罗茨泵在真空系统中,一般与前级泵(旋片泵、滑阀泵和水环泵等)串联构成机组,在中真空范围,作为机械增压泵来应用;双级或多级罗茨泵机组可获得高真空;对于干式清洁无油的抽气系统多用气冷式罗茨泵机组;对于含水蒸气的被抽系统,多用湿式罗茨泵。
罗茨泵是一种双转子的容积式真空泵。其抽气过程如图1-7所示,在泵腔内有两个形状对称的转子,形状像鞋底,两个转子彼此朝相反的方向旋转,由轴端齿轮躯动同步转动。气体进入泵体后,随着转子旋转,气体从图1-7中由(a)、(b)、(c)至(d)的运动过程到排气口,被与排气口相连接的前级泵排除。与其他机械泵不同,罗茨泵不能压缩气体,因此,罗茨泵不能单独对大气排气,必须配以前级机械泵同时工作,由前级机械泵将罗茨泵排出的气体抽走。虽然罗茨泵对气体没有压缩,但由于泵腔内无摩擦,转子可高速运转,一般转子转速为3000~4000r/min,且转子与泵壳之间的缝隙很小,仅为0.1mm左右,所以可获得较大的抽速。目前市场上有20~2000L/s系列机组供应。
图1-7 罗茨泵的抽气过程
当前级机械泵工作状况差时,不能将罗茨泵排出的气体及时抽走,会造成罗茨泵排气口压力过高,极限真空变差,此时转子受到的阻力增大,摩擦生热,容易使电机烧毁。为了避免这一现象,在罗茨泵中设有一旁路保护装置,即旁路溢流阀,如图1-8所示。当泵内压力差超过设定的许可压力差ΔP时,旁路溢流阀打开,气体可由溢流阀排出,减轻转子负载。
图1-8 罗茨泵旁路溢流阀结构示意图
(6)蒸汽喷射真空泵
喷射真空泵是靠高压喷射出的流体(气体或液体)流的引射作用而使容器内获得一定真空度的真空获取设备。喷射真空泵主要有水喷射泵和蒸汽喷射泵两种,其中蒸汽喷射泵在真空冶金中用的较多。
蒸汽喷射泵是利用水蒸气通过喷嘴形成的高速射流携带被抽气体,使被抽容器内获得一定真空度的真空泵。蒸汽喷射泵具有结构简单,工作稳定可靠,可以抽出水蒸气、粉尘、易燃易爆气体、有腐蚀性的气体和抽气量大等特点,已广泛应用于冶金、化工、食品、制药等领域。其缺点是能量损失较大,抽气效率较低。
单级泵由拉瓦尔喷嘴、混合室、扩散器等构成,如图1-9所示。喷射泵的工作介质是水蒸气,泵工作时,蒸汽以超声的速度从拉瓦尔喷嘴中喷出,形成高速射流,在混合室中形成低压,将被抽气体吸入。混合气体在混合室中进行能量交换以后,进入扩压器,混合气体减速增压,当压力升高到一定程度后将气体排除。单级泵的压缩比一般为8~10,为了获得更低的工作压力,需要多个喷射泵串联起来构成多级泵同时工作。