罗茨鼓风机的基本原理

2 罗茨鼓风机的基本原理

2.1罗茨鼓风机原理及工作过程

罗茨鼓风机风机为容积式风机，输送的风量与转数成比例，二叶型叶

轮每转动一次由1个叶轮进行1次吸、排气。风机2根轴上的叶轮与椭圆

形壳体内孔面，叶轮端面和风机前后端盖之间及风机叶轮之间者始终保持

微小的间隙，在同步齿轮的带动下风从风机进风口沿壳体内壁输送到排出

的一侧。风机内腔不需要润滑油，结构简单，运转平稳，性能稳定，适应

多种用途，已运用于广泛的领域。作为风机核心部件的叶轮转子，其发展趋势

在很大程度上决定了风机的发展。风机转子的加工精度直接影响风机的使用性

能；风机转子加工过程中中心不对称直接影响风机的使用寿命；风机转子加工表

面质量和转子轮廓曲面质量直接影响风机工作噪声。

罗茨风机分卧式和立式两种。卧式罗茨风机，它由两个渐开腰形转子(空心

或实心)、长圆形机壳、两根平行轴组成。机壳可分为带有水冷、气冷和不设冷

却装置三类。传动机构是在两轴的同端装有式样和大小完全相同的、且互相啮合

的两个齿轮，使主动轴直接与电动机相连，并通过齿轮带动使从动轴作相反方向

的转动。每个转子旋转一周，能排挤出两倍阴影体积的空气，因而主动轴每旋转

一周就排挤出4倍阴影体积的空气。罗茨风机进、出口合理的布置应为：上端进

风下端排风(对卧式而言)，这样可以利用高压气体抵销一部分转子与轴的重力，

降低轴承压力，减少磨损。

罗茨风机的理论风量为nL A q v

04=，式中A 0为转子在垂直位置时与机壳内壁所包围的面积，计算中近似取它等于转子运动所描绘的面积π

D 2／4的1／3，A 0＝l ／3π

x D 2／4＝D 2π／12。因而，得出理论风量为q v ＝4x (D L 2π)／12＝1／3L D 2πn 。

由于转子与转于间、转子与机壳间有缝隙存在，空气将会漏回至吸风侧，因

而实际输气量小于理论风量，即3/2ξξπv v v vt nL D q q ==

D ——腰形转子直径．即转子两顶点间距离，mm ；

L ——腰形转子的长度，mm ；

n——转子转数，rpm；

ξ

——容积效率，一般ξv=0.75-0.85。

v

从理论分析可知，只要电动机能带及动，鼓风机就可在任何压强下工作。但是，如出风口与进风口压强相差过大，就会有大量空气经间隙漏回至进口，导致罗茨鼓风机效率降低；同时，转速过高，也可能引起机器振动而缩短寿命，故出风口压强不宜过高。国产罗茨鼓风机的静压在19620～207910Pa之间，风量在0．25－250m3／min(在标准状态下)，一般转速有580、730、960及1450r/pm。取鼓风机进、出口断面，列出包含有罗茨鼓风机机械能的方程，就可得出能量与气体热力学过程有关。

1．罗茨鼓风机的优点

1)正常情况下，压力的变化对风量影响很小，风机的转速成正比，因此，罗茨风机基本属于定容；

2)吸气和排气时无脉动，不需要缓冲气罐；

3)占地面积小，便于布置和安装；

4)转子与转子之间、转子与壳体之间保留有0.2-0.5mm的间隙，不存在摩擦现象，允许气流含有一定粉尘；

5)与水力喷射泵及水环式真空泵相比，不存在”排气带水”问题；

6）运行可靠，维护方便，耐用。

2.罗茨鼓风机的缺陷

1)噪声大，进、出口需装设消声器；

2)在高真空工况下，叶片间隙漏风加剧，使输送量下降，易造成堵管。

两叶罗茨风机的工作原理图2—1

三叶罗茨风机的工作原理2—2

2.2预进气原理

预进气压缩方法，主要是为改善鼓风机的回流冲击特性提出来的。如图2——3所示，在基元容积由进气口向排气口移动的过程中，通过开在机壳或墙板上的导气孔口，向其内部预先导人高压气体，以便在基元容积与排气口连通之前，使其内部压力逐渐与排气口的压力达到平衡(或接近平衡)。与传统的压缩情形相比，导人预进气后，排气口的回流冲击强度大为减弱，鼓风机的气体动力性噪声得以降低。

图2一3预进气原理示意图

实际应用中，通常从鼓风机的排气口引回一部分气体，作为高压预进气导人机壳。如果将排气口的高温气体冷却之后再导人基元容积，则不仅可以减缓排气口的回流冲击，而且还能降低鼓风机的排气温度，这种降低排气温度的方法称为逆流冷却。

2.3分类、特点及应用

1.分类方式

由于工作方式不同，罗茨鼓风机(真空泵)有单级与双级、干式与湿式之分。

(1)单级与双级。只有一个压缩级的鼓风机(真空泵)，称为单级鼓风机(真空泵)。将两台单级鼓风机(真空泵)串联起来，对气体连续进行两次压缩，即为双级鼓风机(真空泵)。

(2)干式与湿式。鼓风机一般作干式输送，真空泵有干式和湿式两种情况。所谓湿式真空泵，就是从泵的进气口向机壳内注人少量的水，通过水分与气体混合，吸收气体压缩过程中产生的热量;同时利用水对机壳内部间隙进行密封，减少气体经过间隙的泄漏。因此，注入的水既称冷却水，又称密封水。

此外，还有下列各种分类方法:按叶轮头数分，有两叶鼓风机和三叶鼓风机。按密封型式分，有迷宫密封、涨圈密封、填料密封和机械密封等各种型式的鼓风机。按冷却方式分，有空冷鼓风机、水冷鼓风机和逆流冷却鼓风机等。按结构型式分，有立式鼓风机、卧式鼓风机、竖轴式鼓风机、密集成组型风机等。按传动方式分，有直联鼓风机、带联鼓风机等。按介质种类分，有空气鼓风机、煤气鼓风机、氢气鼓风机、二氧化硫鼓风机等。还可按用途分，如立窑鼓风机、气化鼓风机、曝气鼓风机等。

2.主要特点

与其他类型的气体压缩机械比较，罗茨鼓风机具有下述特点:

(1)由于是容积式鼓风机，因而具有强制输气特征。在转速一定的条件下，流量也一定(随压力的变化很小)。即使在小流量区域，也不会像离心式鼓风机那样发生喘振现象，具有比较稳定的工作特性。

(2)作为回转式机械，没有往复运动机构，没有气阀，易损件少，因此使用寿命长，并且动平衡性好，能以较高的速度运转，不需要重型基础。运转一周有多次吸、排气，相对于活塞式压缩机而言，气流速度比较均匀，不必设置储气罐。

(3)叶轮之间、叶轮与机壳及墙板之间具有间隙，运转时不像螺杆式和滑片式压缩机那样需要注油润滑，因此可以保证输送的气体不含油，也不需要使用气一油分离器等辅助设备。由于存在间隙及没有气阀，输送含粉尘或带液滴的气体时也比较安全。