羅茨泵的后冷卻器的設(shè)計(jì)要求
羅茨泵為什么要冷卻？羅茨泵的特點(diǎn)是體積小，抽氣能力大，也可以從大氣壓對(duì)大容器進(jìn)行抽氣。一直到高真空均能進(jìn)行工作。是有發(fā)展前途的一種真空泵。但在10Torr量級(jí)的范圍內(nèi)，被抽氣體的導(dǎo)熱能力差了，轉(zhuǎn)子的散熱主要通過向泵腔輻射而被帶走。結(jié)果使轉(zhuǎn)子與泵腔（泵體）之間有較高的溫差，轉(zhuǎn)子與泵壁有發(fā)生接觸的危險(xiǎn)。
為了使泵在該范圍內(nèi)安全運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)轉(zhuǎn)子必須進(jìn)行冷卻。轉(zhuǎn)子的內(nèi)冷卻就是一種對(duì)轉(zhuǎn)子的冷卻方式，流體經(jīng)過主軸的頸部內(nèi)孔進(jìn)到轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻，以保證對(duì)轉(zhuǎn)子的有效散熱。但這種方法的缺點(diǎn)是，對(duì)冷卻系統(tǒng)管路，必須在泵開始啟動(dòng)前進(jìn)行較長時(shí)間的預(yù)抽氣。此外，在轉(zhuǎn)子內(nèi)部存在氣泡時(shí)會(huì)引起運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡，引起泵的損壞。此方法如圖6所示，而后冷卻器也是一種常用的冷卻方式，它是對(duì)被抽氣體的冷卻。后冷卻器設(shè)置在羅茨泵的出口處，和被抽氣體進(jìn)行熱交換。
后冷卻器是一個(gè)裝在羅茨泵出口的熱交換器，為了使氣體流通，在抽氣氣流的方向上裝上水冷豎管，（圖7），冷卻器的厚度等于轉(zhuǎn)子的寬度b，在轉(zhuǎn)子的側(cè)端面，冷卻器的形狀為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)圓形，并與轉(zhuǎn)子有一個(gè)盡可能小的間隙。
圖7 羅茨泵后冷卻器示意圖
其冷卻作用是根據(jù)壓縮側(cè)氣體流動(dòng)的波動(dòng)特性，即在φ>0時(shí)，吸氣腔內(nèi)Vs1，有氣體的返流（回流），并在排氣方向把氣體連續(xù)的壓出。和不設(shè)冷卻器的泵相比，它的突出效果是：
1、在Vs1壓縮過程，返流的氣體已是第二次經(jīng)過冷卻器了，氣體得到進(jìn)一步冷卻。
2、在φ角范圍內(nèi)，在 0≤φ ≤ φS內(nèi)，被壓縮的氣體（即被加熱了的氣體，由于冷卻器的結(jié)構(gòu)形式限制了Vs2由向Vs1內(nèi)串通。因而，兩個(gè)吸氣室Vs1和Vs2之間的氣體的串通被削弱了。（如果兩吸氣室串通，氣體就不經(jīng)過冷卻器了，起不到應(yīng)有的冷卻作用）。轉(zhuǎn)子位置處于φS時(shí)，返流充氣結(jié)束。如果更長時(shí)間的繼續(xù)充氣，超過φS角度，則帶有后冷卻器的泵也會(huì)出現(xiàn)兩室串通現(xiàn)象。 φS=42 O。
為了保證在φ = φS時(shí)，充氣（返流）過程能完結(jié)，并達(dá)到強(qiáng)烈的冷卻的目的，則必須要做到：
1、返流充氣迅速完成，冷卻器的節(jié)流作用要小，流導(dǎo)要大。
2、同時(shí)還必須照顧到冷卻器對(duì)返流氣體有良好的熱交換。因此還必須要有足夠大的熱交換面積。
這兩個(gè)要求是相互矛盾的，因此要綜合考慮得到最佳的效果。這個(gè)問題要從氣流的流動(dòng)狀態(tài)規(guī)律和熱交換規(guī)律來求得最佳狀況。
后冷卻器的結(jié)構(gòu)：冷卻器是有方形銅管組成蜂窩狀的結(jié)構(gòu)。如圖8
圖8 后冷卻器外形圖
整個(gè)冷卻器蜂窩狀結(jié)構(gòu)是用高熔點(diǎn)硬釬焊料在無熔劑和真空條件下焊接的。例如一種冷卻器由1776根方形管（15×15×1）做成。得到的換熱面積，在流水側(cè)為11.8m2，在流氣側(cè)為23.5m2，冷卻氣體所需要的流動(dòng)斷面與法蘭斷面面積之比為0.63。
充氣過程中冷卻器內(nèi)回流量的分布：主要是介紹整個(gè)回流氣體量在冷卻器寬度上的分布規(guī)律，它與熱交換的局部分布也有因果關(guān)系。在高回流區(qū)域，發(fā)生大的能量散失和傳熱，曾有人做過實(shí)驗(yàn)：用室溫的空氣，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)為n=180、400、656、1000轉(zhuǎn)/分，分別進(jìn)行試驗(yàn)，測量時(shí)吸入壓力P1為80、130、180Torr，而出口壓力P2均為265Torr 。
冷卻裝置及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9~13所示。
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