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罗茨泵是一种无内压缩的真空泵,通常压缩比很低,故高、中真空泵需要前级泵。
靠泵腔内一对叶形转子同步、反向旋转的推压作用来气体而实现抽气的真空泵。
罗茨真空泵是指具有一对同步高速旋转的鞋底形转子的机械真空泵,此泵不可以单独抽气,前级需配油封、水环等可直排大气。
它的结构和工作原理与罗茨鼓风机相似,工作时其吸气口与被抽真空容器或真空系统主抽泵相接。这种真空泵的转子与转子之间、转子与泵壳之间互不接触,间隙一般为0.1~0.8毫米;不需要用油润滑。转子型线有圆弧线、渐开线和摆线等。渐开线转子泵的容积利用率高,加工精度易于保证,故转子型线多用渐开线型。
罗茨泵的真空除取决于泵本身结构和精度外,还取决于前级泵的真空。为了提高泵的真空度,可将罗茨泵串联使用。罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转,被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间v0内,再经排气口排出。由于吸气后v0空间是全封闭状态,所以,在泵腔内气体没有压缩和膨胀。但当转子顶部转过排气口边缘,v0空间与排气侧相通时,由于排气侧气体压强较高,则有一部分气体返冲到空间v0中去,使气体压强突然增 高。当转子继续转动时,气体排出泵外。罗茨泵在泵腔内,有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上,由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转的运动。在转子之间,转子与泵壳内壁之间,保持有一段的间隙,可以实现高转速运行。
罗茨真空泵的特点是: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。这个压力范围恰好处于油封式机械真空泵与扩散泵之间。因此,它常被串联在扩散泵与油封式机械真空泵之间,用来提高中间压力范围的抽气量。这时它又称为机械增压泵。
罗茨油泵的关键零件是转子,而转子的关键是它的型线。通常使用的转子型线有圆弧齿形、渐开线齿形和摆线齿型等。近年来由东北大学提出的“圆弧→渐开线→摆线”型转子型线气阻大,改变了泵在低压下的性能,提高了泵的抽气效率,得到较广泛的应用。相信今后还会出现新好的罗茨泵转子型线,使罗茨泵的工作性能进一步提高。转子横截面的外轮廓线即为转子的型线。泵工作时,转子的表面之间不接触,但转子之间的间隙要保持,这样转子的型线做成共轭曲线。
在实际设计中选用转子型线时,除了要能满足上述运动要求外,还应考虑如下条件:
(1)泵转子的容积利用系数要尽可能大,即转子占的体积要小;
(2)转子应有良好的几何对称性,保证运转平稳、互换性好;
(3)保证转子有足够的强度;
(4)转子应容易加工,易得到较高的精度。
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