检查：　　a)油位检查：油量过多，使温度升高，油量过少，造成润滑不良。　　b)温度检查：用温度计检查泵各部位温度。　　c)电动机负荷检查：用功率表或电流，电压表测量电动机负荷。

　　2、罗茨真空泵每月检查：　　联轴器及垫片是否损坏和松动。

　　3、罗茨真空泵每3个月检查：　　齿轮箱内润滑油是否变质。

　　4、罗茨真空泵每6个月检查：　　a)前盖轴承箱内润滑油是否变质。　　b)活塞环及活塞环衬套是否磨损。　　c)齿轮微量程度的磨损对转子正常运转是否产生影响，是否需要调整。

　　(二)、罗茨真空泵拆装：

　　增压泵进行拆卸和重新装配时，须根据以下注意事项进行：

　　1、罗茨真空泵未拆卸前，先测量并记录转子各部分间隙。

　　2、尽量避免用重锤敲打，拆下的零件不得碰伤，妥善保管好。

　　3、将需要更换的零部件的更换原因及使用情况详细记录下来。

　　4、罗茨真空泵重新装配前须把各零部件清洁干净，毛刺修光。

　　5、无密封垫衬或密封圈的静密封面用“106”有机硅橡胶涂料。用干净密封的橡胶密封件，需涂上真空考克脂。带溢流阀真空泵溢流阀上的密封圈及平面上不得涂任柯油脂。

　　6、根据间隙一览表调整转子各部分间隙。

　　7、全部装好后须进行检漏。

　　8、重装后须进行试运转和必要的性能测试，待正常后才能安装使用。

　　注：罗茨真空泵标准号：Q3204AVT002

　　罗茨真空泵故障原因及其消除方法：　　罗茨真空泵故障罗茨真空泵原因罗茨真空泵消除方法极限压力不高

　　(1)管道、系统漏气

　　(2)泵部分漏气

　　(3)前极泵极限压力下降

　　(4)润滑油太脏或牌号不符

　　(5)油封磨损

　　(6)溢流阀处漏气(

　　1)系统检漏

　　(2)对泵检漏

　　(3)修理或更换前级泵

　　(4)调换润滑油

　　(5)调换油封

　　(6)对溢流阀进行清理抽速不足

　　(1)管道通导能力不够

　　(2)前级泵抽速下降

　　(3)溢流阀处漏气

　　(1)增大管道通导能力

　　(2)修理或更换前级泵

　　(3)对溢流阀处进行清理电动机过载

　　(1)入口压力过高

　　(2)转子端面与端盖单面接触

　　(3)前级泵返油进泵腔

　　(4)溢流阀卡住，使出口过高

　　(1)调整、控制入口压力

　　(2)调整转子端面间隙

　　(3)装置防返油设备

　　(4)对溢流阀进行清理过热

　　(1)选择的前级泵抽速不够，造成压缩比过大

　　(2)入口压力过高

　　(3)冷却不良

　　(4)齿轮箱润滑油过高

　　(5)转子与泵壳接触

　　(6)齿轮、轴承、油封润滑不良

　　(1)重新选用前级泵

　　(2)调整、控制入口压力

　　(3)畅通冷却

　　(4)调整油量

　　(5)修整

　　(6)保证油量适当，润滑良好声音异常

　　(1)装配不良

　　(2)导向齿轮与转子位置偏移使转子相碰

　　(3)入门压力过高

　　(4)过载或润滑不良造成对齿轮的损伤

　　(5)轴承磨损

　　(1)重装

　　(2)调整位置，保证间隙

　　(3)调整、控制入口压力

　　(4)调换齿轮

　　(5)调换轴承轴承、齿轮早期磨损严重

　　(1)润滑油不良

　　(2)润滑油不足

　　(1)调换润滑油

　　(2)补充润滑油结构特点

　　(1)在较宽的压力范围内有较大的抽速;

　　(2)转子具有良好的几何对称性，故振动小，运转平稳。转子间及转子和壳体间均有间隙，不用润滑，摩擦损失小，可大大降低驱动功率，从而可实现较高转速;

　　(3)泵腔内无需用油密封和润滑，可减少油蒸气对真空系统的污染;

　　(4)泵腔内无压缩，无排气阀。结构简单、紧凑，对被抽气体中的灰尘和水蒸汽不敏感;

　　(5)压缩比较低，对氢气抽气效果差;

　　(6)转子表面为形状较为复杂的曲线柱面，加工和检查比较困难。罗茨真空泵近几年在国内外得到较快的发展。在冶炼、石油化工、电工、电子等行业得到了广泛的应用。

　　罗茨真空泵的结构

　　罗茨真空泵的两个转子在泵体中如何布置，决定了泵的总体结构。目前国内外罗茨真空泵的总体结构布置一般有三种方案：

　　1.立式：两个转子的轴线呈水平安装，但两个转子轴线构成的平面与水平面垂直，这种结构，泵的进排气口呈水平设置，装配和连接管道都比较方便。但其缺点是泵的重心太高，在高速运转时稳定性差，所以目前除小规格的泵外，采用这种结构型式的不太多。　　2.卧式：两个转子的轴线呈水平安装，两个转子轴线构成的平面成水平方向，这种结构的泵的进气口在泵的上方，排气口在泵的下方(也有与此相反的)。下边的排气口一般为水平方向接出，所以进排气方向是相互垂直的。排气口接一个三通管向两个方向开口，一端接排气管道，另一端死或接旁通阀时使用。这种结构的特点是重心低，高速运转时稳定性好。目前国内外大中型泵多采用此种结构型式。

　　3.竖轴式：国外有的罗茨泵的两个转子轴线与水平面垂直安装。这种结构的装配间隙容易控制，转子装配方便，占地面积小，但齿轮等传动机构装拆不便，润滑装置也较复杂。

　　当总体结构决定后，泵体本身的结构与形状也就相应地决定了。

　　4.带溢流阀的罗茨泵：为了防止超载引起事故，罗茨泵上装有一个比较可靠的安全保护器，即在旁通管路上装有一个溢流阀。排气口处于规定压力时，溢流阀是关闭的。当其排气口压力超过规定压力时，则溢流阀的阀门自动被顶开而产生溢汉，排气口压力变正常后，溢流阀再自行关闭。它能自动调节，也是泵的允许压差装置，因此溢流阀的最大好处是使罗茨泵能连同前级泵一起，在各种压力范围内能连续运转。采用这种设计，能使真空容器在粗真空状态的抽气停息时间可缩短30~50%.对于比较大的泵，溢流阀安装在泵体外边的旁通管路上，在比较小的泵上，溢流阀则是装在泵壳内的。

　　5.带蒸汽冷凝器的罗茨泵：在需要抽吸蒸汽情况下，抽气机组必须设计会使蒸汽冷凝的冷凝器，这个冷凝器可装在泵之前或装在泵之后，而不装在罗茨泵的泵体上。

　　在某种情况下，冷凝特升化吸热能够减少罗茨泵发热。假设采用了复式冷凝器，在维修时可用适当的溶剂清除污垢，蒸汽就能顺畅地在导管中流动。　从特征曲线可以看出当达到极限真空时，通过泵入口的正向气流量为零，既泵的实际抽速为零，式：PC和PR事实就是前级泵和罗茨真空泵的极限压力，达到极限真空是几乎为分子流状态，将其导通能力带入式中：SJ—理论抽速　　P0—罗茨真空泵的极限压力　　P0φ—前级真空泵的极限压力　　11.6F—20℃时空气的导通能力

　　因此选择不同的前级泵可以获得不同的极限真空罗茨真空泵的冷却装置：

　　1.空气冷却：罗茨真空泵由于输送和压缩气体而产生热量，这些热量必须从转子传至壳体而散发。但在低压下，气体对热的传导和对流性能极差，致使转子吸收的热量不易散出，造成转子温度永远高于壳体的温度。由于转子的热膨胀，使转子与转子间、转子与泵壳间的间隙减少，特别在压差也高的情况下，尤为严重，甚至造成转子卡死，使泵损坏。为了使罗茨泵在较高的压差下工作，以扩大使用范围，增加泵的可靠性，就必须设法散出转子产生的热量，也就是说要对转子进行冷却。

　　为了理解空气冷却的实质，先来看一下气体在罗茨真空泵排气一侧的流动情况，在罗茨真空泵中吸入气体被压缩的过程不是连续的，而是突然的。吸入气体随转子转动而被封闭于腔内，又随转子的旋转，使腔内的气体突然与排气口接通。由于排气一侧的气体压力较高，排气口处的气体就向腔中返冲，然后又随着转子的旋转而被驱赶排出泵外。这样的过程在每旋转一周中两个转子共进行四次排气过程。

　　从上述气体的流动情况可以设想：假若每次返冲到泵腔中的气体是冷的，则可以在高温的泵腔内吸收大量的热量，这些吸收了热量的气体又在转子的继续压缩中排出，从而会达到转子冷却的目的。

　　空气冷却就是运用上述原理。在泵的排气口处设置密集的冷却片，冷却片用冷水管进行冷却，或在泵的排气口处直接安装冷却水管，这样排气口处的气体就会降温，这种冷却方法能有效地散出罗茨泵转子在压缩气体中所产生的执量。而且当排气压力较高时，因气体分子的密度大，使热传导性能更好，其冷却效果也好些。使用这种方法能保证泵在较高的压差下作，实验证明，一台罗茨泵在30Torr压差下运转6h,其转子在外壳的温度差为22度，当在排气口处安装冷却器后，在85Torr压差下长其运转，其温差也不超过17度。一般说来，罗茨真空泵采用空气冷却之后，可将压差提高80Torr，而不加冷却器一般只能达到15~30Torr。

　　这种冷却方法与环境温度有关系，环境温度高吸入的气体温度就高。则冷却效果就不好。此外，这种方法只能避免高压差产生的高热，而不能防止泵压缩过程中发热，而引起间隙变小的问题，所以受泵本身间隙的限制。

　　2.转子的内部冷却：为了使罗茨真空泵在更高压差下工作，可采取更有效的冷却方法，即将转子用循环油冷却，在泵轴两端分别有油孔、油径轴头打入，经转子内壁再从另一端排出。冷却油除冷却转子外，还润滑齿轮和轴承。这种冷却效果较好，泵在运转时转子温度低于外壳温度，大泵常采用这种方式。例如在80Torr压差下工作时，罗茨真空泵转子温度较外壳低78度，同时还发现泵负荷越重时，则间隙越大，这是因为转子用油冷却，温度比壳体低，负荷越大，壳体膨胀越厉害，轴间距加大，所以间隙会增大。

　　由于负荷大，转子和壳体温差不断增高，使间隙不断增大，这会使首逆流增大，引起罗茨真空泵抽速下降。为了克服这个缺点，罗茨泵在高负荷下工作时，需要采用有效措施，一般是将罗茨真空泵的外壳和转子同时采用油循环系统进行冷却。

　　3.转子的油膜冷却：这种冷却方法是在罗茨真空泵入口处连接一个输油管，用均匀滴下的冷却油带走转子的热量。油经过滤器器、冷却器，通过密封良好的油泵，再经过办输油管将油送到泵的入口。油滴到转子上之后，随着转子的旋转而均面在转了子的表面上。这不仅将转子的热量带走，同时在两个转子表面上形成油膜，防止气体的逆流，而且还能将转子表面上依附的微细尘埃带走。在泵的出口处设有油槽，收集废油，经过过滤，冷却后重新循环使用。此种方法效果良好。但由于泵内有油，失去了罗茨泵无油蒸汽污染真空系统的特点。再则油具有一定的粘度，对高速旋转的罗茨泵转子增加了不少的摩擦力，当然使泵的功率消耗增加。所使用的油，要求饱和蒸汽压应尽量代。

　　4.水冷却：所谓湿式罗茨真空泵，即是由间级或双级泵吸入的空气经压缩后，通过综合吸收及有相位差的组合消音器传送。将微量的水注入泵内，便能消除因压缩空气而产生的热量。吸入水管装在单级或双级泵组的吸气端并连接到真空泵的进气口上。水是靠真空泵产生的真空度而吸入，真空度越大，吸入水量就越高。用一只简单的调节阀门便能保证最佳的吸入量，吸入水的温度应保持在20度左右，要清洁，无钙质。