罗茨泵

罗茨泵罗茨真空泵(简称罗茨泵)是一种无内压缩的旋转变容式真空泵。它是由罗茨鼓风饥演变而来的。根据罗茨泵工作压力范围不同，它可分为直排大气的下式真空泵和湿式罗获泵，这种罗茨泵属于低真空罗茨泵；此外还有中真空罗茨泵和高真空多级罗茨泵等。近年来，罗茨泵得到了广泛的应用。罗茨泵具有以下特点：•(1)在较宽的压力范围内有较大的抽速；•(2)设有旁通溢流阀，可在大气压力下启动，缩短了抽气时间；•(3)转子之间、转子与泵腔壁之间有间隙，泵内运动部件无摩擦，不必润滑，泵腔内无油；•(4)转子形状对称，动平衡性能良好，运转平稳，选择高精度的齿轮传动，运转时噪声低；•5)结构紧凑．占地面积小，通常选卧式结构，泵腔内气体垂直流动，有利于被抽的灰尘•或冷凝物的排除。优点罗茨真空泵的优点是：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。罗茨泵的工作原理及其结构特点罗茨泵是一种双转子的容积式真空泵。其抽气过程如图7—45所示，在泵腔内有两个形状对称的转子，转子形状有两叶、三叶和四叶的。两个转子彼此朝相反方向旋转，由轴端齿轮驱动同步转动，转子彼此无接触，转子与泵腔壁也无接触，其间通常有0.15~1.0mm的间隙，泵腔靠间隙来密封。由于罗茨泵泵腔内无摩擦，转子可高速运转，一般为1500~3000r/min，而且不必用油润滑，可实现无油清洁的抽气过程。泵的润滑部位仅限于轴承和齿轮，以及动密封处。泵没有往复运动，平稳、转速高、尺寸小，可可获得大的抽速。从图7—45得知，由于转子的不断旋转，被拙气体从吸气口进入泵腔，被封闭在吸气腔V2之内，再经排气口排除泵外。由于在吸入V2内的气体没有被压缩当转子顶部转过排气口边缘时，V2空间这时与排气侧相通，由于排气侧气体压力较高有部分气体返流到V2空间内，使泵腔内压力突然升高达到排气压力。此即所谓外压缩过程。转子继续转动时被抽气体被排出泵外两个转子的不停运转即实现了罗茨泵的抽气过程，转子主轴旋转一周共有4个V2容积的气体被排出，因而泵的几何抽速为k0——转子断面系数。已知转子断面形状后k0值便可确定目前国内罗茨泵多为卧式结构，泵的进气口在上排气口在下，这种卧式结构重心低，高速运转时稳定性好，结构剖面示意图如7-46两个转子是通过高精度一对齿轮来实现相对同步旋转的如图7-47泵的传动多为直联式的，大泵则是由皮带传动的电动机与传动齿轮多设在转子轴的两侧便于安装和拆卸，主动轴传递的扭矩较大，轴要有足够的强度跟刚度，轴与转子要固结牢靠。罗茨泵的密封很关键，主动轴外伸部分、两个转子的轴承与泵腔之间设有动密封，泵腔与各端盖设有静密封。为了避免罗茨泵的误操作，一般都设有旁路溢流阀结构如图7-48所示。由泵的许可压力差来设计旁路溢流的，可在大气压力下启动，使罗茨泵和前级泵同时连续运转，因而对容器的抽气时间大为缩短(达30％一50％)。其中许可压力差可以通过调节珐码的白重来控制。在旁路溢流阀打开期间，罗茨泵的抽速为pp从图7—49得知，曲线1为前级泵的抽速曲线，曲线2为罗茨泵在1.3×103Pa时启动的抽速，曲线3为带溢流阀的罗茨泵抽速曲线，图7—48为有溢流阀工作增加的抽速部分。7.4.3罗茨泵的主要参数罗茨泵的有效抽气量罗茨泵抽除的有效气流量Qeff可从理论抽气量Qth和通过间隙从排气侧向吸气侧返流量Qv之差来确定。即当罗茨泵的入口压力为PA时，理论抽气量Qth则为对于罗茨泵的返流量Qv，可由两部分组成。即式中Qv1——转子与泵体之间间隙泄漏量。若间隙的流导为L，前级压力为Pv，则由于罗茨泵的转子旋转非常快，没能把吸入的气体分子全部排入前级侧，而再次带入高真空侧，引起返流。如转子在前级真空侧吸附的气体，转子转到高真空侧被解吸放出。两转于啮合处的空腔容积，即所谓的有害空间内的气体被带回到高真空侧，这部分返流量统称为Qv2。即式中Sr——转子返流速率因此，有效抽气量Qeff可用下式计算7.4.3.2零流量时的压缩比将泵口封闭，使Qeff=0，由式子（7-44）可得出零流量压缩比K0是罗茨泵最重要的性能参数之一，它可通过测量得到，与气体种类有关，压缩比K0的最大值用K0max表示。因为通常大于10，因而式（7-45）右侧第二项L/（Sr+L）小于1,可以近似写成在Pv1.5×103pa时，流导L较大，因而Sr的反流作用和L的返流作用可以略去，因而，K0≈𝑆𝑡ℎ𝐿在在Pv10pa时，流导内处于分子流状态，因而L的反流作用小于Sr的返流作用，因而，K0≈𝑆𝑡ℎSr