[发明专利]一种循环油冷的罗茨泵

说明书

本发明提供了一种循环油冷的罗茨泵，包括泵体，轴承端盖，转子，驱动箱盖，驱动主动轴，驱动从动轴，齿轮箱盖，第一非驱动轴，第二非驱动轴，非驱动延伸轴，摆线泵和换热器。本发明采用冷却油作为吸热介质，且在驱动主动轴、驱动从动轴、第一非驱动轴、第二非驱动轴、转子、轴承端盖、泵体、齿轮箱和驱动箱中均设置了相连通的冷却油通道，通过摆线泵进行驱动，通过换热器进行换热，能够从内部对发热部件进行降温，解决了现有技术中罗茨泵内部，尤其是泵腔内气体压缩热，转子的散热难的问题。

技术领域

本发明涉及罗茨泵技术领域，特别是涉及一种循环油冷的罗茨泵。

背景技术

目前罗茨真空泵和罗茨风机在运行的时候存在最大故障隐患是过热卡死，其原因是罗茨真空泵和罗茨风机需要对进气口进来的气体进行压缩后再排出，而气体在压缩过程中，会产生热量。在泵壳内部，气体在压缩时产生的热量会立刻传导在罗茨真空泵、罗茨风机的泵壳内壁，转子以及端盖内侧上。当端盖内侧和泵壳内壁收到热量后，会升温与端盖外侧和泵壳外壁形成温度差，从而把热量传递到了端盖外侧和泵壳外侧，而当端盖外侧和泵壳外侧与外界产生的温度差，则发生散热。由于罗茨真空泵和罗茨风机的泵壳外壁和端盖外侧是属于自然空气传热，所以起初的温差很小的时候，散热非常小，而泵壳内的气体压缩产生的热量是恒定的，因此热量不平衡，在泵壳内侧，端盖内侧开始累积，不断的提高了泵壳内侧和端盖内侧的温度。泵壳外侧和端盖外侧的温度因为温度差也逐步升高，此时对外界的温度差也越来越大，自然辐射散的热量也相应变大，当外壁自然传热的散热量和泵腔内气体压缩时产生的热量达到平衡时，则内外温度就达到了平衡。由于转子在泵壳内侧，无法散热，只能被动的接受气体压缩热，因此在达到平衡后，转子的金属温度是所有泵体内最高的。由于转子的直径远远超出泵壳的壁厚，一般是20倍以上比值，因此在垂直于泵壳内壁面的热膨胀位移量比转子径向于直径端面的热膨胀量是泵壳的20倍以上。所以它们之间的距离的变化是L＝L0-20*△T*ξ，其中L0是转子和泵壳内壁在常温下留有的间隙距离，△T是转子实际可以达到的最高温度差值，ξ是金属材料的热膨胀系数，当△T增大到一定数值后，L无限接近于0时，转子就会和泵壳内壁碰擦到，就出现了卡死现象。当然除了温度以外，转子在高速旋转时，在转子的当中，即两轴承的中部会产生离心偏移量，轴承距离越长，转子直径越大，则离心偏移量也就越大,L1＝λ*D/2*(U)2,L1就是离心偏移量，λ是金属的离心偏移系数，D是两端轴承的长度,U是转子直径外端的线速度。

可见当一个罗茨真空泵和罗茨风机产品出来后，它的故障点就是实运行时的间隙L。而这个间隙最直接的因素就是金属的温度。

现在罗茨真空泵无法直接排大气和罗茨风机用于真空应用时必然过热卡死，也就是因为两者都有一个共同的现象，就是进气口和排气口的气体压缩比过大，气体被压缩总热量Q＝Mv*Cp*(T0*(P1/P2)^(r-1)/r-273.15)-T0)-Qe，其中Mv是实际质量流量，Cp气体的比热容，P1/P2是气体压缩比，r是绝热系数，空气是1.4，T0是原始进气温度，Qe是气体排出携带的热量＝Me*Cpe*△T。因此当气体质量流量不低(非高真空)，压缩比过大时，加载在泵壳内侧，端盖内侧，转子的金属上的热量就会非常大，若是该金属的散热不及时就会产生很高的温度，也是最后导致过热卡死的主要原因。

除了过热卡死隐患，金属高温对罗茨真空泵和罗茨风机也产生了其他的安全隐患。例如轴承一般可以承受的温度最大在120°，真空油可以承受的温度在80°，密封件，唇形密封，机械密封等可以承受的最大极限温度都在160°，长期在高温运行，会加速这些部件老化，大幅的降低其使用寿命。

同时从能源转换可以发现，罗茨风机或真空泵在运行时，主要是动能大部分转换成了热能，该热能主要体现在两个方面，一是气体压缩后升温，即热焓增加。二是金属的热传递对外散热。如果可以有效的利用这些热能，则可以进一步提高能源使用效率，实现节能效益。

这其中最为关键的就是上述提到了由于罗茨转子是封闭在泵腔内，在吸收气体压缩热后无法有效散热，必须通过泵腔的温度差来转移热量。而因此转子的温度是局部最高的。如何有效的大幅提高转子的散热是当今所有罗茨风机或真空泵的难题。