羅茨泵轉(zhuǎn)子間隙的分配

2009-08-10 楊乃恒東北大學(xué)

　　由于羅茨泵腔內(nèi)無(wú)油封，所以轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與泵殼（端蓋）之間存在一定的間隙。由于間隙的存在，會(huì)造成出口側(cè)向抽氣腔內(nèi)返流，使容積效率下降。羅茨泵的實(shí)際抽速要低于理論抽速。即：

S=S_th-ΔS

　　其中ΔS包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容，即

ΔS=ΔS_F+ΔS_SP+ΔS_L+ΔS_D

式中 ΔS_F為充填損失，在抽氣過(guò)程進(jìn)行得非常快的時(shí)候，被抽氣體來(lái)不及充填吸氣腔，造成吸氣腔內(nèi)氣體密度降低，使抽速降低。

　　ΔS_SP為間隙損失，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子的間隙由排氣腔向吸入腔返流的氣流量。

　　ΔS_L為漏氣損失，由于泵體漏氣和軸端漏氣，有一定漏量進(jìn)入泵的吸氣腔，而使抽速下降。

　　ΔS_D為吸附損失。由于在排氣側(cè)轉(zhuǎn)子表面吸附氣體轉(zhuǎn)到吸氣側(cè)表面氣體解吸或潤(rùn)滑油蒸發(fā)進(jìn)入泵腔，而引起抽速下降。

　　這些損失之和構(gòu)成抽氣損失ΔS。其中每一項(xiàng)在ΔS中所占的比例與泵的結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)有關(guān)，特別是與吸入壓力和排氣壓力有關(guān)。在整個(gè)工作壓力范圍內(nèi)ΔS_F和ΔS_SP對(duì)抽速有所影響。然而ΔS_L和ΔS_D，在低壓力范圍內(nèi)才有意義。測(cè)量指出在10^-1Torr時(shí)，ΔS_L+ΔS_D之和在數(shù)量級(jí)上不超過(guò)理論抽速的1‰。因此這兩項(xiàng)可以忽略。

　　對(duì)于ΔS_F來(lái)說(shuō)，在吸氣過(guò)程中，由吸入口流進(jìn)吸氣腔的氣體量Q有最大理論值。

Q_th=V_Oρ_s

　　_{對(duì)于快速的吸氣過(guò)程，被抽氣體的密度}ρ_{s,由于壓差的損失而減小到}ρ_s'。因此ρ_s'=ρ_s-Δρ_{s，從而和}Q_{th相比流入的氣體量減少}ΔQ。

　　一般轉(zhuǎn)子的圓周速度u在50m/s以下，經(jīng)實(shí)測(cè)其壓差損失相對(duì)值（對(duì)27℃空氣）：

　　在u=50m/s時(shí) ΔP_s/P_s=6.4E-3

　　在u=30m/s時(shí) ΔP_s/P_s=2.4E-3

　　在u=10m/s時(shí) ΔP_s/P_s=0.28E-3

　　由此可見(jiàn)，u值越高，則ΔP_s/P_s就越大，即ΔS_F/S_th值也越大。

　　在通常的圓周速度下工作ΔS_F/S_th是很小的，故ΔS_F和S_th相比只占6‰，故可以忽略不計(jì)。

　　這樣一來(lái)，總的抽速損失ΔS，實(shí)際上只是由間隙返流損失ΔS_sp來(lái)決定的。ΔS_sp是通過(guò)一組間隙（圓周間隙、轉(zhuǎn)子間隙和端面間隙）的損失之和。

　　間隙損失的大小除與轉(zhuǎn)數(shù)、兩側(cè)的壓力及溫度有關(guān)外，還與間隙的尺寸有關(guān)，一般間隙尺寸是很小的如表2和表3所示。

　　從表2可以看出：在位置1-6處，轉(zhuǎn)子與泵體的徑向間隙，測(cè)量的范圍在0.02mm之間。在7-10及15-18位置處，在轉(zhuǎn)子水平和垂直位置時(shí)軸承游動(dòng)端的公差相同。而在11-14及19-22位置為軸承固定端的水平和垂直位置的公差范圍相同，其值小于游動(dòng)端的公差，23-38位置間隙是均勻的，各點(diǎn)位置均處在相同范圍之內(nèi)。

　　羅茨泵的各間隙公差帶可以參考表3數(shù)值。值得注意的是對(duì)傳動(dòng)齒輪的側(cè)隙也有公差要求，因?yàn)樗鼤?huì)影響兩個(gè)轉(zhuǎn)子的相位差。