思科瑞真空技术分享——罗茨真空泵配置不同前级泵的性能影响

    罗茨真空泵是一种利用泵腔内同步反向旋转的转子来产生抽气和排气作用的真空设备，由于过流通道转动部件之间留有一定的间隙，故过流通道内无需任何润滑且无任何机械摩擦，在气体从吸入到排出的过程中，可以保证洁净输送。它的这一优异特性得以使罗茨真空泵广泛应用于石油化工、精细化工、医药、食品等领域。

    在实际使用的过程中，因为前级真空泵性能的不同，会导致罗茨真空产生不同的性能，并将因此而影响用户的使用，且限于国内多数真空设备制造厂家并不能掌握这些技术，这就导致了不同供货商之间价格和性能的差异。

    本文将着重通过一台抽气量为150L/S的罗茨真空泵配置不同性能的水环真空泵和不同性能的干式真空泵来描述性能的差异性。

首先，我们来看150L/S罗茨真空泵的容积效率曲线（8字型转子，其他3叶的或是多叶的转子或是扭转多叶转子的容积效率皆低于该效率曲线）：

如图所示，左侧竖直数字1、2、3……等为压缩比（排气压力/吸气压力），图下方数字0.1、0.2、0.3……等为排气压力，单位mbar（1mbar=100Pa），图中0.9、0.8、0.7为容积效率线，即90%、80%、70%……，右侧上方处△t为温升线；

一、150L/S罗茨真空泵在前级泵为2台不同抽气量的同类型水环真空泵时所获得的性能对比：

假定工作水水温为22℃（如果是闭式循环设计则需要按照25℃来设计）：

1.1、在这个温度下，水环真空泵的极限真空能力仅为4.7kPa.a，考虑到运行过程中的气蚀损害，所以，实际设计使用压力不能小于5.5kPa.a，且在这个压力下，水环真空泵受水蒸汽分压力的影响，其抽气效率仅为测试抽气量的72.5%，如图所示：

1.1.1、采用水环真空泵标称抽气速率为400m3/h，做前级泵。

在吸入压力为5.5kPa.a的条件下，该型号水环真空泵测试抽气速率为，如图所示：

则结合1.1性能数据我们可以得出，其实际抽气速率为360x0.725=261m3/h（实际上1.1.1数据表内气量仅为测量数值的90%，因为允许误差-10%）。

按照该水环真空泵工作水温22℃时，只能工作在压力为5.5kPa.a的条件下，此时其最大实际抽气速率仅为261m3/h，结合本文罗茨泵的效率曲线，我们可以得出配置该罗茨泵后在实际工作条件下，罗茨泵的性能变化，如下图所示：

由上图可以得出，150L/S罗茨真空泵在该型号水环真空下其稳定运行的工作压力为1.83kPa.a，其实际抽气速率受限于容积效率79%，150L/S罗茨真空泵实际抽气速率为150*0.79=118.5L/S，由此反算所需水环真空泵在5.5kPa，水温22℃时，其测试条件气量需要至少满足≥196m3/h，由于在本文假设的条件下配置的该前级泵实际抽速达到了261m3/h，故实际工作压缩比仅为118.5*3.6/261=1.63，由上图可以得知，其绝热压缩温度将会降低——提高了允许的吸入口温度和提高了罗茨真空泵运行的稳定可靠性；

需要注意的是，本文仅是假设了水温为22℃的条件下，得出罗茨泵真空前级泵为水环真空泵时的性能，但在实际设计当中，需要按照当地夏季和实际公用工程条件进行设计，而这个温度一般都是远超本文假定温度！

楼主，文章内容非常不错！

本想把这帖子移到广告栏，但看帖子内容还是比较专业的。楼主及时把文章最后的微信二维码去掉！故最后还放在泵区版块

想问下：150L/S罗茨真空泵实际抽气速率为150*0.79=118.5L/S，由此反算所需水环真空泵在5.5kPa，水温22℃时，其测试条件气量需要至少满足≥196m3/h。196m3/h是怎么得来的。按压缩比算的话是118.5*3.6/3=142.2。望指教

pipizhu 发表于 2018-9-11 09:29
想问下：150L/S罗茨真空泵实际抽气速率为150*0.79=118.5L/S，由此反算所需水环真空泵在5.5kPa，水温22℃时 ...

142.2/0.725=196

楼主，请教一下容积效率79%是怎么得到的？曲线图上的交点为什么落在那个位置？

很核心的资料，便于了解泵的运行参数变化情况，顶个

RichardChan 发表于 2018-9-14 10:49
楼主，请教一下容积效率79%是怎么得到的？曲线图上的交点为什么落在那个位置？

罗茨泵和前级泵组成的机组要看2个重要参数：1、罗茨泵排气压力；2、压缩比；
因为前级泵是水环真空泵，所以罗茨泵的排气压力就等于水环真空泵的吸入口压力，所以，这决定了交汇线y轴线，x轴绿颜色交汇线由罗茨泵的物理性能决定——压缩热造成的温升对部件的线性膨胀影响，所以就限制了在某一排气压力下的压缩比——就决定了罗茨泵和前级泵稳定运行的工况条件！
2个容积效率曲线之间基本上是成比例的，所以是79%……

symc 发表于 2018-9-14 12:54
罗茨泵和前级泵组成的机组要看2个重要参数：1、罗茨泵排气压力；2、压缩比；
因为前级泵是水环真空泵， ...

谢谢您的回复！很详细！
就是说压缩比3是此罗茨泵在这个排气压力下的性能。从压缩比3作一条线与排气压力的交点，去确定容积效率。容积效率在0.8曲线下方，理应81%合适啊？是不是还有一些系数？

RichardChan 发表于 2018-9-14 22:02
谢谢您的回复！很详细！
就是说压缩比3是此罗茨泵在这个排气压力下的性能。从压缩比3作一条线与排气压力 ...

抱歉抱歉，我写错了，的确是81%……

想问下楼主，针对不同的气体，罗茨泵的实际抽气速率是否会有所不同，尤其是抽氢气、氦气这种小分子？

pipizhu 发表于 2019-9-10 17:18
想问下楼主，针对不同的气体，罗茨泵的实际抽气速率是否会有所不同，尤其是抽氢气、氦气这种小分子？

并不能这么简单的理解，我只能告诉你会降低容积效率——极限压力也会升高（绝对压力）……
但是，要看情况……主要是看这种介质的mol%

symc 发表于 2019-9-11 00:15
并不能这么简单的理解，我只能告诉你会降低容积效率——极限压力也会升高（绝对压力）……
但是，要看情 ...

谢谢，也是和绝热系数有关吧，但感觉不同气体绝热系数也没有差那么多

symc 发表于 2019-9-11 00:15
并不能这么简单的理解，我只能告诉你会降低容积效率——极限压力也会升高（绝对压力）……
但是，要看情 ...

谢谢，也是和绝热系数有关吧，但感觉不同气体绝热系数也没有差那么多

pipizhu 发表于 2019-9-16 15:16
谢谢，也是和绝热系数有关吧，但感觉不同气体绝热系数也没有差那么多

绝热系数只和绝热压缩有关，这是计算能量消耗的。
小分子气体对极限压力和容积效率的影响是流体力学的范畴……

symc 发表于 2019-9-16 16:09
绝热系数只和绝热压缩有关，这是计算能量消耗的。
小分子气体对极限压力和容积效率的影响是流体力学的范 ...

感觉好高深，感谢

symc 发表于 2019-9-16 16:09
绝热系数只和绝热压缩有关，这是计算能量消耗的。
小分子气体对极限压力和容积效率的影响是流体力学的范 ...

感觉好高深，感谢

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pipizhu 发表于 2021-1-29 14:46
又重新看了这个帖子，想请教那个dT=75℃的温度曲线是怎么来的？

测试出来的……

很核心的资料，便于了解泵的运行参数变化情况，顶个

谢谢分享，进来学习一下