羅茨真空泵培訓教材 羅茨真空泵的選型、使用和維護 第一節 概 述 一、羅茨真空泵產生的原因： 羅茨真空泵自上世紀四十年代由羅茨鼓風機演變發展而來，它的出現，主要是由于隨工業的發展，在許多真空系統的應用中，為了更好的提高真空系統的抽氣效率、縮短抽氣時間，或者是在大量放氣的真空系統中能保持較恒定的真空條件，通常工藝上要求線Pa壓力范圍具有較大的抽速，要滿足這樣的工藝條件，使用別的形式的機械真空泵是困難的，即使能勉強達到這樣的使用上的要求，也很不經濟，因此，羅茨真空泵正是在適應這樣的工業應用中得以廣泛使用。 二、 羅茨真空泵的特點： 羅茨真空泵是一種容積式線字型轉子在泵殼中保持一定的間隙，作等速反向旋轉而產生吸氣和排氣作用的，二個轉子被支承在泵殼的二側面端蓋的滾動軸承中，依靠一對可調節的同步齒輪使二個轉子在高速反向旋轉時從始至終保持著一定的相互位置，從而完成吸排氣過程。 目前國內的羅茨真空泵的主要性能參數如下： 抽氣速率：30～20000升/秒 極限壓力：6×10－2～1×10－1Pa 配用功率：0.75～115千瓦 轉 速：600～3000轉/分 （一）、羅茨線、在較寬的壓力范圍內具有較大的抽速。 2、起動快。 3、泵腔及轉子工作時為干式無油，對被抽氣體中的灰塵，水蒸汽不敏感，油蒸汽污染真空系統的情況比油增壓泵、油擴散泵和油封機械泵要少得多。 4、由于動平衡較好，所以運轉時的振動小、噪聲低。 5、驅動功率小，是因為機械摩擦損失小。 6、不用排氣閥。 7、轉速高、體積小，可制成任何幾何抽速的泵。 8、可凝性蒸汽對泵無影響，因為經過泵時還沒壓縮到飽和蒸汽壓。 9、與其它機械真空泵比較，節約能源的效果顯著，且耗油量小。 （二）、羅茨線、對氫氣的抽氣效果比油增壓泵差，通過間隙返回的流量較大。 2、泵的制造較復雜，特別是轉子型線，加工和檢查都很難，而油增壓泵結構相對比較簡單，無大的運動部件，安裝較方便。 3、不能單獨使用，須有前級真空泵組成機組形式使用。一般與前級泵的抽速比為1：2～1：10不等，為保護羅茨真空泵，須在機組中安裝過載保護設施。 （三）、國內羅茨真空泵與國外先進羅茨真空泵的差距： 目前，在性能指標上與國外的差距，其實是由于加工精度問題，造成泵的零流量壓縮比的指標低于國外泵的指標，但近幾年，國內由于加工精度的逐步的提升，這一指標的差距已不明顯。當前，主要差距還是反映在泵的使用可靠性和節能要求上，有以下幾點： 1、國內泵的漏油還是相當普遍，軸封漏油、油杯漏油等。 2、泵的噪音大于國外同種類型的產品。 3、泵在化工行業使用仍不能完全滿足使用上的要求，泵的兩端油箱經常發生油的變質而導致泵在短時間內的故障和失效。 4、國外1200L/S抽速以及以下抽速的泵都不用水冷卻，國內的同類泵都使用水冷卻，不符合節能的國際潮流。 針對目前國內羅茨真空泵的這些差距，上海智洪真空設備有限公司已成功開發了新一代的100％不會漏油的羅茨真空泵，該泵的主要特征如下： 1、動密封系統采用機械密封，使得泵的密封更可靠，泵達到100％不會漏油，常規使用的壽命更長。 2、泵在最大許可壓差下工作無須水冷卻，泵可耐受較高溫度的工況，不再為接冷卻水管而麻煩，符合節水的要求。 3、1200升/秒抽速以下泵無外部油杯潤滑，省去了定期向油杯加油的工作，也避免了油杯漏油的情況。 4、裝配和拆卸十分容易，裝配時無須人工調節轉子的軸向間隙和轉子與泵體的間隙，使得維修和保養更便利。 5、泵的運轉平穩，低噪聲。 6、與國內同種類型的產品比較，結構緊密相連，體積小，重量輕。 上海智洪真空設備有限公司開發的新一代羅茨線％不會漏油，也不用水冷，這是對羅茨真空泵的一個創新之舉。 三、羅茨真空泵的用途： 羅茨真空泵可大范圍的應用于需要大抽速和中等線Pa)的任何線、 冶金工業中的大規模鋼液真空脫氣過程中，大量氣體在25～1X10－-1區間放出，需大抽速的線、 大型空間模擬試驗設備中的動態真空的獲得，例如：模擬高空飛機及火箭的飛行的高空條件，需要把燃燒排出的氣體抽除。 3、 電力電容器及變壓器的線、 化纖工業的滌綸切片的白色度控制。 5、 燈泡燈管的自動生產線、 真空鍍膜設備中作為高真空泵的前級泵可以使整個抽氣時間快速縮短，提高生產效率。 7、 化學工業中，如果配上液環真空泵作為羅茨真空泵的前級泵，就可以抽除含有大量水蒸汽和腐蝕性的氣體，適用于各類真空蒸餾、真空濃縮、真空干燥等工藝上。 第二節羅茨真空泵的選型 我們大家都知道，羅茨真空泵的最大特點是在較低入口壓力時（即較高真空度時）具有較高的抽氣速率，但它不能單獨使用，必須在其排氣口串聯一臺前級真空泵進行預抽，待被抽系統中的壓力被前級真空泵抽到羅茨真空泵允許的起動入口壓力時，羅茨真空泵才能開始工作。并且在正常的情況下，羅茨真空泵不允許在高壓差時工作，否則將會使羅茨真空泵產生過載和過熱而損壞，因此使用羅茨真空泵時必須合理地選用前級真空泵，并且須安裝必要的保護設備。 根據羅茨真空泵的特點，我們在選用羅茨真空泵時通常要了解三方面的問題： 一、工藝條件問題： 1.你是怎樣的一個工藝應用？ 根據工藝條件你可以初步判斷用那一類泵作為羅茨真空泵的前級泵，羅茨真空泵的前級真空泵一般為油封機械泵或液環真空泵作為前級泵。如果工藝過程中，被抽氣體中不含有大量水蒸汽及大量可凝性或腐蝕性的氣體時，一般前級泵應首選油封機械泵，這樣的配置是經濟性最好的。但是，工業應用中的許多場合，并不是如此理想的應用場合，許多場合需要抽除含有大量水蒸汽及含有大量可凝性或腐蝕性的氣體時，選用液環真空泵或干式真空泵作為前級泵是理想的，能使機組的性能較為穩定。由于干式泵的價格較高，所以，目前，在這類場合，廣泛使用的前級真空泵仍是液環式真空泵。因此，羅茨液環泵真空機組的應用十分廣泛。當然，在某些特定的使用工況，液環真空泵是無法替代干式真空泵的。 另外，你必須根據工藝條件，在羅茨真空泵的入口或者是出口，考慮加裝過濾器、熱交換器等附加裝置，以適應工藝的需要。 二、工藝參數問題： 1．被抽氣體的物理和化學性能。 2.空載時系統的極限真空度要求，工藝上要求的工作所承受的壓力是多少? 3.工作時候的溫度是多少？ 4.被抽的容積有多大？工藝的負載有多少？ 5.到達工作所承受的壓力期望的抽氣時間是多少？ 根據工藝參數問題，你能確定主泵的類型和大小，以及選配合適的前級泵。 （一）、選擇主泵的方法 在設計一套使用起來更便捷、工作可靠的真空系統時，選取主泵是不能只追求某一項指標，必須根據不同的使用條件、工藝技術要求多方面做綜合考慮。真空系統選取主泵的主要是根據是： 1．根據空載時真空室所需達到的極限真空度。 根據真空室所要建立的極限真空確定主泵的類型，選取主泵的極限真空要比真空室的極限真空高，通常為高半到一個數量級。 2．根據真空室進行工藝生產或實驗時所需的工作所承受的壓力選配主泵。 這項要求較為重要，因此要求能夠掌握主泵的最佳抽速的壓力范圍，各類真空泵工作所承受的壓力可參考生產廠商的泵或機組性能曲線。真空室的工作所承受的壓力一定要保證在主泵的最佳抽速壓力范圍內。所需要的主泵抽速由工藝生產中的放出的氣量、系統漏氣量及所需的工作所承受的壓力來決定。 A．計算主泵的有效抽速 根據真空室要求的工作所承受的壓力Pg，真空室的總氣體量Q，計算泵的有效抽速: S=Q/ Pg 式中Q為真空室的氣體量（pa.l/s）。Q通常由三部分所組成，即 Q=Q1+Q2+Q3 式中：Q1-真空室工作過程中產生的氣體量， Q2-真空室及真空組件的放氣量， Q3-真空室的總漏氣量。 B. 確定主泵的抽速 根據主泵的有效抽速S，以及泵與真空室之間的連接管道的流導U確定主泵的抽速Sp 由流導公式：1/S=1/ SP +1/U 則：Sp＝S*U/（U-S） 由上面公式可見，為了增大有效抽速S必須增大流導U，為此要求連接管道要短而粗。一般管道直徑不小于主泵的入口直徑。 （二）、前級泵的選擇方法 羅茨真空泵不能單獨使用，必須配上前級泵組成機組，使用前級真空泵是為降低羅茨真空泵的排出壓力，由于羅茨真空泵的壓縮比是有限的，所以最終選擇前級真空泵的抽速是重要的，如右圖表明，羅茨真空泵的最大壓縮比是隨排出壓力而變化的，在高排出壓力下，最大壓縮比最多大3：1，而最高壓縮比是在排出壓力為1到10mbar之間（1 mbar＝0.75Torr）可達50:1，甚至更高些。 因此，選擇前級泵的抽速，要根據羅茨真空泵的長期工作所承受的壓力范圍考慮。 例如有一系統用羅茨線 mbar入口壓力時有600升/秒的抽速，并長期工作，問應選擇多大抽速的前級泵。 先假定用30升/秒的前級泵時，壓縮比K＝600：30＝20從上圖查得K＝20時最大排出壓力為30 mbar。 由此得出，當選用30升/秒前級泵時，在入口壓力小于1.5 mbar以下工作是可行的，但高于1.5 mbar入口壓力工作時就選用大一些前級泵了。該例中，工作線升/秒的前級泵能夠完全滿足上述真空系統的抽氣要求。 另外應當考慮的是，對預抽時間的要求問題，如果正常上班時間遠比預抽時間長，可選較小的前級泵；假如真空室較大，而且要求很快預抽，就要用較大的前級泵，有時為更好地發揮設備的效率，機組裝有較大的預抽泵，在正常工作后停掉它，而用較小的前級泵維持，這樣做是為了節約功率。 對羅茨真空泵機組的極限壓力的要求，也是選擇前級泵的一定要考慮的，對極限線Pa壓力）一般都會采用雙級旋片式油封機械泵或雙級滑閥機械泵作為前級泵。極限線Pa）之間可選用單級油封機械泵作為前級泵，極限線Pa之間可選用往復式真空泵或液環式真空泵作為前級泵。 當選用往復式或液環式粗真空泵作為羅茨真空泵的前級泵時，前級泵的抽速一般為羅茨線，不能太大，否則將使壓縮比過大，造成羅茨真空泵的排氣溫度高而異常工作。 選用前級泵時還一定要考慮被抽氣體中是否有腐蝕性介質，是否含有可凝性氣體，是大量的還是微量的。如果含有腐蝕性氣體，就不能選用油封機械泵，油封機械泵還不適宜抽除含有大量可凝性蒸汽的氣體，否則將會使密封液很快乳化，抽除含有微量可凝性蒸汽的氣體時，也一定要采用帶有氣鎮裝置的油封機械泵作為前級泵。 為了獲得在低入口壓力（1~100pa）時的高的抽氣速率，可用一臺羅茨真空泵作為另一臺羅茨真空泵的前級泵組成的三級或四級機組，此時羅茨真空泵之間的抽速比一般在2~5之間。 通常，選配前級泵的原則如下： 1、 要求前級泵造成主泵工作所需的預線、 主泵允許的最大排氣壓力下，前級泵必須將主泵所排出的最大氣體量及時排走，前級泵的抽速須按照該泵在實際入口壓力時的實際抽速。 3、 兼作預抽泵的前級泵要滿足預抽時間和預抽真空度的要求。 （三）、泵的抽氣時間計算 在粗、低真空范圍內，由于設備或系統內表面的放氣量與設備的氣體負荷相比可忽略不計，因此，在計算抽氣時間時，一般不考慮系統放氣量，簡單的抽氣系統原理圖如下圖。 上述系統由真空室、管道和真空泵三部分所組成，泵的有效抽速S，名義抽速Sp;真空室的工作壓力P，極限壓力Po;管道流導U 。 泵的抽速接近常量時的抽氣時間計算： 1、 系統漏氣量Q0很小可忽略時，真空設備的壓力從Pi降到P所需時間t,如果流導很大（U SP）時，則S≈SP ： t=2.3V/S*lg(Pi /P)=V/S*ln(Pi /P) (s秒) 如果流導U不可忽略時：1/S=1/ SP +1/U t=2.3V/S*lg(Pi /P)= 2.3V*(1/ SP +1/U) S*lg(Pi /P) (s秒) 2、 如果系統漏氣量Q0很大不可忽略時（這樣的一種情況實際不允許的），真空室所能達到的極限壓力P0= Q0/S,真空設備的壓力從Pi降到P所需時間t, 如果流導很大（U SP）時，則S≈SP ： t=2.3V/S*lg(Pi- P0 /P- P0)=V/S*ln(Pi- P0 /P- P0) (s秒) 如果流導U不可忽略時1/S=1/ SP +1/U t=2.3V/(1/ SP +1/U )*lg(Pi- P0 /P- P0) (s秒) 式中: t-抽氣時間（S）; V-真空設備的容積（L）; S-泵的有效抽速（L/S）; SP -泵的名義抽速（L/S）; P-設備經t時間的抽氣后的壓力（Pa）; Pi -設備開始抽氣時的壓力（Pa）; P0-真空室的極限壓力（Pa）; U-管道的流導（Pa）; Q0-空載時，長期抽氣后真空室的氣體負荷（漏氣、材料放氣） 三、設備使用條件問題： 1. 電力、電壓、頻率。 2. 冷卻水的量和溫度。 3．設備安裝場地和安裝方法。 根據設備的使用條件，你一定要了解泵在實際使用時的電壓、頻率；水壓和水溫；設備在現場使用是否要防爆；設備是不是滿足現場的安裝尺寸和條件。這樣一些問題你在選用羅茨真空泵時也是必須要考慮的。 第三節 羅茨真空泵的安裝和使用 安全說明 羅茨泵的殼體及連接管道和附件表面的溫度比較高，當人體接觸時可能會造成了嚴重的傷害。 泵不得在拆開進氣口蓋或排氣口蓋的情況下運行。如果要對泵的運動部件進行全方位檢查或維護，務必首先完全切斷和鎖定控制電源設備， 在操作、起吊、安裝、使用及維修設備時必須嚴格按照正確的處理程序進行。 一、安裝場所： 1．羅茨真空泵應安裝在明亮少塵的建筑物內。 2．羅茨線．羅茨真空泵周圍須留充分的余地，便于日常檢查、維護保養、拆卸裝配。 二、基礎工程： 1．羅茨泵可與前級泵等安裝在同一機架上組成機組后再安裝在混凝土基礎上，大型泵必須單獨安裝，澆灌混凝土基礎。 2．根據羅茨真空泵的重量和地基的耐壓力確定混凝土基礎的受壓面積和深度。 3．為了在混凝土中埋進基礎螺栓，混凝土基礎澆灌時必須根據地基孔位置留出充分的空穴。 4．基礎表面做水平。 三、安裝： 1．按底腳孔位置做好木框，將基礎螺栓固定在木框上，放入預留孔中，再在預留孔中澆進混凝土，放置數日，待混凝土硬化后取掉木框。 2.將羅茨真空泵放到基礎上，用水平儀校水平，不平部分用金屬墊片墊硬，旋緊基礎螺栓，用水泥將底面縫隙補滿。 四、管道安裝： 需要注意的幾點在管道安裝過程中如有焊渣及其它異物進入泵內會對羅茨泵和前級泵導致非常嚴重的損害或毀壞，如果出現類似情況務必對管道和泵進行嚴格清理。 1．出氣管道內無任何焊渣、雜質等異物，有足夠的通道能力。 2．羅茨真空泵出口至前級泵進氣口的連接管道中須安裝一段彈性軟管，以減少前級泵的振動對羅茨真空泵的影響。羅茨真空泵與前級泵的連接必須按右圖要求，錯誤的連接會造成管內被泵油或水堵住，影響羅茨真空泵的排氣，輕的使泵性能直線下降，前級管路要有足夠的通道能力，否則也會造成前者影響性能，重者使羅茨真空泵過熱故障，因為過細、過長的前級管路使通道能力降低，使羅茨真空泵排出壓力升高，壓縮比增大而前級泵卻發揮不出原有的抽氣作用。 3．為縮短預抽時間,在一般的系統中，前級泵的進氣口除與羅茨真空泵出口連接外，還可安裝旁通預抽管道及閥門。 4．為避免前級泵停止時的返油或返水（前級泵采用水環真空泵時），在前級泵的進口管道上應安裝放氣閥或逆止閥。 5.管道連接法蘭處用O型橡膠密封圈密封，并涂上真空脂，整個真空系統須密封不漏。 五、電氣設施安裝： 1) 羅茨真空泵只能在規定的入口壓力范圍內工作，當前級泵停止工作前，羅茨真空泵必須停止工作，因此，電器設備一定要有互鎖及必要的自動保護。 2) 電動機的接線必須使泵的轉向符合箭頭所指方向。 3) 小泵可直接起動，大泵須裝設降壓起動器。 六、使用說明 1， 起動前的準備工作： 1) 打開冷卻水進水閥（如配有冷卻器），檢查冷卻水是否暢通。 2) 在泵工作時，齒輪箱及軸承箱內的潤滑油的油位，須在油窗直徑的3/4高度，潤滑油用1號（粘度
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