罗茨真空泵机组抽气速率分析

　　真空罗茨真空泵机组抽气速率分析黄龙林，潘杰（长沙鼓风机厂有限责任公司，湖南长沙410014）根据具体工况条件及真空系统使用要求，力求使罗茨真空泵机组体现好的适用性和经济性罗茨真空泵在真空工程中应用时，一般与前级真空泵如旋片泵、滑阀泵、水环泵或其它直排大气的干式泵等串联构成机组，在中、低真空范围，作为机械增压泵来应用，其工作原理与罗茨鼓风机相同。罗茨真空泵的实际抽气速率除与理论抽气速率、零流量压缩比密切相关外，还受制于前级泵性t能本文就其进行理论说明，以便于罗茨真空泵机组在设计选型上能够合理配置，使罗茨真空泵机组中罗茨泵与前级泵的抽速比选择更具适用性和经济十性1罗茨泵有效流量罗茨泵的有效流量为其理论流量与通过转子各部间隙的泄漏流量之差，即P一一罗茨泵进口压力Sh一一罗茨泵的理论抽速（几何抽速）Q罗茨泵的泄漏流量，Q，=U（Pv-P）Ui?转子各部间隙泄漏流导与转子有害空间的返流流导Pv一一罗茨泵出口压力，当忽略前级管路流阻时，即为前级泵进口压力因此，罗茨泵的有效流量（实际流量）可用下式计算2罗茨泵零流量压缩比根据罗茨泵零流量压缩比K0的定义，即当罗茨泵的有效流量为零时，罗茨泵的进出口压力比即为零流量压缩比因Qe= 0，由（2）式可得出罗茨泵的零流量压缩比主要取决于罗茨泵出口压力，下图为长沙鼓风机厂有限责任公司生产的某一机型罗茨泵零流量压缩比随出口压力的变化曲线当罗茨泵出口压力在100Pa附近时，K0有极大值Pv较大时，泄漏流导增加，Pv较小时，返流流导增加，均致K0值不同程度减小。另外，零流量压缩比与设备制造水平和机型大小有一定程度影响，较小的机型，K0值较低罗茨泵零流量压缩比一般可通过试验测得。

　　3罗茨泵机组有效压缩比与容积效率在真空工程中，罗茨泵作为增压泵使用时多与前级真空泵串联构成机组来使用，当已知前级泵的抽气特性后，罗茨真空泵机组的抽气特性通过简单计算即可获得。

　　若前级泵的拍速为Sv，罗茨泵的抽速为S，罗茨泵的进口温度为T，排气温度为T，根据气体连续性方程，罗茨真空泵机组主泵和前级泵抽气量相等，即有罗茨泵的有效压缩比为罗茨泵进出口压力比，即罗茨泵的理论压缩比Kth为罗茨泵的理论抽速与前级泵的抽速之比，即由（2）（4）（5）式可得将（3）（6）式代入（7）式可得罗茨泵的实际抽速与罗茨泵的理论抽速之比，即为罗茨泵的容积效率Z，也即罗茨真空机组的容积效率。

　　对于罗茨泵温升，因壳体辐射散热的影响，的理论计算难以获得，一般可通过实验和近似计算确定但罗茨泵作为机械增压泵在中高真空领域工作时，压差小，功耗很低，气体通过转子间隙的泄漏流为分子流态，返流低，罗茨泵可获得较高压缩比和容积效率此时，因被压缩气体气量很少，气体温升不高，作为近似计算，如忽略温升的影响，（9）式可简化为相应罗茨泵机组的抽速则可按下式计算根据前级泵的进口压力Pv，罗茨泵在进口压力P下的有效抽速，通过（11）式可变换为下式计算当已知前级泵的抽气速率，此时机组的有效抽速则可按下式计算在某一出口压力下，对于一具体规格的罗茨泵，零流量压缩比K具有确定值，只是不同规格的罗茨泵略有差异，一般小泵较大泵略低从（9）（10）式可知，罗茨机组的效率主要取决于机组中罗茨泵与前级泵的理率有一定程度下降罗茨真空机组理论压缩比越大，气体温升越高，机组容积效率越低，反之则高而且，零流量压缩比越低，机组理论压缩比和温升的影响越大比如，如忽略温升的影响，当Kh=K时，机组容积效率近似为50当Kth为1时，即罗茨泵的理论抽速等于前级泵抽速时，罗茨泵的效率为100，此时，罗茨泵进出口压力相等，泵不起增压作甩所以，为经济运行起见，当罗茨机组在较高真空区运行时，理论压缩比可取较大值，一般罗茨泵与前级泵抽速比选择可在4：1~10：1范围内但应保证罗茨真空机组具有较高的容积效率当罗茨机组在较低真空区运行时，因此时罗茨泵零流量压缩比较低，且气体流动状态为粘滞流，温升较高，受大允许温升限制，机组配置中只能取较小的理论压缩比，一般抽速比选择在2：1左右。当温升过高时，还可以考虑设置级间冷却，以提高机组容积效率。

　　4结束语罗茨真空泵机组的抽速和效率与罗茨泵和前级泵的配比选择以及罗茨泵所处工作压力点有关所以，罗茨真空泵机组中前级泵的配置应根据罗茨泵所处工作压力范围以及工况条件来确定，以选取与主泵和真空系统相适应的前级泵种类和抽速罗茨泵与前级泵的抽速比选择一般均在2：1~10：1范围内，具体取值主要受气体温升和效率影响，并应考虑满足工况要求尽管使用条件千变万化，但合理的配比选择可以保证罗茨真空泵机组具有较好的适用性和经济性