用于較高真空的羅茨真空泵(機(jī)械增壓泵)不能直排大氣，如直排大氣會(huì)造成羅茨真空泵吸氣口與排氣口壓差太大，從而使羅茨真空泵過(guò)載，如單純加大羅茨真空泵電機(jī)功率又會(huì)造成羅茨真空泵過(guò)熱以致羅茨真空泵轉(zhuǎn)子之間的微小間隙很快因熱膨脹而卡死。為保證羅茨真空泵能達(dá)到較高真空必須保證羅茨真空泵轉(zhuǎn)子之間的間隙。所以羅茨真空泵使用時(shí)必須設(shè)有前級(jí)泵，用前級(jí)泵將系統(tǒng)內(nèi)壓力抽至一定范圍內(nèi)時(shí)再啟動(dòng)羅茨真空泵，如此可以避免羅茨真空泵過(guò)載。前級(jí)泵可以選用水(液)環(huán)式真空泵、旋片式真空泵、滑閥式真空泵、往復(fù)式真空泵等可直排大氣的真空泵。

　　羅茨真空機(jī)組在一般情況下，選用水環(huán)泵作為前級(jí)泵比其它真空泵更為有利，這主要是由于它能夠抽除大量的可凝性蒸汽，特別是當(dāng)氣鎮(zhèn)油封機(jī)械真空泵排除可凝性蒸汽能力不夠，或使用的溶劑能使泵油惡化而影響性能，或者是真空系統(tǒng)不允許油污染的時(shí)候更為明顯。

　　羅茨泵－水環(huán)泵機(jī)組廣泛地用于化工、食品升華干燥、高空模擬試驗(yàn)等的抽真空系統(tǒng)中。這類聯(lián)合機(jī)組，大致有如下幾種類型。

　�。�1）羅茨泵－水環(huán)泵：機(jī)組中水環(huán)泵的作用是造成羅茨泵所需的預(yù)備真空，因此要求該水環(huán)泵的最大允許排氣壓力，即是說(shuō)，一方面要盡量提高水環(huán)泵的極限真空，另一方面，也要設(shè)法提高羅茨泵的最大允許排氣壓力。一般情況，單級(jí)水環(huán)泵極限真空度不高，而目前我國(guó)生產(chǎn)的羅茨泵要求的預(yù)真空又較高，故實(shí)際上不用單級(jí)水環(huán)泵作為羅茨泵的前級(jí)泵，而用能提高極限真空度的雙級(jí)水環(huán)泵作為前級(jí)泵使用，采用雙級(jí)水環(huán)泵，還可以提高機(jī)組的極限真空度。一臺(tái)羅茨泵的極限真空度是較低的，特別是當(dāng)它與水環(huán)泵組合運(yùn)行時(shí)，使用范圍受到限制，整個(gè)機(jī)組的極限真空度可能更低，但若用兩臺(tái)羅茨泵串聯(lián)再與水環(huán)泵組合，就能大大提高機(jī)組的極限真空度。故在這種類型里通常見(jiàn)到的是兩臺(tái)羅茨泵串聯(lián)后再用雙級(jí)水環(huán)泵作前級(jí)泵組成機(jī)組。

　�。�2）羅茨泵－水環(huán)泵－大氣泵機(jī)組：即使采用雙級(jí)水環(huán)泵，極限真空度的提高也只是在一定的范圍之內(nèi)，這是因?yàn)槭艿剿�的飽和蒸汽壓的限制。水環(huán)泵的理論極限壓力就是水的飽和蒸汽壓。如果考慮氣體返流等因素的影響，實(shí)際上水環(huán)泵的極限壓力顯著比該水溫上的飽和蒸汽壓力為高。為了提高前級(jí)泵的極限真空度，還可以使水環(huán)泵與大氣泵組合使用。這樣，串聯(lián)一級(jí)大氣泵后的極限真空度可達(dá)20~30Torr,如果水環(huán)泵與二級(jí)大氣泵組合，則極限真空可達(dá)2~10Torr。

　�。�3）羅茨泵－水環(huán)泵并聯(lián)機(jī)械真空泵：此機(jī)組主要用于需要處理大量水蒸汽，且極限真空度要求較高的抽真空系統(tǒng)，例如在真空干燥方面。要求處理大量水蒸汽的真空系統(tǒng)中，使用水環(huán)泵是較合適的，但由于其極限真空度不高，致使整個(gè)機(jī)組的極限真空度較低。雖然在要求真空度較高的抽真空系統(tǒng)中，需要極限真空較高的機(jī)械真空泵作為前級(jí)泵使用。但由于水環(huán)泵的耗電量大，效率很低，噪聲高，在需要長(zhǎng)時(shí)間的真空干燥系統(tǒng)中，用水環(huán)泵作為羅茨泵前級(jí)泵很不經(jīng)濟(jì)。

　　在上述情況下，可將氣鎮(zhèn)機(jī)械真空泵與水環(huán)泵并聯(lián)，作為羅茨泵的前級(jí)泵。真空干燥時(shí)，先用水環(huán)泵進(jìn)行預(yù)抽，直至水蒸汽大量減少時(shí)，再開(kāi)動(dòng)氣鎮(zhèn)機(jī)械真空泵，切斷水環(huán)泵。如需要較長(zhǎng)時(shí)間才能完成干燥的場(chǎng)合，所需冷卻水和功率都較少，如圖3所示。

羅茨泵-水環(huán)泵機(jī)組的運(yùn)行

（1）機(jī)組前裝冷凝器

　　為了盡量使機(jī)組的體積小些，可設(shè)法使待抽的蒸汽在進(jìn)入泵機(jī)組之前冷凝，這樣剩下來(lái)的就是非可凝性氣體和微量殘余蒸汽。氣體降溫后在相同壓力下體積也減小。所以冷凝后所需抽氣量減小，相應(yīng)地泵也可以選得小一些。

　　采用哪種方式較經(jīng)濟(jì)？應(yīng)視其具體情況而定，舉例說(shuō)明如下：

　　冷凝蒸汽有兩種方式：一種是安裝一臺(tái)冷卻裝置，另一種是在機(jī)組的高壓級(jí)中裝一臺(tái)冷凝器，以便能用普通的水冷卻。

　　其系統(tǒng)需要每小時(shí)抽除50kg的水蒸汽量，在吸入壓力為1Torr時(shí)的容積流量為50000m3/h。

　　1）要抽吸上述的水蒸汽量，需要三個(gè)羅茨泵串聯(lián)，并用一臺(tái)水環(huán)泵作前級(jí)組成的機(jī)組，該機(jī)組的總功率90kW。

　　2）為了使蒸汽在到達(dá)真空泵之前冷凝，就要在位于A處裝一個(gè)冷凝器和一個(gè)功率為30000kcal/h的冷卻裝置，如圖4所示。在1Torr的吸入壓力下，水蒸汽的冷凝溫度均為-19℃，為了能保證連續(xù)工作，應(yīng)取冷凝裝置的冷凝溫度為-25℃，且并聯(lián)安裝2臺(tái)冷凝器。根據(jù)非冷凝氣體的組成部分計(jì)算得，真空泵的抽氣量就可以降低到1000~2000m3/h，總機(jī)組（包括冷凝器的消耗功率）的功率同樣是90kW。

　　3）先用羅茨泵抽出水蒸汽，并在45Torr壓力下進(jìn)行冷凝，該壓力下有的冷凝溫度約為36℃，于是可使冷凝器的冷凝溫度保持在30~35℃之間，可用普通冷卻水冷卻。冷凝器設(shè)在B處。這時(shí)總功率的消耗為75kW左右。

　　通過(guò)上述三組方式的比較可知，第三種方案最好，可減少15kW的動(dòng)力消耗。

　　綜上所述，水蒸汽冷卻后只剩下非可凝性氣體。在壓力很低時(shí)，水蒸汽的比容相當(dāng)大，這些可凝性蒸汽冷凝后，泵所需要的抽氣量顯然就大為降低了。另外，不論蒸汽是否冷凝，在同樣壓力下只要?dú)怏w溫度降低，其容積流量就會(huì)減少。例如化工流程中200~300℃溫度的氣體并不少見(jiàn)。若從300℃冷卻到50℃之后，干燥空氣的容積減少45%左右，這樣就可以選擇較小容量的抽氣真空泵機(jī)組裝置。

（2）機(jī)組的操作順序：

　　1）機(jī)組中無(wú)旁通閥時(shí)，應(yīng)先開(kāi)動(dòng)水環(huán)泵，被抽系統(tǒng)中的氣體由羅茨泵（氣體推動(dòng)羅茨泵轉(zhuǎn)子自行轉(zhuǎn)動(dòng)，如同流量計(jì)一般）進(jìn)入水環(huán)泵后再排至大氣，待水環(huán)泵的吸入壓力（如串聯(lián)有大氣泵，則為大氣泵的吸入壓力）達(dá)到羅茨泵的起初規(guī)定值時(shí)（即允許排氣壓力），始啟動(dòng)羅茨泵，機(jī)組正式運(yùn)轉(zhuǎn)，開(kāi)始工作。

　　2）機(jī)組中有旁通閥時(shí)，如圖5所示，先啟動(dòng)水環(huán)泵，接著開(kāi)動(dòng)羅茨泵，此時(shí)，羅茨泵進(jìn)排氣壓差較大，旁通閥自動(dòng)開(kāi)啟，被抽容器中的氣體一部分經(jīng)過(guò)旁通閥進(jìn)入水環(huán)泵，另一部分在羅茨泵的作用下通過(guò)該泵也進(jìn)入水環(huán)泵，顯然抽氣速率增加，這樣很快達(dá)到羅茨泵的預(yù)真空，進(jìn)排氣壓差較小，閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉（或人工關(guān)閉），機(jī)組正式工作。這種方法能大大縮短預(yù)抽時(shí)間，但設(shè)備較復(fù)雜。