罗茨泵的工作原理和冷却处理
罗茨泵和离心泵不同是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。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;和螺杆泵相比不需要用油润滑。转子型线有圆弧线、渐开线和摆线等。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。根据罗茨泵的原理,对其的冷却处理有以下几种
1、空气冷却: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热量,能带走80%的热量。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运作,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。
2、转子的内部冷却:将转子用循环油冷却,冷却油也被用来润滑轴承和齿轮,把循环的油封在系统内,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。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,这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,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、水冷却: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。