羅茨鼓風(fēng)機(jī)的基本原理

1、羅茨鼓風(fēng)機(jī)的基本原理2.1羅茨鼓風(fēng)機(jī)原理及工作過程羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)為容積式風(fēng)機(jī)，輸送的風(fēng)量與轉(zhuǎn)數(shù)成比例，二葉型葉輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一次由1個(gè)葉輪進(jìn)行1次吸、排氣。風(fēng)機(jī)2根軸上的葉輪與橢圓形殼體內(nèi)孔面,葉輪端面和風(fēng)機(jī)前后端蓋之間及風(fēng)機(jī)葉輪之間者始終保持微小的間隙，在同步齒輪的帶動(dòng)下風(fēng)從風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口沿殼體內(nèi)壁輸送到排出的一側(cè)。風(fēng)機(jī)內(nèi)腔不需要潤(rùn)滑油,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),性能穩(wěn)定,適應(yīng)多種用途,已運(yùn)用于廣泛的領(lǐng)域。作為風(fēng)機(jī)核心部件的葉輪轉(zhuǎn)子，其發(fā)展趨勢(shì)在很大程度上決定了風(fēng)機(jī)的發(fā)展。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的加工精度直接影響風(fēng)機(jī)的使用性能；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子加工過程中中心不對(duì)稱直接影響風(fēng)機(jī)的使用壽命；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子加工表面質(zhì)量和轉(zhuǎn)子輪廓曲面質(zhì)量直接

2、影響風(fēng)機(jī)工作噪聲。羅茨風(fēng)機(jī)分臥式和立式兩種。臥式羅茨風(fēng)機(jī),它由兩個(gè)漸開腰形轉(zhuǎn)子（空心或?qū)嵭模㈤L(zhǎng)圓形機(jī)殼、兩根平行軸組成。機(jī)殼可分為帶有水冷、氣冷和不設(shè)冷卻裝置三類。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是在兩軸的同端裝有式樣和大小完全相同的、且互相嚙合的兩個(gè)齒輪，使主動(dòng)軸直接與電動(dòng)機(jī)相連,并通過齒輪帶動(dòng)使從動(dòng)軸作相反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周,能排擠出兩倍陰影體積的空氣，因而主動(dòng)軸每旋轉(zhuǎn)一周就排擠出4倍陰影體積的空氣。羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口合理的布置應(yīng)為：上端進(jìn)風(fēng)下端排風(fēng)（對(duì)臥式而言），這樣可以利用高壓氣體抵銷一部分轉(zhuǎn)子與軸的重力，降低軸承壓力，減少磨損。羅茨風(fēng)機(jī)的理論風(fēng)量為q4A0nL，式中A0為轉(zhuǎn)子在垂直位置時(shí)與機(jī)殼內(nèi)壁

3、所包圍的面積,計(jì)算中近似取它等于轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)所描繪的面積D2/4的2221/3,A0=l/3xD/4=D/12。因而，得出理論風(fēng)量為qv=4x（Ld）2/12=1/3DLn。由于轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)于間、轉(zhuǎn)子與機(jī)殼間有縫隙存在,空氣將會(huì)漏回至吸風(fēng)側(cè),因而2實(shí)際輸氣量小于理論風(fēng)量,即qqD2nL/3vtvvvD腰形轉(zhuǎn)子直徑即轉(zhuǎn)子兩頂點(diǎn)間距離，mm；L腰形轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度，mm;n轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)，rpm;容積效率,一般=0.75-0.85。vv從理論分析可知，只要電動(dòng)機(jī)能帶及動(dòng)，鼓風(fēng)機(jī)就可在任何壓強(qiáng)下工作。但是，如出風(fēng)口與進(jìn)風(fēng)口壓強(qiáng)相差過大，就會(huì)有大量空氣經(jīng)間隙漏回至進(jìn)口，導(dǎo)致羅茨鼓風(fēng)機(jī)效率降低；同時(shí)，轉(zhuǎn)速過高，也可能引起機(jī)

4、器振動(dòng)而縮短壽命，故出風(fēng)口壓強(qiáng)不宜過高。國(guó)產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的靜壓在19620207910Pa之間，風(fēng)量在0.25-250m37min（在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），一般轉(zhuǎn)速有580、730、960及1450r/pm。取鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口斷面，列出包含有羅茨鼓風(fēng)機(jī)機(jī)械能的方程，就可得出能量與氣體熱力學(xué)過程有關(guān)。1.羅茨鼓風(fēng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)1）正常情況下，壓力的變化對(duì)風(fēng)量影響很小，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，因此，羅茨風(fēng)機(jī)基本屬于定容；2）吸氣和排氣時(shí)無(wú)脈動(dòng)，不需要緩沖氣罐；3）占地面積小，便于布置和安裝；4）轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與殼體之間保留有0.20.5mm勺間隙，不存在摩擦現(xiàn)象，允許氣流含有一定粉塵；5）與水力噴射泵及水環(huán)式真空泵

5、相比，不存在“排氣帶水”問題；6）運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，耐用。2.羅茨鼓風(fēng)機(jī)的缺陷1）噪聲大，進(jìn)、出口需裝設(shè)消聲器；2）在高真空工況下，葉片間隙漏風(fēng)加劇，使輸送量下降，易造成堵管。兩葉羅茨風(fēng)機(jī)的工作原理圖21三葉羅茨風(fēng)機(jī)的工作原理222預(yù)進(jìn)氣原理預(yù)進(jìn)氣壓縮方法，主要是為改善鼓風(fēng)機(jī)的回流沖擊特性提出來(lái)的。如圖2-3所示，在基元容積由進(jìn)氣口向排氣口移動(dòng)的過程中，通過開在機(jī)殼或墻板上的導(dǎo)氣孔口，向其內(nèi)部預(yù)先導(dǎo)人高壓氣體，以便在基元容積與排氣口連通之前，使其內(nèi)部壓力逐漸與排氣口的壓力達(dá)到平衡（或接近平衡）。與傳統(tǒng)的壓縮情形相比，導(dǎo)人預(yù)進(jìn)氣后，排氣口的回流沖擊強(qiáng)度大為減弱，鼓風(fēng)機(jī)的氣體動(dòng)力性噪聲得以降低。

6、圖23預(yù)進(jìn)氣原理示意圖實(shí)際應(yīng)用中，通常從鼓風(fēng)機(jī)的排氣口引回一部分氣體，作為高壓預(yù)進(jìn)氣導(dǎo)人機(jī)殼。如果將排氣口的高溫氣體冷卻之后再導(dǎo)人基元容積，則不僅可以減緩排氣口的回流沖擊，而且還能降低鼓風(fēng)機(jī)的排氣溫度，這種降低排氣溫度的方法稱為逆流冷卻。3分類、特點(diǎn)及應(yīng)用.分類方式由于工作方式不同,羅茨鼓風(fēng)機(jī)（真空泵）有單級(jí)與雙級(jí)、干式與濕式之分。單級(jí)與雙級(jí)。只有一個(gè)壓縮級(jí)的鼓風(fēng)機(jī)（真空泵），稱為單級(jí)鼓風(fēng)機(jī)（真空泵）。將兩臺(tái)單級(jí)鼓風(fēng)機(jī)（真空泵）串聯(lián)起來(lái),對(duì)氣體連續(xù)進(jìn)行兩次壓縮，即為雙級(jí)鼓風(fēng)機(jī)（真空泵）。干式與濕式。鼓風(fēng)機(jī)一般作干式輸送，真空泵有干式和濕式兩種情況。所謂濕式真空泵，就是從泵的進(jìn)氣口向機(jī)殼內(nèi)注人少

7、量的水,通過水分與氣體混合,吸收氣體壓縮過程中產(chǎn)生的熱量;同時(shí)利用水對(duì)機(jī)殼內(nèi)部間隙進(jìn)行密封，減少氣體經(jīng)過間隙的泄漏。因此，注入的水既稱冷卻水,又稱密封水。此外,還有下列各種分類方法:按葉輪頭數(shù)分,有兩葉鼓風(fēng)機(jī)和三葉鼓風(fēng)機(jī)。按密封型式分，有迷宮密封、漲圈密封、填料密封和機(jī)械密封等各種型式的鼓風(fēng)機(jī)。按冷卻方式分,有空冷鼓風(fēng)機(jī)、水冷鼓風(fēng)機(jī)和逆流冷卻鼓風(fēng)機(jī)等。按結(jié)構(gòu)型式分,有立式鼓風(fēng)機(jī)、臥式鼓風(fēng)機(jī)、豎軸式鼓風(fēng)機(jī)、密集成組型風(fēng)機(jī)等。按傳動(dòng)方式分,有直聯(lián)鼓風(fēng)機(jī)、帶聯(lián)鼓風(fēng)機(jī)等。按介質(zhì)種類分,有空氣鼓風(fēng)機(jī)、煤氣鼓風(fēng)機(jī)、氫氣鼓風(fēng)機(jī)、二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)等。還可按用途分,如立窯鼓風(fēng)機(jī)、氣化鼓風(fēng)機(jī)、曝氣鼓風(fēng)機(jī)等。主要特點(diǎn)

8、與其他類型的氣體壓縮機(jī)械比較,羅茨鼓風(fēng)機(jī)具有下述特點(diǎn):由于是容積式鼓風(fēng)機(jī)，因而具有強(qiáng)制輸氣特征。在轉(zhuǎn)速一定的條件下，流量也一定（隨壓力的變化很小）。即使在小流量區(qū)域，也不會(huì)像離心式鼓風(fēng)機(jī)那樣發(fā)生喘振現(xiàn)象，具有比較穩(wěn)定的工作特性。（2）作為回轉(zhuǎn)式機(jī)械，沒有往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，沒有氣閥，易損件少，因此使用壽命長(zhǎng)，并且動(dòng)平衡性好,能以較高的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，不需要重型基礎(chǔ)。運(yùn)轉(zhuǎn)一周有多次吸、排氣，相對(duì)于活塞式壓縮機(jī)而言，氣流速度比較均勻，不必設(shè)置儲(chǔ)氣罐。（3）葉輪之間、葉輪與機(jī)殼及墻板之間具有間隙,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不像螺桿式和滑片式壓縮機(jī)那樣需要注油潤(rùn)滑,因此可以保證輸送的氣體不含油，也不需要使用氣一油分離器等輔助設(shè)備。由

9、于存在間隙及沒有氣閥，輸送含粉塵或帶液滴的氣體時(shí)也比較安全。（4）無(wú)內(nèi)壓縮過程，理論上比那些有內(nèi)壓縮過程的鼓風(fēng)機(jī)要多耗壓縮功。但除同步齒輪和軸承外，不存在其他的機(jī)械摩擦，因此機(jī)械效率高。特別是大型羅茨鼓風(fēng)機(jī)，容積效率高，絕熱效率也比較高。止匕外，羅茨鼓風(fēng)機(jī)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、操作方便、維修周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：無(wú)內(nèi)壓縮過程，絕熱效率較高（小機(jī)型偏低）；由于間隙的存在，造成氣體泄漏，且泄漏流量隨升壓或壓力比增大而增加，因而限制了鼓風(fēng)機(jī)向高壓方向的發(fā)展；由于進(jìn)、排氣脈動(dòng)和回流沖擊的影響，氣體動(dòng)力性噪聲較大。3.應(yīng)用范圍作為一種典型的氣體增壓與輸送機(jī)械，羅茨鼓風(fēng)機(jī)在其特定壓力區(qū)域內(nèi)具有廣泛的

10、適用特性。其流量通常為0.5-80m3/min,單級(jí)工作壓力為53.398kPa。雙級(jí)串聯(lián)時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)正壓可達(dá)196kPa,真空泵負(fù)壓可達(dá)80kPa。采用逆流冷卻時(shí)，單級(jí)正壓可達(dá)156.8kPa,負(fù)壓可達(dá)78.4kPa。以長(zhǎng)沙鼓風(fēng)機(jī)廠1999年的產(chǎn)品型譜為例，圖24示出了羅茨鼓風(fēng)機(jī)和真空泵的性能范圍。K7Hl-11124,1$3流掠：/*】田門1圖2 4羅茨鼓風(fēng)機(jī)（真空泵）的性能范圍A.單級(jí)鼓風(fēng)機(jī)；B .單級(jí)（逆流冷卻）鼓風(fēng)機(jī)；C.雙級(jí)鼓風(fēng)機(jī)；D.單級(jí)干式真空泵;E.單級(jí)干式（逆流冷卻）真空泵；F.單級(jí)濕式真空泵；G.雙級(jí)濕式真空泵。就應(yīng)用而言,羅茨鼓風(fēng)機(jī)大多作空氣鼓風(fēng)機(jī)使用，其用途遍布建材、電

11、力、冶煉、化工與石油化工、礦山、港口、輕紡、郵電、食品、造紙、水產(chǎn)養(yǎng)殖和污水處理等許多領(lǐng)域。采用氣密性好的密封裝置時(shí)，也可用來(lái)輸送空氣之外的氣體,如氫氣、氧氣、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、二氧化硫、甲烷、乙炔、煤氣等。另外,在醫(yī)藥、食品、化工和石油化工等部門，羅茨鼓風(fēng)機(jī)通常用作各種低壓氣力輸送系統(tǒng)的氣源機(jī)械。2.4羅茨鼓風(fēng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)鼓風(fēng)機(jī)的主要零部件有機(jī)殼、墻板、轉(zhuǎn)子、同步齒輪、軸承及密封件等。.機(jī)殼機(jī)殼為截面呈橢圓形的缸體,一般由高強(qiáng)度鑄鐵制成,輸送腐蝕性氣體時(shí)可采用不銹鋼制造。缸體上設(shè)有進(jìn)、排氣孔口，外部鑄有加強(qiáng)筋和安裝腳,大多為整體結(jié)構(gòu)。也有些大尺寸機(jī)殼采用水平中分結(jié)構(gòu),上、下殼體之間采

12、用銷釘定位。.墻板在機(jī)殼與主、副油箱之間設(shè)有墻板。其作用一是作為端蓋,將機(jī)殼兩端封閉起來(lái);二是作為支座，將轉(zhuǎn)子兩端支承起來(lái)。靠近軸伸端的稱為前墻板，另一端的稱為后墻板。有的墻板上配有側(cè)板,裝配時(shí)將側(cè)板嵌人機(jī)殼端口,可滿足轉(zhuǎn)子徑向定位的要求;工作時(shí)即使發(fā)生磨損，也只需要更換側(cè)板,而不至于讓整塊墻板報(bào)廢。墻板一般為高強(qiáng)度鑄鐵制件。輸送腐蝕性氣體時(shí)，通常與機(jī)殼一樣，采用不銹鋼制造。.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子通常由葉輪與軸經(jīng)熱套或冷壓結(jié)合而成，有主動(dòng)與從動(dòng)之分。軸為優(yōu)質(zhì)碳素鋼或高強(qiáng)度合金鋼制件,從動(dòng)軸相對(duì)較短。葉輪一般為高強(qiáng)度鑄鐵制件，必要時(shí)采用不銹鋼制造。小型轉(zhuǎn)子也可將葉輪與軸做成一個(gè)整體,采用高強(qiáng)度球墨鑄鐵鑄造。

13、為減輕重量,往往將葉輪頭部做成空心結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子按葉輪頭數(shù)有兩葉與三葉之分，按葉輪形狀有直葉與扭曲葉片之分。兩葉轉(zhuǎn)子均為直葉，三葉轉(zhuǎn)子有直葉和扭曲葉片兩種形狀。就聲學(xué)性能而言，三葉優(yōu)于兩葉,扭曲葉片優(yōu)于直葉。但因加工條件所限,實(shí)際應(yīng)用中以直葉轉(zhuǎn)子居多。葉輪橫斷面的圖形稱為葉型，其輪廓線稱為型線。型線由一組特定曲線組合而成,通常按其中某段曲線的名稱給葉型命名。以兩葉轉(zhuǎn)子為例，圓弧線葉型、漸開線葉型及擺線葉型等常用葉型的型線特征。.同步齒輪同步齒輪的作用，一是傳遞動(dòng)力,二是確定兩葉輪間的間隙，保證兩轉(zhuǎn)子同步運(yùn)轉(zhuǎn)。主、從動(dòng)齒輪具有相同的嚙合參數(shù)，是一對(duì)傳動(dòng)比等于1:1的圓柱齒輪。為了便于周向調(diào)整,從動(dòng)齒

14、輪大多由齒圈與輪轂組合而成。調(diào)整時(shí),應(yīng)按規(guī)定的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪側(cè)隙將空置到齒槽的另一側(cè)去,主、從動(dòng)葉輪之間的間隙將隨之發(fā)生變化。齒輪有直齒、斜齒及人字齒等幾種齒型，材料一般為優(yōu)質(zhì)碳素鋼或高強(qiáng)度合金鋼。齒輪與軸、齒圈與輪毅之間為圓柱配合或錐度配合。采用圓柱配合時(shí)，在配合面間裝有起固定作用的平鍵。.軸承就承載而言,主要是徑向載荷。當(dāng)同步齒輪為直齒或人字齒時(shí),不存在軸向力;采用斜齒輪時(shí),會(huì)產(chǎn)生一定的軸向力，但載荷較小。常用軸承,有深溝球軸承、調(diào)心滾子軸承、角接觸球軸承及圓柱滾子軸承等型式。圓柱滾子軸承大多作承載軸承使用,其他幾種軸承既可承載，也可對(duì)轉(zhuǎn)子起軸向定位作用。,密封密封的目的,主要是防止氣體和潤(rùn)滑油泄漏。密封的好壞,在一定程度上能反映產(chǎn)品設(shè)計(jì)制