李金城 
羅茨真空泵在石油、化工、塑料、農藥、汽輪機轉子動(dòng)平衡、航空航天空間模擬等裝置上得到了長(cháng)期運行的考驗，所以應該在國內大力推廣和應用。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)內壓縮的真空泵，通常壓縮比很低，故高、中真空泵需要前級泵?？勘们粌纫粚θ~形轉子同步、反向旋轉的推壓作用來(lái)移動(dòng)氣體而實(shí)現抽氣的真空泵。羅茨真空泵是指具有一對同步高速旋轉的鞋底形轉子的機械真空泵，此泵不可以單獨抽氣，前級需配油封、水環(huán)等可直排大氣。它的結構和工作原理與羅茨鼓風(fēng)機相似，工作時(shí)其吸氣口與被抽真空容器或真空系統主抽泵相接。這種真空泵的轉子與轉子之間、轉子與泵殼之間互不接觸，
間隙一般為0.1～0.8毫米；不需要用油潤滑。轉子型線(xiàn)有圓弧線(xiàn)、漸開(kāi)線(xiàn)和擺線(xiàn)等。漸開(kāi)線(xiàn)轉子泵的容積利用率高，加工精度易于保證，故轉子型線(xiàn)多用漸開(kāi)線(xiàn)型。羅茨真空泵的轉速可高達3450～4100轉/分;抽氣速率為30～10000升/秒（1升=10-3米3）；極限真空：?jiǎn)渭墳?/span>6.5×10-2帕，雙級為1×10-3帕。
羅茨泵的極限真空除取決于泵本身結構和制造精度外，還取決于前級泵的極限真空。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)機相似。由于轉子的不斷旋轉，被抽氣體從進(jìn)氣口吸入到轉子與泵殼之間的空間v0內，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，在泵腔內氣體沒(méi)有壓縮和膨脹。但當轉子頂部轉過(guò)排氣口邊緣，v0空間與排氣側相通時(shí)，由于排氣側氣體壓強較高，則有一部分氣體返沖到空間v0中去，使氣體壓強突然增高。當轉子繼續轉動(dòng)時(shí)，氣體排出泵外。羅茨泵在泵腔內，有二個(gè)“8”字形的轉子相互垂直地安裝在一對平行軸上，由傳動(dòng)比為1的一對齒輪帶動(dòng)作彼此反向的同步旋轉運動(dòng)。在轉子之間，轉子與泵殼內壁之間，保持有一定的間隙，可以實(shí)現高轉速運行。
結構組成
羅茨真空泵的兩個(gè)轉子在泵體中如何布置，決定了泵的總體結構。國內外羅茨真空泵的總體結構布置一般有三種方案：
1.立式：兩個(gè)轉子的軸線(xiàn)呈水平安裝，但兩個(gè)轉子軸線(xiàn)構成的平面與水平面垂直，這種結構，泵的進(jìn)排氣口呈水平設置，裝配和連接管道都比較方便。但其缺點(diǎn)是泵的重心太高，在高速運轉時(shí)穩定性差，所以除小規格的泵外，采用這種結構型式的不太多。
2.臥式：兩個(gè)轉子的軸線(xiàn)呈水平安裝，兩個(gè)轉子軸線(xiàn)構成的平面成水平方向，這種結構的泵的進(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。這種結構的特點(diǎn)是重心低，高速運轉時(shí)穩定性好。國內外大中型泵多采用此種結構型式。
3.豎軸式：國外有的羅茨泵的兩個(gè)轉子軸線(xiàn)與水平面垂直安裝。這種結構的裝配間隙容易控制，轉子裝配方便，占地面積小，但齒輪等傳動(dòng)機構裝拆不便，潤滑裝置也較復雜。
當總體結構決定后，泵體本身的結構與形狀也就相應地決定了。
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器，即在旁通管路上裝有一個(gè)溢流閥。排氣口處于規定壓力時(shí)，溢流閥是關(guān)閉的。當其排氣口壓力超過(guò)規定壓力時(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)調節，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，在各種壓力范圍內能連續運轉。采用這種設計，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，抽氣機組必須設計會(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。假設采用了復式冷凝器，在維修時(shí)可用適當的溶劑清除污垢，蒸汽就能順暢地在導管中流動(dòng)。從特征曲線(xiàn)可以看出當達到極限真空時(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)就是前級泵和羅茨真空泵的極限壓力，達到極限真空是幾乎為分子流狀態(tài)，將其導通能力帶入式中：
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)空氣的導通能力
因此選擇不同的前級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，這些熱量必須從轉子傳至殼體而散發(fā)。但在低壓下，氣體對熱的傳導和對流性能極差，致使轉子吸收的熱量不易散出，造成轉子溫度永遠高于殼體的溫度。由于轉子的熱膨脹，使轉子與轉子間、轉子與泵殼間的間隙減少，特別在壓差也高的情況下，尤為嚴重，甚至造成轉子卡死，使泵損壞。為了使羅茨泵在較高的壓差下工作，以擴大使用范圍，增加泵的可靠性，就必須設法散出轉子產(chǎn)生的熱量，也就是說(shuō)要對轉子進(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)程不是連續的，而是突然的。吸入氣體隨轉子轉動(dòng)而被封閉于腔內，又隨轉子的旋轉，使腔內的氣體突然與排氣口接通。由于排氣一側的氣體壓力較高，排氣口處的氣體就向腔中返沖，然后又隨著(zhù)轉子的旋轉而被驅趕排出泵外。這樣的過(guò)程在每旋轉一周中兩個(gè)轉子共進(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吸收大量的熱量，這些吸收了熱量的氣體又在轉子的繼續壓縮中排出，從而會(huì )達到轉子冷卻的目的。
空氣冷卻就是運用上述原理。在泵的排氣口處設置密集的冷卻片，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子在壓縮氣體中所產(chǎn)生的執量。而且當排氣壓力較高時(shí)，因氣體分子的密度大，使熱傳導性能更好，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)驗證明，一臺羅茨泵在0.3Pa壓差下運轉6h,其轉子在外殼的溫度差為22度，當在排氣口處安裝冷卻器后，在0.8Pa壓差下長(cháng)其運轉，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.轉子的內部冷卻：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)轉子內壁再從另一端排出。冷卻油除冷卻轉子外，還潤滑齒輪和軸承。這種冷卻效果較好，泵在運轉時(shí)轉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)，羅茨真空泵轉子溫度較外殼低78度，同時(shí)還發(fā)現泵負荷越重時(shí)，則間隙越大，這是因為轉子用油冷卻，溫度比殼體低，負荷越大，殼體膨脹越厲害，軸間距加大，所以間隙會(huì )增大。
由于負荷大，轉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子同時(shí)采用油循環(huán)系統進(jìn)行冷卻。
3.轉子的油膜冷卻：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。油滴到轉子上之后，隨著(zhù)轉子的旋轉而均面在轉了子的表面上。這不僅將轉子的熱量帶走，同時(shí)在兩個(gè)轉子表面上形成油膜，防止氣體的逆流，而且還能將轉子表面上依附的微細塵埃帶走。在泵的出口處設有油槽，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。但由于泵內有油，失去了羅茨泵無(wú)油蒸汽污染真空系統的特點(diǎn)。再則油具有一定的粘度，對高速旋轉的羅茨泵轉子增加了不少的摩擦力，當然使泵的功率消耗增加。
所使用的油，要求飽和蒸汽壓應盡量大。
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(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，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(jiǎn)單的調節閥門(mén)便能保證最佳的吸入量，吸入水的溫度應保持在20度左右，要清潔，無(wú)鈣質(zhì)。
結構特點(diǎn)
(1)在較寬的壓力范圍內有較大的抽速；
(2)轉子具有良好的幾何對稱(chēng)性，故振動(dòng)小，運轉平穩。轉子間及轉子和殼體間均有間隙，不用潤滑，摩擦損失小，可大大降低驅動(dòng)功率，從而可實(shí)現較高轉速；
(3)泵腔內無(wú)需用油密封和潤滑，可減少油蒸氣對真空系統的污染；
(4)泵腔內無(wú)壓縮，無(wú)排氣閥。結構簡(jiǎn)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)轉子表面為形狀較為復雜的曲線(xiàn)柱面，加工和檢查比較困難。羅茨真空泵近幾年在國內外得到較快的發(fā)展。在冶煉、石油化工、電工、電子等行業(yè)得到了廣泛的應用。
性能特點(diǎn)
羅茨真空泵的特點(diǎn)是：?jiǎn)?dòng)快，耗功少，運轉維護費用低，抽速大、效率高，對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械真空泵與擴散泵之間。因此，它常被串聯(lián)在擴散泵與油封式機械真空泵之間，用來(lái)提高中間壓力范圍的抽氣量。這時(shí)它又稱(chēng)為機械增壓泵。
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，造成潤滑不良。
b）溫度檢查：用溫度計檢查泵各部位溫度。
c）電動(dòng)機負荷檢查：用功率表或電流，電壓表測量電動(dòng)機負荷。
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：
齒輪箱內潤滑油是否變質(zhì)。
4、羅茨真空泵每6個(gè)月檢查：
a）前蓋軸承箱內潤滑油是否變質(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轉子正常運轉是否產(chǎn)生影響，是否需要調整。
（二）、羅茨真空泵拆裝：
增壓泵進(jìn)行拆卸和重新裝配時(shí)，須根據以下注意事項進(jìn)行：
1、羅茨真空泵未拆卸前，先測量并記錄轉子各部分間隙。
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、根據間隙一覽表調整轉子各部分間隙。
7、全部裝好后須進(jìn)行檢漏。
8、重裝后須進(jìn)行試運轉和必要的性能測試，待正常后才能安裝使用。
注意事項
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，但轉子是羅茨型的。它能輸送黏度為數萬(wàn)厘泊的液體。羅茨泵主要是有兩個(gè)旋轉方向相反的轉子位于泵體中，由一對同步齒輪傳動(dòng)，對于羅茨泵的轉子，在泵體內是互相嚙合的，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整增大間隙。
1、羅茨泵經(jīng)常檢查油位位置,不符合規定時(shí)須調整使之符合要求.以羅茨泵運轉時(shí),油位到油標中心為準。
2、羅茨泵換油期限按實(shí)際使用條件和能否滿(mǎn)足性能要求等情況考慮,由用戶(hù)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,以后可適當延長(cháng)換油期限。
3、羅茨泵經(jīng)常檢查油質(zhì)情況,發(fā)現油變質(zhì)應及時(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)羅茨泵腔內的零件,如轉子,旋片,彈簧等.一般用汽油清洗,并烘干.對橡膠件類(lèi)清洗后用干布擦干即可.清洗裝配時(shí)應輕拿輕放小心碰傷。
5、羅茨泵向軸承體內加入軸承潤滑機油,觀(guān)察油位應在油標的中心線(xiàn)處,潤滑油應及時(shí)更換或補充。
6、羅茨泵檢查羅茨泵管路及結合處有無(wú)松動(dòng)現象.用手轉動(dòng)羅茨泵,試看羅茨泵是否靈活。
7、羅茨泵重新裝配后應進(jìn)行試運行,一般須空運轉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,待運轉正常后,再投入正常工作。
8、羅茨泵開(kāi)動(dòng)電機,當羅茨泵正常運轉后,打開(kāi)出口壓力表和進(jìn)口羅茨泵,視其顯示出適當壓力后,逐漸打開(kāi)閘閥,同時(shí)檢查電機負荷情況。
9、羅茨泵盡量控制羅茨泵的流量和揚程在標牌上注明的范圍內,以保證羅茨泵在最高效率點(diǎn)運轉,才能獲得最大的節能效果。
