基本介紹
- 中文名：羅茨真空泵
- 外文名：The roots vacuum pump
- 配件：真空泵消音器
- 簡稱：羅茨泵
工作原理,結構組成,冷卻裝置,結構特點,性能特點,保養方法,注意事項,消除故障,一般故障,羅茨泵常見故障與排除及拆裝,過載問題,修複方法,腐蝕、沖蝕,
工作原理
羅茨泵是一種無內壓縮的真空泵，通常壓縮比很低，故高、中真空泵需要前級泵。
一種型號的外形圖
一種型號的外形圖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、水環等可直排大氣。
它的結構和工作原理與羅茨鼓風機相似，工作時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。轉子型線有圓弧線、漸開線和擺線等。漸開線轉子泵的容積利用率高，加工精度易於保證，故轉子型線多用漸開線型。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：單級為6.5×102帕，雙級為1×103帕。
原理圖
原理圖羅茨泵的極限真空除取決於泵本身結構和製造精度外，還取決於前級泵的極限真空。為了提高泵的極限真空度，可將羅茨泵串聯使用。羅茨泵的工作原理與羅茨鼓風機相似。由於轉子的不斷旋轉，被抽氣體從進氣口吸入到轉子與泵殼之間的空間v0內，再經排氣口排出。由於吸氣後v0空間是全封閉狀態，所以，在泵腔內氣體沒有壓縮和膨脹。 但當轉子頂部轉過排氣口邊緣，v0空間與排氣側相通時，由於排氣側氣體壓強較高，則有一部分氣體返衝到空間v0中去，使氣體壓強突然增高。當轉子繼續轉動時，氣體排出泵外。羅茨泵在泵腔內，有二個“8”字形的轉子相互垂直地安裝在一對平行軸上，由傳動比為1的一對齒輪帶動作彼此反向的同步旋轉運動。在轉子之間，轉子與泵殼內壁之間，保持有一定的間隙，可以實現高轉速運行。
結構組成
羅茨真空泵的兩個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：兩個轉子的軸線呈水平安裝，但兩個轉子軸線構成的平面與水平面垂直，這種結構，泵的進排氣口呈水平設定，裝配和連線管道都比較方便。但其缺點是泵的重心太高，在高速運轉時穩定性差，所以除小規格的泵外，採用這種結構型式的不太多。
2、臥式：兩個轉子的軸線呈水平安裝，兩個轉子軸線構成的平面成水平方向，這種結構的泵的進氣口在泵的上方，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，所以進排氣方向是相互垂直的。排氣口接一個三通管向兩個方向開口，一端接排氣管道，另一端死或接旁通閥時使用。這種結構的特點是重心低，高速運轉時穩定性好。國內外大中型泵多採用此種結構型式。
3、豎軸式：國外有的羅茨泵的兩個轉子軸線與水平面垂直安裝。這種結構的裝配間隙容易控制，轉子裝配方便，占地面積小，但齒輪等傳動機構裝拆不便，潤滑裝置也較複雜。
當總體結構決定後，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，羅茨泵上裝有一個比較可靠的安全保護器，即在旁通管路上裝有一個溢流閥。排氣口處於規定壓力時，溢流閥是關閉的。當其排氣口壓力超過規定壓力時，則溢流閥的閥門自動被頂開而產生溢漢，排氣口壓力變正常後，溢流閥再自行關閉。它能自動調節，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，在各種壓力範圍內能連續運轉。採用這種設計，能使真空容器在粗真空狀態的抽氣停息時間可縮短30~50%.對於比較大的泵，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使蒸汽冷凝的冷凝器，這個冷凝器可裝在泵之前或裝在泵之後，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熱。假設採用了複式冷凝器，在維修時可用適當的溶劑清除污垢，蒸汽就能順暢地在導管中流動。
冷卻裝置
1、空氣冷卻：羅茨真空泵由於輸送和壓縮氣體而產生熱量，這些熱量必須從轉子傳至殼體而散發。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於殼體的溫度。由於轉子的熱膨脹，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，以擴大使用範圍，增加泵的可靠性，就必須設法散出轉子產生的熱量，也就是說要對轉子進行冷卻。
為了理解空氣冷卻的實質，先來看一下氣體在羅茨真空泵排氣一側的流動情況，在羅茨真空泵中吸入氣體被壓縮的過程不是連續的，而是突然的。吸入氣體隨轉子轉動而被封閉於腔內，又隨轉子的旋轉，使腔內的氣體突然與排氣口接通。由於排氣一側的氣體壓力較高，排氣口處的氣體就向腔中返沖，然後又隨著轉子的旋轉而被驅趕排出泵外。這樣的過程在每旋轉一周中兩個轉子共進行四次排氣過程。
從上述氣體的流動情況可以構想：假若每次返衝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。在泵的排氣口處設定密集的冷卻片，冷卻片用冷水管進行冷卻，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生的執量。而且當排氣壓力較高時，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，實驗證明，一台羅茨泵在30Torr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後，在85Torr壓差下長其運轉，其溫差也不超過17度。一般說來，羅茨真空泵採用空氣冷卻之後，可將壓差提高80Torr，而不加冷卻器一般只能達到15~30Torr。
這種冷卻方法與環境溫度有關係，環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生的高熱，而不能防止泵壓縮過程中發熱，而引起間隙變小的問題，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，可採取更有效的冷卻方法，即將轉子用循環油冷卻，在泵軸兩端分別有油孔、油徑軸頭打入，經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，泵在運轉時轉子溫度低於外殼溫度，大泵常採用這種方式。例如在80Torr壓差下工作時，羅茨真空泵轉子溫度較外殼低78度，同時還發現泵負荷越重時，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，所以間隙會增大。
由於負荷大，轉子和殼體溫差不斷增高，使間隙不斷增大，這會使首逆流增大，引起羅茨真空泵抽速下降。為了克服這個缺點，羅茨泵在高負荷下工作時，需要採用有效措施，一般是將羅茨真空泵的外殼和轉子同時採用油循環系統進行冷卻。
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線一個輸油管，用均勻滴下的冷卻油帶走轉子的熱量。油經過濾器器、冷卻器，通過密封良好的油泵，再經過辦輸油管將油送到泵的入口。油滴到轉子上之後，隨著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，同時在兩個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，經過過濾，冷卻後重新循環使用。此種方法效果良好。但由於泵內有油，失去了羅茨泵無油蒸汽污染真空系統的特點。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，要求飽和蒸汽壓應儘量代。
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壓縮後，通過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生的熱量。吸入水管裝在單級或雙級泵組的吸氣端並連線到真空泵的進氣口上。水是靠真空泵產生的真空度而吸入，真空度越大，吸入水量就越高。用一隻簡單的調節閥門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，無鈣質。
結構特點
（1）在較寬的壓力範圍內有較大的抽速；
（2）轉子具有良好的幾何對稱性，故振動小，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，可大大降低驅動功率，從而可實現較高轉速；
（3）泵腔內無需用油密封和潤滑，可減少油蒸氣對真空系統的污染；
（4）泵腔內無壓縮，無排氣閥。結構簡單、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複雜的曲線柱面，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展。在冶煉、石油化工、電工、電子等行業得到了廣泛的套用。
性能特點
羅茨真空泵的特點是：啟動快，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帕壓力範圍內有較大抽氣速率，能迅速排除突然放出的氣體。這個壓力範圍恰好處於油封式機械真空泵與擴散泵之間。因此，它常被串聯在擴散泵與油封式機械真空泵之間，用來提高中間壓力範圍的抽氣量。這時它又稱為機械增壓泵。
保養方法
（一）、羅茨真空泵定期檢查：
1、每日檢查：
1）油位檢查：油量過多，使溫度升高，油量過少，造成潤滑不良。
2）溫度檢查：用溫度計檢查泵各部位溫度。
3）電動機負荷檢查：用功率表或電流，電壓表測量電動機負荷。
2、羅茨真空泵每月檢查：
聯軸器及墊片是否損壞和鬆動。
3、羅茨真空泵每3個月檢查：
齒輪箱內潤滑油是否變質。
4、羅茨真空泵每6個月檢查：
1）前蓋軸承箱內潤滑油是否變質。
2）活塞環及活塞環襯套是否磨損。
3）齒輪微量程度的磨損對轉子正常運轉是否產生影響，是否需要調整。
（二）、羅茨真空泵拆裝：
增壓泵進行拆卸和重新裝配時，須根據以下注意事項進行：
1、羅茨真空泵未拆卸前，先測量並記錄轉子各部分間隙。
2、儘量避免用重錘敲打，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。
4、羅茨真空泵重新裝配前須把各零部件清潔乾淨，毛刺修光。
5、無密封墊襯或密封圈的靜密封面用“106”有機矽橡膠塗料。用乾淨密封的橡膠密封件，需塗上真空考克脂。帶溢流閥真空泵溢流閥上的密封圈及平面上不得塗任柯油脂。
6、根據間隙一覽表調整轉子各部分間隙。
7、全部裝好後須進行檢漏。
8、重裝後須進行試運轉和必要的性能測試，待正常後才能安裝使用。
註：羅茨真空泵標準號：Q3204AVT002。
注意事項
羅茨泵工作原理性能特點羅茨泵實質上與凸輪泵相同，但轉子是羅茨型的。它能輸送黏度為數萬厘泊的液體。羅茨泵主要是有兩個旋轉方向相反的轉子位於泵體中，由一對同步齒輪傳動，對於羅茨泵的轉子，在泵體內是互相嚙合的，但具有間隙。間隙大小主要取決於液體黏度。超過一定黏度範圍必須調整增大間隙。
1、羅茨泵經常檢查油位位置，不符合規定時須調整使之符合要求。以羅茨泵運轉時，油位到油標中心為準。
2、羅茨泵換油期限按實際使用條件和能否滿足性能要求等情況考慮，由用戶酌情決定.一般新羅茨泵，抽除清潔乾燥的氣體時，建議在工作100小時左右換油一次。待油中看不到黑色金屬粉末後，以後可適當延長換油期限。
3、羅茨泵經常檢查油質情況，發現油變質應及時更換新油，確保羅茨泵工作正常。
4、羅茨泵一般情況下，羅茨泵工作2000小時後應進行檢修，檢查桷膠密封件老化程度，檢查排氣閥片是否開裂，清理沉澱在閥片及排氣閥座上的污物。清洗整個羅茨泵腔內的零件，如轉子，旋片，彈簧等.一般用汽油清洗，並烘乾。對橡膠件類清洗後用乾布擦乾即可。清洗裝配時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，觀察油位應在油標的中心線處，潤滑油應及時更換或補充。
6、羅茨泵檢查羅茨泵管路及結合處有無鬆動現象。用手轉動羅茨泵，試看羅茨泵是否靈活。
7、羅茨泵重新裝配後應進行試運行，一般須空運轉2小時並換油二次，因清洗時在羅茨泵中會留有一定量易揮發物，待運轉正常後，再投入正常工作。
8、羅茨泵開動電機，當羅茨泵正常運轉後，打開出口壓力表和進口羅茨泵，視其顯示出適當壓力後，逐漸打開閘閥，同時檢查電機負荷情況。
9、羅茨泵儘量控制羅茨泵的流量和揚程在標牌上註明的範圍內，以保證羅茨泵在最高效率點運轉，才能獲得最大的節能效果。
消除故障
一般故障
極限壓力不高
（1）管道、系統漏氣。
（2）泵部分漏氣。
（3）前極泵極限壓力下降。
（4）潤滑油太髒或牌號不符。
（5）油封磨損。
（6）溢流閥處漏氣。
抽速不足
（1）管道通導能力不夠。
（2）前級泵抽速下降。
（3）溢流閥處漏氣。
電動機過載
（1）入口壓力過高。
（2）轉子端面與端蓋單面接觸。
（3）前級泵返油進泵腔。
（4）溢流閥卡住，使出口過高。
過熱
（1）選擇的前級泵抽速不夠，造成壓縮比過大。
（2）入口壓力過高。
（3）冷卻不良。
（4）齒輪箱潤滑油過高。
（5）轉子與泵殼接觸。
（6）齒輪、軸承、油封潤滑不良。
聲音異常
（1）裝配不良。
（2）導向齒輪與轉子位置偏移使轉子相碰。
（3）入門壓力過高。
（4）過載或潤滑不良造成對齒輪的損傷。
（5）軸承磨損。
軸承、齒輪
早期磨損嚴重
（1）潤滑油不良。
（2）潤滑油不足。
羅茨泵常見故障與排除及拆裝
如羅茨泵（機械增壓泵）機組經運轉一段時間後，羅茨泵內產生異常雜音，則可能有以下原因：
1、羅茨泵的啟動壓力太高，造成泵的機件過熱而受損（有些機械增壓泵經特殊設計後，也可以在大氣壓下啟動）。
2、在生產工藝中產生的較大的磨耗性粒子進入羅茨泵內部造成機件磨損。
3、泵的安放位置不對，例如：傾斜置放。泵內的潤滑油的油量不適合。
以上各原因均會導致羅茨泵的機件（轉子、定子、軸承與齒輪等）精密度變差或受嚴重污染，從而使羅茨泵在運轉中產生異常雜音。
當發現泵在運轉中產生異常雜音後，應立即檢查泵的啟動壓力是否符合規定值，可用電流表檢查泵電機的輸入電流是否合乎額定值，有無異常的高或低。還應檢查泵內潤滑油的情況及泵的安放位置是否合適。發現問題後，要立即採取相應的措施解決。
羅茨真空泵工作時轉子與轉子，轉子與泵體互相不接觸，因此沒有直接磨損，但由於間隙很小（一般0.10～0.25 mm），經長期運轉後傳動齒輪磨損，當齒側間隙大於轉子間最小間隙時，將產生相碰而發生故障，此時則應更換齒輪。一般在運轉一年則應進行大修一次，檢查齒輪及軸承的磨損情況，檢查密封裝置，更換密封圈（環），檢查轉子腐蝕情況，轉子結垢情況，泵體內表面腐蝕情況和結垢情況。清洗測量磨損超出規定尺寸時，應調整間隙或更換零件。
泵的拆裝程式如下：
1、放出潤滑油及冷卻水；
2、拆卸聯軸器和電機；
3、拆卸旁通管路和旁通閥；
4、拆軸承；
5、拆卸前後端蓋及密封裝置；
6、拆轉動齒輪；
7、拆轉子。
拆裝時的注意事項如下：
1、安裝底座時必須認真調整水平，否則將影響轉子與泵體兩端的間隙；
2、拆裝零部件不能用鐵錘敲打；
3、拆裝時注意密封面，不得有任何劃痕和碰傷；
4、平面密封使用室溫硫化橡膠時，要塗布均勻，不能過薄也不能太厚；
5、轉子裝後應認真調整間隙，按規定間隙調整，發現超出規定時應取出重新修理，但修理後必須進行動平衡調試，動平衡合格後再重新組裝。
過載問題
羅茨真空泵壓縮氣體所需的功率與壓差成正比，一旦氣體壓差過高，泵就可能出現過載現象，造成電機繞組燒損。解決泵過載問題的方法主要有以下幾種：
（1） 採用機械式自動調壓旁通閥。 旁通閥安裝在羅茨真空泵的出口和入口之間的旁通管路上。此閥控制泵出入口之間的壓差不超過額定值。當壓差達到額定值時，閥門靠壓差作用自動打開，使羅茨真空泵出口和入口相通，使出入口之間的壓差迅速降低，這時羅茨真空泵在幾乎無壓差的負荷下工作。當壓差低於額定值時，閥自動關閉，氣體通過羅茨真空泵內由前級泵抽走。帶有旁通溢流閥的羅茨真空泵可以與前級泵同時啟動，使機組操作簡單方便。
（2） 採用液力聯軸器。採用液力聯軸器也能防止泵的過載現象發生，使泵可以在高壓差下工作。液力聯軸器安裝在泵和電動機之間。在正常工作狀態下，液力聯軸器由電動機端向泵傳遞額定力矩。羅茨真空泵的最大壓差由液力聯軸器所傳遞的最大轉矩來決定，而液力聯軸器可傳遞的最大轉矩由其中的液體量來調節。當泵在高壓差下工作或與前級泵同時啟動時，在液體聯軸器內部產生了轉速差即滑動，只傳遞一定的力矩，使泵減速工作。隨著抽氣的進行，氣體負荷減小，羅茨真空泵逐漸加速至額定轉速。
（3） 採用真空電氣元件控制泵入口壓力。 在羅茨真空泵的入口管路處安置真空膜盒繼電器或電接點真空壓力表等壓力敏感元件。真空系統啟動後，當羅茨真空泵入口處壓力低於給定值（泵允許啟動壓力）時，壓力敏感元件發出信號，經電氣控制系統開啟羅茨真空泵（如真空系統中裝有羅茨真空泵旁通管路，則同時關閉旁通管路閥門）。若泵入口壓力高於規定值時，則自動關閉羅茨真空泵（或同時打開泵旁通管路閥門），從而保證了羅茨真空泵的可靠運轉。
修複方法
隨著羅茨泵套用的日益增多，設備在運行過程中由於受到高溫、高壓、強腐蝕、氣蝕沖刷等惡劣環境的影響，經常出現磨損、腐蝕、泄漏等現象，制約著企業的正常生產，甚至導致火災、爆炸、污染等嚴重安全事故。同時，羅茨泵故障所帶來的意外停機停產也影響著生產的效率和產品的質量，加大了企業的成本投入。羅茨泵常見故障主要分為以下兩類：
軸承位磨損
傳動部位磨損是羅茨泵普遍存在的問題，並且數量較大，損壞頻繁，其中包括軸承位、軸承座、軸承室、鍵槽及螺紋等部位。傳統的補焊機加工方法易造成材質損傷，導致部件變形或斷裂，具有較大的局限性；刷鍍和噴塗再機加工的方法往往需要外協，不僅修復周期長、費用高，而且因修補的材料還是金屬材料，不能從根本上解決造成磨損的原因。
當代最新方法是採用高分子複合材料，其具有超強的粘著力，優異的抗壓強度、耐磨性和抗腐蝕性等綜合性能。採用2211F高分子複合修復材料在傳動部位磨損尺寸相對較小的情況下可以現場免拆卸修復，既避免機械加工，又無補焊熱應力熱影響，修復厚度也不受限制，同時產品所具有的耐磨性及金屬材料不具備的退讓性，確保修復部位百分百的接觸配合，降低設備的衝擊震動，避免磨損的可能性，並大大延長設備部件（包括軸承）的使用壽命，為企業節省大量的停機時間，創造巨大的經濟價值。
修復步驟：
1、模具加工：製作標準對開模具。
2、表面處理：去油、打磨、清洗，確保表面乾淨、乾燥、結實。
3、調和材料：比例準確，調和均勻。
4、塗抹材料：確保粘接、填實及厚度。
5、安裝模具：塗刷脫模劑，安裝固定，確保多餘材料被擠出。
6、脫模：固化後，拆卸模具將多餘材料清理乾淨，材料不可敲擊，可通過磨光機、銼刀等工具清除，達到安裝要求。
腐蝕、沖蝕
金屬腐蝕的形態，可分為全面（均勻）腐蝕和局部腐蝕兩大類。前者較均勻的發生在設備的全部表面，後者只是發生在局部。例如孔蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕破裂、腐蝕疲勞、氫腐蝕破裂、磨損腐蝕、脫層腐蝕等。
採用美嘉華高分子複合材料實施表面有機塗層防腐是當前行之有效的防腐蝕措施之一。表面粘塗保護可廣泛套用於磨蝕、氣蝕、腐蝕部位的修復和預保護塗層。其具有良好的耐化學性能及優異的力學性能和粘接性能。與傳統的壓力容器焊接修補相比，具有施工簡便、成本低、安全性能，修復效果好的特點。
修復步驟：
1、表面處理：徹底清除表面氧化層，用丙酮將表面清洗乾淨。
2、調和材料：嚴格按照比例進行調和，並攪拌均勻，直到沒有色差。
3、塗抹材料：先薄薄塗抹一層材料，要確保粘接及完全覆蓋，再將材料均勻的塗抹到修復表面，達到要求的修復厚度即可。
4、固化：24小時/24℃（材料溫度），材料溫度每提升11℃，固化時間縮短一半，但提升溫度不得超出材料的承受溫度。
5、安裝及注意事項：按照裝配要求進行安裝，修復保護的材料應避免受外力的敲擊或撞擊，如果材料影響裝配，可採用打磨的方法處理，千萬不可敲擊，避免損傷其他材料。
