罗茨风机原理与特点

罗茨风机原理与特点
‌罗茨风机‌是一种容积式风机，其工作原理基于两个叶形转子在气缸内作相对运动来压缩和输送气体。这种风机属于回转压缩机，通过主从动轴上的齿轮传动，使两个“8”字形渐开线叶轮作等速反向旋转，完成吸气、压缩和排气过程。罗茨风机的特点包括：
‌结构简单‌且‌制造方便‌，广泛应用于水产养殖增氧、污水处理曝气、水泥输送等领域。
在低压力场合的气体输送和加压系统中表现优异，也可用作真空泵。
当出口阻力在一定范围变化时，对输送风量的影响不大，输气具有强制性。
结构简单，运行稳定，效率高，转子不需润滑，所输送的气体纯净、干燥。
检修工艺较为复杂，转动部件和机壳内壁加工精度要求较高，各部件安装时的间隙调整比较困难，运行中噪声较大。

罗茨风机的设计考虑了预进气压缩方法，旨在改善回流冲击特性。通过在基元容积由进气口向排气口移动的过程中，向其内部预先导入高压气体，使内部压力逐渐与排气口的压力达到平衡，从而优化性能。此外，罗茨风机的运行后风量基本不会变化，即使前压有微小变化，也能持续输送空气。然而，长时间使用后，罗茨风机的风量系统可能会发生变化，主要是由于叶轮与叶轮之间、叶轮与壁板之间、叶轮与机壳之间的间隙发生变化导致的内部泄漏增加，从而影响风量‌。
罗茨风机的原理动图

罗茨风机工作原理
罗茨鼓风机是一种双转子压缩机械,两转子的轴线互相平行。转子由叶轮与轴组合而成，叶轮之间、叶轮与机壳及墙板之间具有微小间隙,以避免相互接触。两转子由原动机通过一对同步齿轮驱动,作方向相反的等速旋转。借助于两叶轮的相互啮合(假定其叶面相互接触),鼓风机进、排气口不直接相通,叶轮与机壳及墙板围成封闭的基元容积,其大小在旋转过程中不发生变化。传统形式下,气体的压缩,是在基元容积与排气口连通的一瞬间,由高压气体向基元容积回流均压而实现的。
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。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,导入预进气后,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。实际应用中,通常从鼓风机的排气口引回-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。
罗茨风机的分类
由于工作方式不同,罗茨鼓风机(真空泵)有单级与双级、于式与湿式之分。
(1)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)。
(2)干式与湿式。鼓风机--般作于式输送,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,注人的水既称冷却水，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。

罗茨风机特点
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:
(1)由于是容积式鼓风机,因而具有强制输气特征。在转速-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,并且动力平衡性好,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-油分离器等辅助设备。由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,全绝热效率也比较高。
此外,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:①无内压缩过程,绝热效率较低(小机型尤为偏低);②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;③由于进、排脉动和回流冲击的影响，气体动力性噪声较大。
罗茨风机的应用范围
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适用特性。其流量通常为0.5~ 800m3 /min,最大可达1400m³/min左右,单级工作压力为-53.3~98kPa。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。
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。