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真空罗茨泵介绍

作者:进口阀门 日期:2020-09-19 点击:248
罗茨真空泵(简称:罗茨泵)是指泵内装有两个相反方向同步旋转的叶形转子,转子间、转子与泵壳内壁间有细小间隙而互不接触的一种变容真空泵。

罗茨真空泵在石油、化工、塑料、农药、汽轮机转子动平衡、航空航天空间模拟等装置上得到了长期运行的考验,所以应该在国内大力推广和应用。同时也广泛用于石油、化工、冶金、纺织等工业。真空泵配件作为真空泵消音器,用于真空泵的噪声治理。

工作原理

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罗茨泵(roots-type pump) 是一种无内压缩的真空泵,通常压缩比很低,故高、中真空泵需要前级泵。靠泵腔内一对叶形转子同步、反向旋转的推压作用来移动气体而实现抽气的真空泵。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。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0.10.8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34504100/;抽气速率为3010000/秒(1=10-33);极限真空:单级为6.5×10-2帕,双级为1×10-3帕。

罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外,还取决于前级泵的极限真空。为了提高泵的极限真空度,可将罗茨泵串联使用。罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转,被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间v0内,再经排气口排出。由于吸气后v0空间是全封闭状态,所以,在泵腔内气体没有压缩和膨胀。但当转子顶部转过排气口边缘,v0空间与排气侧相通时,由于排气侧气体压强较高,则有一部分气体返冲到空间v0中去,使气体压强突然增高。当转子继续转动时,气体排出泵外。罗茨泵在泵腔内,有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上,由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。在转子之间,转子与泵壳内壁之间,保持有一定的间隙,可以实现高转速运行。

结构组成

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。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。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:

PcPr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:

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

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0.3Pa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0.8Pa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0.8Pa,而不加冷却器一般只能达到0.15~0.30Pa

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大。

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。

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。

性能特点

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1001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。真空泵配件为用于真空泵噪声治理的,真空泵消音器。

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。

注意事项

罗茨泵工作原理性能特点罗茨泵实质上与凸轮泵相同,但转子是罗茨型的。它能输送黏度为数万厘泊的液体。罗茨泵主要是有两个旋转方向相反的转子位于泵体中,由一对同步齿轮传动,对于罗茨泵的转子,在泵体内是互相啮合的,但具有间隙。间隙大小主要取决于液体黏度。超过一定黏度范围必须调整增大间隙。

1、罗茨泵经常检查油位位置,不符合规定时须调整使之符合要求.以罗茨泵运转时,油位到油标中心为准。

2、罗茨泵换油期限按实际使用条件和能否满足性能要求等情况考虑,由用户酌情决定.一般新罗茨泵,抽除清洁干燥的气体时,建议在工作100小时左右换油一次.待油中看不到黑色金属粉末后,以后可适当延长换油期限。

3、罗茨泵经常检查油质情况,发现油变质应及时更换新油,确保罗茨泵工作正常。

4、罗茨泵一般情况下,罗茨泵工作2000小时后应进行检修,检查桷胶密封件老化程度,检查排气阀片是否开裂,清理沉淀在阀片及排气阀座上的污物.清洗整个罗茨泵腔内的零件,如转子,旋片,弹簧等.一般用汽油清洗,并烘干.对橡胶件类清洗后用干布擦干即可.清洗装配时应轻拿轻放小心碰伤。

5、罗茨泵向轴承体内加入轴承润滑机油,观察油位应在油标的中心线处,润滑油应及时更换或补充。

6、罗茨泵检查罗茨泵管路及结合处有无松动现象.用手转动罗茨泵,试看罗茨泵是否灵活。

7、罗茨泵重新装配后应进行试运行,一般须空运转2小时并换油二次,因清洗时在罗茨泵中会留有一定量易挥发物,待运转正常后,再投入正常工作。

8、罗茨泵开动电机,当罗茨泵正常运转后,打开出口压力表和进口罗茨泵,视其显示出适当压力后,逐渐打开闸阀,同时检查电机负荷情况。

9、罗茨泵尽量控制罗茨泵的流量和扬程在标牌上注明的范围内,以保证罗茨泵在最高效率点运转,才能获得最大的节能效果。

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