罗茨鼓风机的基本原理

  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，结构相对比较简单，运转平稳，稳定性很高，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，其发展的新趋势 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； 风机转子工艺流程中中心不对称直接影响风机的常规使用的寿命；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)，这样做才能够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 q  4 A0 nL ， 式中 A0 为转子在垂直位置时与机壳内

  鼓风机的主要零部件有机壳、墙板、转子、同步齿轮、轴承及密封件等。 1.机壳 机壳为截面呈椭圆形的缸体，一般由高强度铸铁制成，输送腐蚀性气体时可 采取不锈钢制造。缸体上设有进、排气孔口，外部铸有加强筋和安装脚，大多为 整体结构。 也有些大尺寸机壳采用水平中分结构， 上、 下壳体之间采用销钉定位。 2.墙板 在机壳与主、副油箱之间设有墙板。其作用一是作为端盖，将机壳两端封闭 起来;二是作为支座，将转子两端支承起来。靠近轴伸端的称为前墙板，另一端 的称为后墙板。有的墙板上配有侧板，装配时将侧板嵌人机壳端口，可满足转子 径向定位的要求;工作时即使发生磨损，也只要换掉侧板，而不至于让整块墙 板报废。墙板一般为高强度铸铁制件。输送腐蚀性气体时，通常与机壳一样，采 用不锈钢制造。 3.转子 转子通常由叶轮与轴经热套或冷压结合而成，有主动与从动之分。轴为优质 碳素钢或高强度合金钢制件，从动轴相对较短。叶轮一般为高强度铸铁制件，必 要时采取不锈钢制造。 小型转子也可将叶轮与轴做成一个整体，采取高强度球墨 铸铁铸造。为减轻重量，往往将叶轮头部做成空心结构。 转子按叶轮头数有两叶与三叶之分，按叶轮形状有直叶与扭曲叶片之分。两 叶转子均为直叶，三叶转子有直叶和扭曲叶片两种形状。就声学性能而言，三叶 优于两叶， 扭曲叶片优于直叶。 但因加工条件所限， 实际应用中以直叶转子居多。 叶轮横断面的图形称为叶型，其轮廓线 罗茨鼓风机(真空泵)的性能范围 A.单级鼓风机;B.单级(逆流冷却)鼓风机;C.双级鼓风机;D.单级干式真空泵; E.单级干式(逆流冷却)真空泵;F.单级湿式真空泵;G.双级湿式真空泵。

  就应用而言，罗茨鼓风机大多作空气鼓风机使用，其用途遍布建材、电力、 冶炼、化工与石油化学工业、矿山、港口、轻纺、邮电、食品、造纸、水产养殖和污 水处理等许多领域。 采用气密性好的密封装置时， 也可用来输送空气之外的气体， 如氢气、氧气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、二氧化硫、甲烷、乙炔、煤气等。 另外，在医药、食品、化工和石油化学工业等部门，罗茨鼓风机通常用作各种低压气 力输送系统的气源机械。

  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，则不但可以减缓排气 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。

  1.分类方式 由于工作方法不一样，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(线)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.主要特征 与别的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，具有较为稳定的工作特性。 (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， 因此能保证输送的气体不含油，也不需要用气 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。

  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  3， A0 ＝l／3 x

  ／12＝1／3  D L n 。 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 q  

  (4)无内压缩过程，理论上比那些有内压缩过程的鼓风机要多耗压缩功。但 除同步齿轮和轴承外，不存在别的的机械摩擦，因此机械效率高。特别是大型罗 茨鼓风机，容积效率高，绝热效率也比较高。 此外，罗茨鼓风机还具有结构相对比较简单、制造容易、操作便捷、维修周期长等优 点。 其缺点是:①无内压缩过程， 绝热效率较高(小机型偏低);②由于间隙的存在， 造成气体泄漏， 且泄漏流量随升压或压力比增大而增加，因而限制了鼓风机向高 压方向的发展;③由于进、排气脉动和回流冲击的影响，气体动力性噪声较大。 3.应用场景范围 作为一种典型的气体增压与输送机械， 罗茨鼓风机在其特定压力区域内具有 广泛的适用特性。其流量通常为 0. 5 - 80 m /min，单级工作所承受的压力为 53.3— 98kPa。双级串联时，鼓风机正压可达 196kPa，线kPa。采用逆 流冷却时，单级正压可达 156.8kPa，负压可达 78.4kPa。以长沙鼓风机厂 1999 年的产品型谱为例，图 2 一 4 示出了罗茨鼓风机和真空泵的性能范围。

  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。

  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；

  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，也可能会导致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)一般的情况下，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。

  而成，通常按其中某段曲线的名称给叶型命名。以两叶转子为例，圆弧线叶型、 渐开线叶型及摆线叶型等常用叶型的型线.同步齿轮 同步齿轮的作用，一是传递动力，二是确定两叶轮间的间隙，保证两转子同 步运转。 主、 从动齿轮具有相同的啮合参数， 是一对传动比等于 1:1 的圆柱齿轮。 为便于周向调整，从动齿轮大多由齿圈与轮毂组合而成。调整时，应按规定的 旋转方向进行旋转。反向旋转时，齿轮侧隙将空置到齿槽的另一侧去，主、从动 叶轮之间的间隙将随之发生明显的变化。 齿轮有直齿、 斜齿及人字齿等几种齿型，材料一般为优质碳素钢或高强度合 金钢。齿轮与轴、齿圈与轮毅之间为圆柱配合或锥度配合。采用圆柱配合时，在 配合面间装有起固定作用的平键。 5.轴承 就承载而言，主要是径向载荷。当同步齿轮为直齿或人字齿时，不存在轴向 力;采用斜齿轮时，会产生一定的轴向力，但载荷较小。常用轴承，有深沟球轴 承、调心滚子轴承、角接触球轴承及圆柱滚子轴承等型式。圆柱滚子轴承大多作 承载轴承使用，其他几种轴承既可承载，也可对转子起轴向定位作用。 6，密封 密封的目的，主要是防止气体和润滑油泄漏。密封的好坏，在某些特定的程度上能 反映产品设计制造水平的高低和使用性能的优劣。尤其是在输送易燃、易爆或有 毒气体时，密封是关系到鼓风机能否安全运作的重要的条件。 密封分为两大类。一类是固定部位的密封，如墙板与机壳之间、墙板与油箱 之间以及轴承压盖与轴承座之间的密封， 称为静密封;另一类是运动部位的密封， 如轴端部位、轴承座尾部及轴伸部位的密封，称为动密封(或轴密封)。静密封结 构简单，一般为橡胶石棉板、O 形密封圈等。轴密封结构较为复杂，常用的有迷 宫密封、骨架油封组、涨圈密封、填料密封和机械密封等型式。