羅茨真空泵空氣冷卻的原理
2021-10-12
概要
羅茨真空泵的空氣冷卻。羅茨真空泵通過輸送和壓縮氣體產(chǎn)生熱量，氣體需要從轉(zhuǎn)子傳輸?shù)綒んw。但是，在低壓下，氣體的導(dǎo)熱和對(duì)流性能非常差，因此轉(zhuǎn)子吸收的熱量不易散失，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子溫度始終高于外殼溫度 由于轉(zhuǎn)子的熱膨脹，轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子之間以及轉(zhuǎn)子和泵殼之間的間隙減小，特別是當(dāng)壓差也很高時(shí)，這甚至?xí)?dǎo)致轉(zhuǎn)子卡住并損壞泵。為了使羅茨泵在高差壓下工作，擴(kuò)大使用范圍，提高泵的可靠性，我們需要設(shè)法驅(qū)散轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱
羅茨真空泵的空氣冷卻。羅茨真空泵通過輸送和壓縮氣體產(chǎn)生熱量，氣體需要從轉(zhuǎn)子傳輸?shù)綒んw。但是，在低壓下，氣體的導(dǎo)熱和對(duì)流性能非常差，因此轉(zhuǎn)子吸收的熱量不易散失，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子溫度始終高于外殼溫度
由于轉(zhuǎn)子的熱膨脹，轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子之間以及轉(zhuǎn)子和泵殼之間的間隙減小，特別是當(dāng)壓差也很高時(shí)，這甚至?xí)?dǎo)致轉(zhuǎn)子卡住并損壞泵。為了使羅茨泵在高差壓下工作，擴(kuò)大使用范圍，提高泵的可靠性，我們需要設(shè)法驅(qū)散轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量，即冷卻轉(zhuǎn)子。
了解空氣冷卻的本質(zhì)，首先要看一下羅茨真空泵排氣側(cè)的氣流。羅茨真空泵吸入氣體的壓縮過程不是連續(xù)的，而是突然的。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，吸入的氣體被封閉在空腔中，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，空腔中的氣體突然與排氣口相連。
由于排氣側(cè)的氣體壓力高，排氣口處的氣體會(huì)沖回空腔，然后隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)被驅(qū)動(dòng)出泵。在這個(gè)過程中，兩個(gè)轉(zhuǎn)子在每個(gè)旋轉(zhuǎn)循環(huán)中排氣四次。
從上述氣體流動(dòng)情況可以想象，如果每次反沖到泵室的氣體是冷的，那么大量的熱量可以在高溫泵室中吸收，這些熱吸收氣體在轉(zhuǎn)子的持續(xù)壓縮中排出，從而達(dá)到轉(zhuǎn)子冷卻的目的。
空氣冷卻就是基于上述原理。在泵的排氣口設(shè)置密集的散熱片。冷卻翅片由冷水管冷卻，或冷卻水管直接安裝在泵的排氣口，以冷卻排氣口處的氣體。這種冷卻方法可以有效地消散羅茨泵轉(zhuǎn)子在壓縮氣體中產(chǎn)生的熱量。此外，當(dāng)排氣壓力較高時(shí)，由于氣體分子密度較高，因此導(dǎo)熱性能更好，冷卻效果更好。使用這種方法可以確保泵在高壓差下運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)表明，羅茨泵在30托壓差下運(yùn)行6小時(shí)，轉(zhuǎn)子在殼體中的溫差為22度。當(dāng)在排氣口安裝冷卻器時(shí)，冷卻器在85托壓差下長時(shí)間運(yùn)行，溫差不超過17度。一般來說，羅茨真空泵經(jīng)空氣冷卻后，壓差可增加80托，而無冷卻器時(shí)，壓差只能達(dá)到15~30托。
這種冷卻方式與環(huán)境溫度有關(guān)。當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，吸入氣體的溫度較高。冷卻效果不好。此外，這種方法只能避免高壓差產(chǎn)生的高熱，但不能防止泵在壓縮過程中產(chǎn)生的熱量，導(dǎo)致間隙較小的問題，因此受到泵本身間隙的限制。
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