本文論述了能效比高、節(jié)能效果顯著的濕式羅茨真空泵的工作和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)新制訂的“濕式羅茨真空泵”標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)基本參數(shù)進(jìn)行了討論和分析，提出了消聲型氣水分離器，它既能消聲又起氣水分離作用，消聲量達(dá)20~30 dB(A)。

　　濕式羅茨真空泵屬于直排大氣的羅茨泵，它的特點(diǎn)是工作中向泵腔內(nèi)注入少量的液體，一方面起冷卻作用，更重要的是起液封作用，提高了泵的容積效率，因此被稱之為濕式羅茨泵。由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抽氣性能良好、節(jié)能效果顯著等優(yōu)異特點(diǎn)，濕式羅茨真空泵不但在國(guó)外早已廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)也已得到普遍應(yīng)用，并且使用范圍和市場(chǎng)需求量在進(jìn)一步擴(kuò)大。

1、概述

　　多年來(lái)由于沒(méi)有統(tǒng)一的濕式羅茨泵標(biāo)準(zhǔn)，不同行業(yè)、不同企業(yè)各行其是，產(chǎn)品規(guī)格品種繁多，性能要求高低不一，考核指標(biāo)不夠完整，既影響了產(chǎn)品質(zhì)量的提高，又給用戶的選用和使用帶來(lái)許多麻煩。原輕工部有一個(gè)QB/T 1444-1992“輕工專用兩葉羅茨真空泵”標(biāo)準(zhǔn)，它的基本參數(shù)如表1 所示。

表1 基本參數(shù)(QB/T 1444-1992)

　　可以看出，上述標(biāo)準(zhǔn)畢竟已有些20 多年沒(méi)有修訂過(guò)，各項(xiàng)性能指標(biāo)也已比較陳舊，尤其是轉(zhuǎn)速特別低，一些泵的配用功率也與實(shí)際功耗有一定距離，更重要是缺少考核泵的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)，定義也不夠明確。如“額定真空度”，不知是基礎(chǔ)壓力還是允許使用壓力或是推薦使用壓力；“額定抽速”是指什么抽速，是泵必須達(dá)到的抽速，還是什么入口壓力下的抽速；轉(zhuǎn)速也太低，只有400~800 r/min，因此真空技術(shù)網(wǎng)(http://m.mp99x.cn/)認(rèn)為泵的體積也必然比較龐大。

　　為了改變這種狀態(tài)，我們認(rèn)真研究了國(guó)外有關(guān)公司濕式羅茨泵的各種資料，對(duì)相關(guān)樣機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)和對(duì)比，結(jié)合國(guó)內(nèi)具體情況，起草了“濕式羅茨真空泵”標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了泵的特征性能指標(biāo)，以規(guī)范泵的設(shè)計(jì)和制造，統(tǒng)一技術(shù)參數(shù)和檢驗(yàn)規(guī)則，為生產(chǎn)、質(zhì)量監(jiān)督、成果鑒定和產(chǎn)品選型提供有效依據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議審查通過(guò)。

2、濕式羅茨真空泵的結(jié)構(gòu)型式和基本參數(shù)

　　濕式羅茨真空泵的結(jié)構(gòu)型式是泵內(nèi)裝有兩個(gè)同步反向旋轉(zhuǎn)的葉形轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子與泵殼內(nèi)壁間有細(xì)小間隙而互不接觸、泵入口充入少量封水的一種變?nèi)菡婵毡谩＾D(zhuǎn)子可以是二葉或三葉型，葉形可以是直葉或者是斜葉。泵的基本參數(shù)如表2所示。

表2 濕式羅茨真空泵的基本參數(shù)

　　濕式羅茨真空泵的轉(zhuǎn)速總的趨向是向高速發(fā)展，因此不宜作過(guò)多的限制，這也有利于將泵的轉(zhuǎn)速作適當(dāng)?shù)奶岣呋蚪档�，以增加抽速的擋次，滿足用戶的需要，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠商幾乎都采用這種方法。

3、濕式羅茨真空泵的使用壓力范圍

　　推薦的使用壓力范圍的原則是：在節(jié)能的前提下，濕式羅茨泵可以長(zhǎng)期和正常工作的壓力范圍。在這個(gè)壓力范圍內(nèi)抽速曲線平緩，并達(dá)到了泵的最大抽速區(qū)域，同時(shí)功率消耗合理，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠(見圖1)。

圖1 抽速—入口壓力、功率—入口壓力曲線

　　單臺(tái)濕式羅茨泵的推薦使用壓力范圍為4×10⁴~1×10⁵ Pa，二臺(tái)濕式羅茨泵串聯(lián)時(shí)的推薦使用壓力范圍為4×10³~4×10⁴ Pa，也可以將三臺(tái)濕式羅茨泵串聯(lián)使用，但這種情況不多。這樣可充分發(fā)揮泵的抽速，而且把功率限制在合適的范圍內(nèi)。從圖1 上可以明顯看出，濕式羅茨泵雙級(jí)串聯(lián)具有抽速范圍廣，節(jié)能效果顯著的優(yōu)勢(shì)，雖然一次性投資大一些，但從節(jié)能的觀點(diǎn)出發(fā)，在很短的時(shí)間內(nèi)又能及時(shí)收回投資，是一種很好的配置方案。

4、濕式羅茨真空泵的最大抽速與規(guī)定壓力(4×10⁴Pa)下的抽速

　　在最大抽速與規(guī)定壓力(4×10⁴ Pa)下的抽速?zèng)Q定以后，就規(guī)定了抽速曲線的走向，也就基本上決定了泵的抽氣性能。這一點(diǎn)非常重要，不但是考核泵質(zhì)量的重要指標(biāo)，也為用戶和設(shè)計(jì)人員對(duì)泵的選型提供了可靠的依據(jù)。抽速是濕式羅茨泵主要的特征性能指標(biāo)之一，它取決于泵相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)零部件之間的間隙和轉(zhuǎn)速。要保證泵的抽氣性能，首先要控制好轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與泵體之間、轉(zhuǎn)子與側(cè)蓋之間的間隙。轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間的間隙取決于轉(zhuǎn)子型線的設(shè)計(jì)，它要保證轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子的嚙合過(guò)程中間隙均勻一致。由于濕式羅茨泵有封水進(jìn)行冷卻，因此在保證泵的運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性和有利于粉塵排放的條件下，間隙以取小為好。轉(zhuǎn)速在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和控制水力損失的基礎(chǔ)上應(yīng)適當(dāng)提高。

　　早期濕式羅茨泵的轉(zhuǎn)子是二葉的，現(xiàn)在普遍都采用三葉轉(zhuǎn)子，三葉的設(shè)計(jì)，在轉(zhuǎn)子與泵體之間始終有二葉與泵體之間組成一個(gè)密封腔，能有效減少返流，提高泵的抽氣效率。

5、濕式羅茨真空泵的最大容許壓差

　　最大容許壓差原稱最大允許壓差，據(jù)查，允許是答應(yīng)、認(rèn)可的意思，容許是許可的意思，所以過(guò)去使用最大允許壓差一詞不是最恰當(dāng)，應(yīng)更正為最大容許壓差。最大容許壓差是濕式羅茨泵最重要的特征性能指標(biāo)之一，是衡量濕式羅茨泵能否在最大消耗功率和高溫的條件下無(wú)故障運(yùn)轉(zhuǎn)的重要指標(biāo)，也就是在最大消耗功率的運(yùn)行條件下考核泵的轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子軸、軸承和傳動(dòng)齒輪的強(qiáng)度，考核轉(zhuǎn)子、傳動(dòng)齒輪與轉(zhuǎn)子軸之間聯(lián)接的可靠性；在高溫下考驗(yàn)羅茨泵轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與泵體之間、轉(zhuǎn)子與側(cè)蓋之間的間隙能否保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這一點(diǎn)在濕式羅茨泵中，由于有液體(封水)冷卻，即使被抽氣體溫度較高，也可以通過(guò)加大封水量來(lái)降低泵溫，故不必過(guò)多考慮。

　　濕式羅茨泵的最大容許壓差的試驗(yàn)由于不需要考慮熱膨脹的因素，而只是對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和各零部件之間的聯(lián)接可靠性作考核，所以在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定試驗(yàn)時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間為0.5 h。最大容許壓差雖然是最重要的特征性能指標(biāo)之一，但它主要是作考核泵的質(zhì)量之用，短時(shí)間可以使用，但不推薦長(zhǎng)期使用。因?yàn)榇藭r(shí)泵的消耗功率還是偏大，不利于節(jié)能。

　　通常羅茨泵都有一個(gè)基礎(chǔ)壓力(舊稱極限壓力)，本標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有規(guī)定濕式羅茨泵的基礎(chǔ)壓力，因?yàn)榛�礎(chǔ)壓力對(duì)用戶沒(méi)有實(shí)用意義，同時(shí)泵在基礎(chǔ)壓力運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)消耗功率急劇增加，幾乎接近正常工作時(shí)的一倍，所以無(wú)論從節(jié)能降耗或者結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的角度出發(fā)，都不容許泵在基礎(chǔ)壓力下長(zhǎng)期、連續(xù)工作。

6、濕式羅茨真空泵的噪聲

　　噪聲也是濕式羅茨泵重要的特征性能指標(biāo)之一，由于濕式羅茨泵不容許在基礎(chǔ)壓力下運(yùn)行，因此噪聲的測(cè)量應(yīng)該在推薦使用的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在4×10⁴ Pa 入口壓力下測(cè)量泵(配帶消聲器)的噪聲。

　　濕式羅茨泵的噪聲很大，基礎(chǔ)壓力下高達(dá)110~140 dB(A)，在4×10⁴ Pa 時(shí)也有90~100 dB(A)，并以中、低頻為主(見圖2)，不配帶消聲器，人們難以承受，因此濕式羅茨泵都配置消聲器。

圖2 LS—40 噪聲頻譜圖(4×10⁴ Pa 時(shí))

　　由于濕式羅茨泵排出的氣體中含有少量的水，所以普通的消聲器都無(wú)法使用，對(duì)于此種特殊工況，我們?cè)O(shè)計(jì)了消聲型氣水分離器，結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 消聲型氣水分離器

　　它的消聲和氣水分離原理如下：攜帶少量水的氣體從圓周方向進(jìn)入消聲型氣水分離器后，帶動(dòng)分離器底部的水一起旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)中氣體與水發(fā)生劇烈碰撞，進(jìn)行能量交換和氣水分離，一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能被水帶走，在繼續(xù)旋轉(zhuǎn)向上并與擋板撞擊的過(guò)程中聲能進(jìn)一步損失并轉(zhuǎn)化為熱能，氣水也進(jìn)一步分離，從而達(dá)到了消聲和氣水分離的目的。

　　消聲型氣水分離器的消聲效果非常顯著，對(duì)基礎(chǔ)壓力下濕式羅茨泵噪聲的消聲量可達(dá)30 dB(A) 左右，對(duì)4×10⁴ Pa 壓力下噪聲消聲量可達(dá)15~20 dB(A)。

　　三葉轉(zhuǎn)子與二葉轉(zhuǎn)子相比，三葉設(shè)計(jì)能有效減少返流氣體對(duì)轉(zhuǎn)子的沖擊，既減少能耗又降低噪聲，一般能降低4~5 dB(A)。轉(zhuǎn)子的葉形有直葉和斜葉二種，斜葉更有利于噪聲的降低。

7、濕式羅茨真空泵的配用功率

　　標(biāo)準(zhǔn)中推薦配用功率主要是在保證滿足在“推薦使用壓力范圍內(nèi)”的功耗需要，並留有一定余量的原則基礎(chǔ)上選定的，同時(shí)也參照有關(guān)資料作了相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證。在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度容許的情況下，低于這個(gè)壓力范圍工作也未嘗不可，但消耗功率將劇增，配套電機(jī)功率應(yīng)根據(jù)具體使用情況來(lái)選擇。但我們不希望出現(xiàn)這種情況，如有需要，可采用雙級(jí)串聯(lián)的方法解決。

8、濕式羅茨真空泵的封水量

　　泵的封水，它的主要作用是密封和冷卻，另外還帶來(lái)一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，可以沖刷掉工作氣體中的粉塵和粘連物質(zhì)，以免它們粘附在轉(zhuǎn)子上。封水量過(guò)小，影響水封和冷卻，將導(dǎo)致泵發(fā)熱和抽氣性能下降，也難以發(fā)揮封水的沖刷作用；封水量過(guò)大，則增加壓縮功和水力損失，使泵的功耗急劇增加。我們?cè)�做過(guò)一次試驗(yàn)，將LS-12 的封水量從規(guī)定的10 L/min 提高到42 L/min，最大消耗功率從18.5 kW 急劇增加到36.1 kW。表2中規(guī)定的封水量是參照有關(guān)資料和試驗(yàn)確定的，如無(wú)必要，應(yīng)將封水量控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。通常用水作封水，也可以用被抽氣體的冷凝液或與被抽氣體相溶、不發(fā)生反應(yīng)的液體作封水。

9、濕式羅茨真空泵的應(yīng)用

　　濕式羅茨泵的使用范圍大致與水環(huán)式真空泵和氣冷式真空泵相同，它與水環(huán)式真空泵相比較，它的能效比L/(s·kW)高、節(jié)能效果顯著，而且耗水量?jī)H為水環(huán)泵的1/6；而與氣冷式羅茨真空泵相比，它可省略冷凝器和消聲器，而以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而又獨(dú)特的消聲型氣水分離器取代。濕式羅茨真空泵還可以串聯(lián)使用，以提高真空度和抽氣效率，擴(kuò)大工作范圍，降低功耗(見圖4)。

圖4 濕式羅茨泵、氣冷式羅茨泵和水環(huán)泵的能耗比

　　對(duì)粉塵的處理是真空行業(yè)中最困難的問(wèn)題，但對(duì)濕式羅茨泵而言卻是輕而易舉的事，氣體中所含的粉塵會(huì)隨著從泵口進(jìn)入的水順利噴出泵外，因此濕式羅茨泵最適合處理粉塵。濕式羅茨泵可廣泛應(yīng)用于氣力輸送、廢水處理、輕紡和造紙中的脫水、排煙脫硫、煤礦瓦斯排除、粉體輸送、海水淡化、集塵裝置、真空保裝、環(huán)境濕度之調(diào)節(jié)以及氣體之吸引、循環(huán)、移送和加壓等。