真空获得设备

的工作原理。在罗茨真空泵中，两个同步反向旋转的转子 (4) 在壳体中非接触旋转 （图 4.16）。 该转子具有 8 字形结构， 且相互之间以及与转子之间由窄间隙分离开来。 其工作原理 类似于具有双齿齿轮的齿轮泵，该泵将气体从入口 (3) 送到 泵出口 (12)。一个轴由电机 (1) 驱动。另一轴通过齿轮箱中 的一对齿轮 (6) 同步转动。润滑仅限于两个轴承和齿轮箱， 它们通过具有压缩环的迷宫密封 (5) 与吸入室 (8) 密封开来。 由于吸入室中无摩擦，罗茨真空泵可在高转速 (1,500 – 3,000 rpm ) 下操作。无往复运动质量还能提供无故障的动态平衡， 这意味着，罗茨真空泵尽管其具有高转速，但运转极其安 静。

设计

转子轴轴承安排在两个侧盖中。它们在一侧被设计为固定轴 承，在另一侧被设计为可动(松动)轴承， 以对应壳体和转 子之间不平衡热膨胀。通过飞溅圆盘将油甩到轴承和齿轮中 进行润滑。 标准版本上驱动轴外端浸入密封油中、 FPM 径向 轴密封环密封。为保护轴，密封环在保护套内， 该保护套在 磨损后可更换。 如果与外部之间需要进行严密密封，泵还可 通过永磁体耦合方式驱动。 该设计泄漏率 QIQI 小于 10 ^-6 Pa m³ s^-1

前级泵

单级或双级旋片泵或外部叶片泵用作油润滑前级泵。螺杆泵 或多级罗茨泵可用作干式前级泵。诸如此类的泵组合可用于 在低、中真空范围内要求高抽速的所有应用。液环泵也可用 作前级泵。

气体循环冷却罗茨泵

为使罗茨真空泵在大气压下工作，有些型号是气冷的且没有 溢流阀(图 4.17)。在这种情况下，从出口法兰 (6) 流经冷 却器 (7) 的气体被允许再次进入吸入室 (4) 。 这种人为产生的 气体流量使泵冷却，使其能够对着大气压压缩。 通过罗茨转 子控制气体的进入，因而无需任何额外的阀。 即使在极限压 力下操作时，也没有热超载的可能性。

图 4.17 显示了气体循环冷却罗茨真空泵的横截面。气体流动 方向自上而下是垂直的，从而使液体或固体粒子夹带在入口流 中向下流动。在第一阶段中，吸入室 (3) 通过转子 (1)和 (2) 的 旋转打开。气体通过入口法兰 (5) 流入吸入室， 压力为 p₁。 在 第二阶段中，吸入室 (3) 沿着入口法兰和压力法兰方向被封 住。冷却气体的入口开口 (4) 通过第三阶段的转子旋转而被打 开。气体充入吸入室 (3) 达到出口压力 p2p2，并且气体被推向压 力法兰。最初，吸入体积并未随着罗茨转子的旋转运动而发生 改变。 气体通过流入的冷却气体进行压缩。罗茨活塞现在继续 旋转(第四阶段)， 且该运动推动现在已经压缩的气体经过冷 却器 (7) 到排出侧(第五阶段)， 压力为 p2p2。

气冷罗茨泵可在 130 至 1,013 hPa 的入口压力范围内使用。 由于吸入室内没有润滑剂，它们不排出任何雾气或污染物。 将两个此类泵串联连接可使极限压力降低至 20 到30 hPa。 当与其他罗茨真空泵组合使用时，极限压力可以降低至中真 空范围。

压缩比受到两方面的不利影响：

• 转子和壳体之间间隙的返流

• 通过转子表面吸附而沉积在出口侧并在转向吸入侧后又重 新解吸的气体。

在出口压力为 10^-2 至 1 hPa 的情况下， 分子流在密封间隙中 占主导地位，由于其低流导， 这导致少量回流。然而，通过 吸附和脱附返回的气体体积与泵送的气体体积相比相对较 高，降低了压缩比。

在 1 至 10 hPa 范围内，K0K0 是最高的， 泵密封间隙在低入口 压力下分子流仍然占主导地位， 因此回流较低。由于通过吸 附的气体输送不是压力的函数， 它远没有通过抽速输送的气 体流量来得重要。

在压力超过 10 hPa 时，间隙中出现层流且间隙流导显著增 加，这导致压缩比下降。这种影响在气冷罗茨泵中特别明 显， 该泵实现的压缩比仅约为K0K0 = 10。

间隙宽度对压缩比具有重大影响。然而，由于转子与壳体不 同的热膨胀，它们不得低于一定的最小值，以避免转子和定 子接触。

由于其低压缩比，罗茨泵必须始终作为泵组合进行操作，用 于产生真空。它们可实现的最终压力将是所选前级泵极限压 力产生的结果。由于存在通过吸附的气体返流，在范围低于 10^-4 hPa 下使用罗茨泵不再可行。具有不同前级泵罗茨泵机 组的抽速和极限压力表现如图 4.19 所示。该曲线清楚地表 明，这种泵组合的抽速上升了 8 倍，其极限压力相对于前级 泵下降了 15 倍。

液环真空泵

液环真空泵是抽出蒸汽的合适解决方案，而此类蒸汽以化学 方式侵蚀和分解前级泵油或具有如此低的蒸气压以致无法避 免前级泵内发生冷凝，尽管有气镇。然而，它们只能实现通 过工作液蒸气压对应的极限压力。如果使用 15°C 的水，液 环真空泵预计的极限压力约为 20 hPa，然而已经在气蚀范围 内工作。气蚀在接近泵极限压力时发生。工作液在进气侧蒸 发， 且蒸汽气泡突然在压力侧破灭。长此以往会破坏泵。通 过供气无气蚀操作的液环泵实现的极限压力约为 25 至 30hPa， 罗茨泵和液环泵组合实现的极限压力约为 1 hPa。 在抽空对环境有害的物质时，液环真空泵不应与淡水一起使 用。 在这种情况下，必须提供封闭的循环系统来使合适的工 作液经过冷却了，以交换压缩热。

使用气体喷射装置的液环真空泵

罗茨真空泵、气体喷射装置和液环真空泵组合实现 0.2 hPa 的极限压力。如果需要实现较低的压力，必须在上游连接附 加的罗茨真空泵。

气体循环冷却罗茨真空泵

由于罗茨真空泵在技术上是干式泵，所以建议无液封吸入室 时使用该泵。

它们的应用包括:

• 萃取和压缩低温恒温器上的氦

• 萃取和压缩 SF₆

• 各种各样工艺中各种气体和蒸汽的清洁回收，如蒸馏

• 抽空分子筛等

• 在闭环系统中抽空和循环有毒物质

• 抽空体积非常大的容器

使用气冷罗茨泵的罗茨机组可配置各种不同的入口特征构 造。 在极端情况下，在 1,000 hPa至 10^-3 hPa 的整个压力 范围内可以实现基本恒定的抽速，且各个泵级可按 2:1 至 3:1 的比率来选择。然而，要实现这一点， 罗茨真空泵必须配备 相应强大的电机，并且必须提供向大气侧的出口阀， 而不是 溢流阀。

螺杆泵

凭借 HeptaDry 螺杆泵，在技术上可提供完整产品线的干式 泵， 其提供抽速范围为 100 至 600 m³ · h^-1。作为独立泵 （也见图 4.4），它们在低、中真空段中涵盖了广泛的压力范 围。 由于其内部压缩，它们可在 0.1 至 1,000 hPa 整个入口 压力范围内以相对低的驱动电力连续进行工作。在与 Okta- Line 罗茨泵组合使用时，甚至可实现 5 · 10^-3 hPa 的极限压 力。

多级罗茨泵

ACP 范围内的多级罗茨泵实现了紧凑型机组，抽速高达 285 m ³ · h^-1。 将 ACP 前级泵与罗茨泵组合使用，可实现最 终压力高达 5 · 10^-3 hPa。

罗茨泵站的腐蚀性气体版本在第 4.6 节中进行了描述。

可提供很多不同版本的罗茨泵：

• 带轴封环和铸铁壳体的标准泵

• 带磁耦合和铸铁壳体的严格密封标准泵(M 系列)

• 带轴封环(G 系列)或磁耦合的气体循环冷却罗茨泵

• 用于潜在爆炸危险环境和爆炸气体排量的罗茨泵 (ATEX 系列)

4.7.3.1 标准泵

标准泵的特征性能数据如表 4.19 所示。这些性能数据也适用 于所有其他系列。最大差压是溢流阀产生的结果。在ATEX 系列中，最大差压小于其他系列，以便满足 ATEX 准则规定 的温度要求。这些泵的壳体由灰铸铁制成，且在100 kPa 的 超压下经过测试。大气侧的密封件包括径向轴密封环。标准 泵的特点是其坚固、紧凑的设计以及高压缩比， 这产生高抽 速的泵组合，即使是使用小型前级泵;从而能够提供短的抽 空时间。垂直的流动方向使该泵对灰尘和液体极不敏感。

4.7.3.2 带磁耦合的标准泵

M 系列可用于对密封有最严格要求且要求最长维修间隔的工 艺。 该系列的大部分与标准系列相同，但是，其特点是额外 的严格密封的磁耦合代替了径向轴密封环。这意味着采用它 在操作中基本无磨损。泵的整体泄漏率小于 1 · 10^-6 Pa · m³ · s^-1。 这排除了油泄漏的可能性，过程气体和环境之间也不存 在任何交换。 M 系列标准泵适合于Table 4.19 中显示的所有 应用。此外， 这些泵还可用于抽吸有毒气体的工业/化学应用 以及超洁净气体应用: 例如，用于半导体行业中的 CVD 和 PVD 工艺或排空预抽/ 传输室以及用于平板显示器的生产。 M 系统可提供的大小范围从 250 m³ · h^-1 到 6,000 m³ · h^-1.

4.7.3.3 防爆泵

ATEX 系列可用于存在潜在爆炸危险环境中的工艺，或用于 排空爆炸气体。

ATEX 系统可提供抽速范围从 500 m³ · h^-1 到 4,000 m³ · h^-1。 它们是 PTFE 密封的且由 GGG 40.3 球墨铸铁制成。它们 符合94/9/EC 类别 3G 组 IIB 温度等级 T3 X 的防爆要求。

一般而言，泵的安全操作需要额外的措施和/或部件，如:启 动和关闭程序、 特殊的前级泵、阻火防止器和压力传感器。 整个系统的设计和操作必须符合相应的防爆法规。

4.7.3.4 气体循环冷却罗茨泵

气体循环冷却罗茨泵可在无前级泵的情况下进行操作。大的 压力范围和非常高的差压是该类型泵的理想操作条件。在高 差压下可连续操作，因为通过压缩加热了的气体在压力侧冷 却并部分反回到吸入室。这使得其在与气体冷却器结合使用 的情况下适合于在大气压下操作。气体循环冷却罗茨泵可提 供从 500 m³ · h^-1 (18.5 kW 驱动电源）一直到 8,000 m³ · h^-1 (200 kW 驱动电源）的抽气能力。

配件用于 OktaLine 系列罗茨泵。

以下各种油可用作润滑剂，用于润滑齿轮和轴承（Table 4.11 ）：

• 矿物油 P3 (0.5l至200l容器)

• 全氟聚醚 F5 (0.5l至50l容器)

• 二酯油 D1 (0.5l至200l容器)

警告:不同类型的油不得混合。泵在交货时就配有这些油类 型中的一种。

由于很多罗茨泵是安装在机组中，所以可根据需要集成以下 配件:

• 电力调节器

• 温度和压力测量仪器

• 压力调节系统

• 热交换器和冷凝器

• 用于室内和室外安装的隔音罩

• 消声器

• 灰尘分离器

• 冲洗装置

• 隔振装置

• 液体分离器

• 齿轮室排空装置

• 密封气体供应装置

测量连接

在多个罗茨泵的情况下，可在泵的入口和压力侧使用测量连 接。 要实现这一点，现有锁紧螺丝可更换成小的 ISO KF 法 兰活接头。 这使得可连接适当的温度传感器和压力传感器， 用于监测泵。

密封气体连接

当抽吸溶剂或反应性气体时，存在润滑剂因气体冷凝而显著 变稀的风险。 反应性气体也可侵蚀齿轮箱的部件。通过允许 密封气体进入工作空间与 齿轮室之间的区域可避免大部分风 险。惰性气体，主要是氮气 (N₂) 用作密封气体。

齿轮室排空装置

当罗茨真空泵站必须在短周期时间(快速抽空)内达到一定 压力的所有工艺情况下，通过油分离器在每个齿轮室内以独 立真空泵的方式抽空罗茨泵的齿轮室是可行的。这防止气体 从齿轮室流出并流入吸入室，从而能够更快地达到所需工作 压力。所需工作压力将决定是否可将齿轮室连接至罗茨泵的 前级真空侧。

冲洗装置

冲洗装置可用于在吸入室有沉积物形成的过程。该装置的设 计可根据具体要求与客户进行单独协调。标准泵的冲洗装置 要求使用密封气体，防止冲洗液体达到轴承或齿轮室。

表面保护

如果要泵送的介质是腐蚀性的，可为与产品接触的部件提供 耐用的表面保护。等离子聚合物薄膜层系统包括一个粘接剂 层、一个防腐蚀保护层和一个非粘性涂层。层的厚度小于 1μm。 根据要求，吸入室可被磷酸化、使用氮排空以及进行 真 空密封， 以便提供短期表面保护，如用于仓储和运输。

密封件

罗茨真空泵出厂配置 FKM 制成的 O 型圈。对于特殊的应 用， 所有的泵都可配置具体的 O 型圈或相应应用要求的密封 件。

普发真空可提供带有油润滑的单级和两级旋片泵以及干式泵 选项的标准罗茨泵。

除标准泵外，普发真空的真空系统还有其他设计的泵(罗茨 泵和涡轮分子泵)。