罗茨鼓风机的基本原理

1、罗茨鼓风机的基本原理2.1罗茨鼓风机原理及工作过程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,结构简单,运转平稳,性能稳定,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；风机转子加工过程中中心不对称直接影响风机的使用寿命；风机转子加工表面质量和转子轮廓曲面质量直接

2、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），这样可以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q4A0nL，式中A0为转子在垂直位置时与机壳内壁

3、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D2/4的2221/3,A0=l/3xD/4=D/12。因而，得出理论风量为qv=4x（Ld）2/12=1/3DLn。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2实际输气量小于理论风量,即qqD2nL/3vtvvvD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;n转子转数，rpm;容积效率,一般=0.75-0.85。vv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，也可能引起机

4、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19620207910Pa之间，风量在0.25-250m37min（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）正常情况下，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0.20.5mm勺间隙，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

5、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。两叶罗茨风机的工作原理图21三叶罗茨风机的工作原理222预进气原理预进气压缩方法，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（或接近平衡）。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。

6、图23预进气原理示意图实际应用中，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，则不仅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。3分类、特点及应用.分类方式由于工作方式不同,罗茨鼓风机（真空泵）有单级与双级、干式与湿式之分。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（真空泵）。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

7、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。主要特点

8、与其他类型的气体压缩机械比较,罗茨鼓风机具有下述特点: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，具有比较稳定的工作特性。（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,因此可以保证输送的气体不含油，也不需要使用气一油分离器等辅助设备。由

9、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。（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，不存在其他的机械摩擦，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。止匕外，罗茨鼓风机还具有结构简单、制造容易、操作方便、维修周期长等优点。其缺点是：无内压缩过程，绝热效率较高（小机型偏低）；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；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

10、适用特性。其流量通常为0.5-80m3/min,单级工作压力为53.398kPa。双级串联时，鼓风机正压可达196kPa,真空泵负压可达80kPa。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24示出了罗茨鼓风机和真空泵的性能范围。K7Hl-11124,1$3流掠：/*】田门1图2 4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

11、力、冶炼、化工与石油化工、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、化工和石油化工等部门，罗茨鼓风机通常用作各种低压气力输送系统的气源机械。2.4罗茨鼓风机基本结构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。.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用不锈钢制造。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

12、用销钉定位。.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，也只需要更换侧板,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。.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，必要时采用不锈钢制造。小型转子也可将叶轮与轴做成一个整体,采用高强度球墨铸铁铸造。

13、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，其轮廓线称为型线。型线由一组特定曲线组合而成,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特征。.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。为了便于周向调整,从动齿

14、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。.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。,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,在一定程度上能反映产品设计制