羅茨水環真空機組

羅茨水環真空機組是以羅茨泵為主泵，以水環泵為前級泵串聯而成的。

工作原理

羅茨水環真空機組選用水環泵作為前級泵比其它真空泵更為有利，它克服了單台水環泵使用時極限壓力差（機組的極限壓力比水環泵有很大的提高），在一定壓力下抽氣速率低的缺點，同時保留了羅茨泵能迅速工作，有較大抽氣速率的優點。尤其能夠適應抽除大量的可凝性蒸汽，特別是當氣鎮油封機械真空泵排除可凝性蒸汽能力不夠，或使用的溶劑能使泵油惡化而影響性能，或者是真空系統不允許油污染的時候更為明顯。當配有防爆電機及電器時並遵守相應的安全規則下,還可抽除易燃易爆的氣體。因此羅茨泵-水環泵機組廣泛地用於化工行業中的真空蒸餾、真空蒸發、脫水結晶；食品行業中的冷凍乾燥；醫藥工業的真空乾燥；輕紡工業的滌綸切片；高空模擬試驗等的抽真空系統中

用於較高真空的羅茨真空泵(機械增壓泵)不能直排大氣，如直排大氣會造成羅茨真空泵吸氣口與排氣口壓差太大，從而使羅茨真空泵過載，如單純加大羅茨真空泵電機功率又會造成羅茨真空泵過熱以致羅茨真空泵轉子之間的微小間隙很快因熱膨脹而卡死。為保證羅茨真空泵能達到較高真空必須保證羅茨真空泵轉子之間的間隙。所以羅茨真空泵使用時必須設有前級泵，用前級泵將系統內壓力抽至一定範圍內時再啟動羅茨真空泵，如此可以避免羅茨真空泵過載。前級泵可以選用水(液)環式真空泵、旋片式真空泵、滑閥式真空泵、往復式真空泵等可直排大氣的真空泵。

羅茨水環真空機組

羅茨真空機組在一般情況下，選用水環泵作為前級泵比其它真空泵更為有利，這主要是由於它能夠抽除大量的可凝性蒸汽，特別是當氣鎮油封機械真空泵排除可凝性蒸汽能力不夠，或使用的溶劑能使泵油惡化而影響性能，或者是真空系統不允許油污染的時候更為明顯。

機組類型

羅茨泵－水環泵機組廣泛地用於化工、食品升華乾燥、高空模擬試驗等的抽真空系統中。這類聯合機組，大致有如下幾種類型

羅茨泵－水環泵

機組中水環泵的作用是造成羅茨泵所需的預備真空，因此要求該水環泵的最大允許排氣壓力，即是說，一方面要儘量提高水環泵的極限真空，另一方面，也要設法提高羅茨泵的最大允許排氣壓力。

一般情況，單級水環泵極限真空度不高，而目前我國生產的羅茨泵要求的預真空又較高，故實際上不用單級水環泵作為羅茨泵的前級泵，而用能提高極限真空度的雙級水環泵作為前級泵使用，採用雙級水環泵，還可以提高機組的極限真空度。

一台羅茨泵的極限真空度是較低的，特別是當它與水環泵組合運行時，使用範圍受到限制，整個機組的極限真空度可能更低，但若用兩台羅茨泵串聯再與水環泵組合，就能大大提高機組的極限真空度。

故在這種類型里通常見到的是兩台羅茨泵串聯後再用雙級水環泵作前級泵組成機組。

羅茨泵－水環泵－大氣泵機組

即使採用雙級水環泵，極限真空度的提高也只是在一定的範圍之內，這是因為受到水的飽和蒸汽壓的限制。水環泵的理論極限壓力就是水的飽和蒸汽壓。如果考慮氣體返流等因素的影響，實際上水環泵的極限壓力顯著比該水溫上的飽和蒸汽壓力為高。為了提高前級泵的極限真空度，還可以使水環泵與大氣泵組合使用。

這樣，串聯一級大氣泵後的極限真空度可達20~30Torr,如果水環泵與二級大氣泵組合，則極限真空可達2~10Torr。

羅茨泵－水環泵並在線上械真空泵

此機組主要用於需要處理大量水蒸汽，且極限真空度要求較高的抽真空系統，例如在真空乾燥方面。

要求處理大量水蒸汽的真空系統中，使用水環泵是較合適的，但由於其極限真空度不高，致使整個機組的極限真空度較低。雖然在要求真空度較高的抽真空系統中，需要極限真空較高的機械真空泵作為前級泵使用。但由於水環泵的耗電量大，效率很低，噪聲高，在需要長時間的真空乾燥系統中，用水環泵作為羅茨泵前級泵很不經濟。

在上述情況下，可將氣鎮機械真空泵與水環泵並聯，作為羅茨泵的前級泵。真空乾燥時，先用水環泵進行預抽，直至水蒸汽大量減少時，再開動氣鎮機械真空泵，切斷水環泵。如需要較長時間才能完成乾燥的場合，所需冷卻水和功率都較少.

安裝方法

機組前裝冷凝器

為了儘量使機組的體積小些，可設法使待抽的蒸汽在進入泵機組之前冷凝，這樣剩下來的就是非可凝性氣體和微量殘餘蒸汽。氣體降溫後在相同壓力下體積也減小。所以冷凝後所需抽氣量減小，相應地泵也可以選得小一些。

採用哪種方式較經濟？應視其具體情況而定，舉例說明如下：

冷凝蒸汽有兩種方式：一種是安裝一台冷卻裝置，另一種是在機組的高壓級中裝一台冷凝器，以便能用普通的水冷卻。

其系統需要每小時抽除50kg的水蒸汽量，在吸入壓力為1Torr時的容積流量為50000m3/h。

1)要抽吸上述的水蒸汽量，需要三個羅茨泵串聯，並用一台水環泵作前級組成的機組，該機組的總功率90kW。

2）為了使蒸汽在到達真空泵之前冷凝，就要在位於A處裝一個冷凝器和一個功率為30000kcal/h的冷卻裝置，如圖4所示。在1Torr的吸入壓力下，水蒸汽的冷凝溫度均為-19℃，為了能保證連續工作，應取冷凝裝置的冷凝溫度為-25℃，且並聯安裝2台冷凝器。根據非冷凝氣體的組成部分計算得，真空泵的抽氣量就可以降低到1000~2000m3/h，總機組（包括冷凝器的消耗功率）的功率同樣是90kW。

3）先用羅茨泵抽出水蒸汽，並在45Torr壓力下進行冷凝，該壓力下有的冷凝溫度約為36℃，於是可使冷凝器的冷凝溫度保持在30~35℃之間，可用普通冷卻水冷卻。冷凝器設在B處。這時總功率的消耗為75kW左右。

通過上述三組方式的比較可知，第三種方案最好，可減少15kW的動力消耗。

綜上所述，水蒸汽冷卻後只剩下非可凝性氣體。在壓力很低時，水蒸汽的比容相當大，這些可凝性蒸汽冷凝後，泵所需要的抽氣量顯然就大為降低了。另外，不論蒸汽是否冷凝，在同樣壓力下只要氣體溫度降低，其容積流量就會減少。例如化工流程中200~300℃溫度的氣體並不少見。若從300℃冷卻到50℃之後，乾燥空氣的容積減少45%左右，這樣就可以選擇較小容量的抽氣真空泵機組裝置。

機組的操作順序：

1）機組中無旁通閥時，應先開動水環泵，被抽系統中的氣體由羅茨泵（氣體推動羅茨泵轉子自行轉動，如同流量計一般）進入水環泵後再排至大氣，待水環泵的吸入壓力（如串聯有大氣泵，則為大氣泵的吸入壓力）達到羅茨泵的起初規定值時（即允許排氣壓力），始啟動羅茨泵，機組正式運轉，開始工作。

2）機組中有旁通閥時，如圖5所示，先啟動水環泵，接著開動羅茨泵，此時，羅茨泵進排氣壓差較大，旁通閥自動開啟，被抽容器中的氣體一部分經過旁通閥進入水環泵，另一部分在羅茨泵的作用下通過該泵也進入水環泵，顯然抽氣速率增加，這樣很快達到羅茨泵的預真空，進排氣壓差較小，閥門自動關閉（或人工關閉），機組正式工作。這種方法能大大縮短預抽時間，但設備較複雜。

機組－羅茨泵－前級泵性能關係

機組的性能與羅茨泵的性能密切相關，而羅茨泵的性能又隨前級泵的不同而有所不同。

1）由於羅茨泵的轉子與轉子之間、轉子與殼體之間存在著間隙，因此有返流存在，而這種返流受進口壓力和出口壓力的影響，即使是同一台羅茨泵，使用不同的前級泵時，其抽氣速率也會有所不同。

羅茨泵的抽氣速率可由下式確定：

δ=δ0(P2/P1/K)

式中：δ0－設計的抽氣速率；

P1－進口壓力；

P2－出口壓力；

K－固有常數，由該泵轉子的形狀、間隙量、轉子圓周速度和出口壓力來確定。

由上式可知，抽氣量受到出口壓力與進口壓力之比的影響，亦即若增加前級泵的抽氣速率，那么羅茨泵的抽氣速率也會增大。

（2）極限壓力由泵的抽氣速率，各間隙的返流量，泵體泄漏量及高真空側的放氣量所決定。即：

P0=(Q1+Q2+Q3)/δ式中：P0－極限壓力；

δ－抽氣速率；

Q1－返流量；

Q2－泄漏量；

Q3－放氣量。

在這些參數中，Q1受排氣壓力即前級泵的極限壓力的影響很大，在用水環泵作前級泵時，羅茨泵的極限壓力隨水環的飽和蒸汽壓的不同而不同。

是用同一台羅茨泵配不同的前級泵時的性能比較。

前級泵的極限真空度愈高時，機組的極限真空度也隨之增高；兩級羅茨泵串聯使用，則能提高機組的極限真空度（實質上就是前一個羅茨泵為後一個羅茨泵的前級泵），且性能曲線平緩擴大，也即使用的範圍擴大（由曲線1與2，曲線3與5的比較而得）。機組1、2的曲線大致相同。同樣，機組3、4、5的曲線也有相同之處。然而1、2機組曲線和3、4、5機組曲線卻是完全不同的兩組曲線。這說明對於同一羅茨泵而言，選用不同的前級泵時，其機組的性能曲線有本質的差異。由此可見，前級泵對機組性能有相當大的影響。

水環泵的選擇

所謂水環泵就是用水作為液環的液環泵，用水作液環有很多優點，如價廉、易得、不會污染環境等。但也有一個很大缺點，由於水的飽和蒸汽壓高，使得水環泵的吸入壓力也高。這時如改用飽和蒸汽壓低的液體作為液環，則可提高泵的極限真空度。如果某機組中羅茨泵最大允許的排氣壓力為10Torr，則用水作液環時還須加大氣泵才能作為該羅茨泵的前級泵，若改用礦物油作液環則不加大氣泵即可作為前級泵，這樣可以簡化裝置。

機組性能與羅茨泵允許排出壓力

機組的性能在很大程度上取決於羅茨泵的允許排出壓力。這種允許值越低，水環泵作為前級泵的可能性就越小。如果羅茨泵這種允許值為1~10Torr，而不論單、多級的水環泵極限壓力大大高於這個數值，因此就不可能單獨與這種羅茨泵組合使用，而需要加二級大氣泵。如果羅茨泵排出壓力允許值在100Torr以上，則前級的水環泵也可以作為羅茨泵的前級泵的前級泵，這就大大地擴充了前級泵的套用範圍。

套用實例

某化纖產品的生產過程為：低分子－高分子－製成帶狀－切片－乾燥（運用羅茨泵－水環泵機組進行真空乾燥）－抽絲－牽伸、加熱－紡織－成品。

其中一個重要的工序是將5×5×5(mm)大小的切片進行乾燥，以便進行抽絲，抽絲過程中理想的狀況是使水份含量為零，實際上由於不能達到這一目的，故要求水份含量不大於0.02%，如果水份超過這一要求，要高溫高壓下抽絲，會使高分子分解，影響產品的強度。

在乾燥這一工序中所套用的羅茨泵－水環泵機組的抽真空系統裝置。

主要設備的功用簡介如下：

（1）真空閥關閉真空閥，機組停止運行，可保持乾燥系統一定的真空度。

（2）自動氣動安全閥為防止機組突然停車時水環泵系統中的水向羅茨泵及真空乾燥系統中倒灌。

（3）壓差閥機組開始運行時，先啟動水環泵，在壓差閥兩端逐漸產生壓差，達到一定值時，閥自動開啟，使系統中大部分氣體經此閥流進水環泵。當大氣逐漸通過大氣泵流進水環泵，壓差閥兩端壓力又逐漸減小，以致關閥，於是大氣泵隨即開始正常工作，壓差閥的作用是為了縮短大氣泵正常工作前的預抽時間。

（4）水位計起止逆閥的作用，防止水環泵的水倒流。

操作順序如下：先開動水環泵，系統中氣體徑由羅茨泵（此時推動羅茨泵轉子轉動）進入水環泵而由汽水分離器排向大氣。當抽到絕對壓力為50Torr時啟動羅茨泵2，當絕對壓力到20Torr時再啟動羅茨泵1，最後系統壓力可達到0.088Torr，一般情況下可維持在1Torr以下。

技術指標

羅茨水環真空機組是以羅茨泵為主泵，以水環泵為前級泵串聯而成的。

羅茨水環真空機組選用水環泵作為前級泵比其它真空泵更為有利，它克服了單台水環泵使用時極限壓力差（機組的極限壓力比水環泵有很大的提高），在一定壓力下抽氣速率低的缺點，同時保留了羅茨泵能迅速工作，有較大抽氣速率的優點。尤其能夠適應抽除大量的可凝性蒸汽，特別是當氣鎮油封機械真空泵排除可凝性蒸汽能力不夠，或使用的溶劑能使泵油惡化而影響性能，或者是真空系統不允許油污染的時候更為明顯。當配有防爆電機及電器時並遵守相應的安全規則下,還可抽除易燃易爆的氣體。因此羅茨泵-水環泵機組廣泛地用於化工行業中的真空蒸餾、真空蒸發、脫水結晶；食品行業中的冷凍乾燥；醫藥工業的真空乾燥；輕紡工業的滌綸切片；高空模擬試驗等的抽真空系統中。

一、羅茨水環真空機組的最大抽速由主泵（羅茨泵）抽速決定；

二、羅茨水環真空機組的極限真空度：

1、二級羅茨水環真空機組（羅茨泵+水環泵）267Pa；{麥氏水銀真空表可測得}

2、三級羅茨水環真空機組（羅茨泵+羅茨泵+水環泵）25Pa；{麥氏水銀真空表可測得}

3、四級羅茨水環真空機組（羅茨泵+羅茨泵+羅茨泵+水環泵）0.5Pa。{數顯真空表可測得}

三、羅茨水環真空機組的功率為水環泵與羅茨泵的電機之和

羅茨水環真空機組配套設施：控制櫃，真空表，管路，機架，閥門。