تعمل مضخة التفريغ "روتس" بمبدأ بسيط وفعال للغاية. تنقل آليتها الداخلية الغاز من مدخل إلى مخرج دون ضغطه داخل حجرة المضخة. تعتمد هذه العملية على الحركة المتزامنة لعدة أجزاء رئيسية تعمل بتناغم تام.
دورة التشغيل المكونة من أربع خطوات
تتم عملية الضخ في دورة متواصلة من أربع خطوات، تتكرر آلاف المرات في الدقيقة. يمكن للدوارات الحديثة أن تدور بسرعات تتراوح بين 3000 و6000 دورة في الدقيقة. هذه السرعة العالية تُمكّن المضخة من نقل كميات كبيرة من الغاز بسرعة فائقة.
السحب: مع دوران الدوارين المفصصين في اتجاهين متعاكسين، ينفتح جيب فراغي عند مدخل المضخة. يتدفق الغاز من حجرة التفريغ إلى هذا الحجم المتمدد.
العزل: يمر طرف فص الدوار عبر منفذ الدخول. هذا الإجراء يحجز كمية محددة من الغاز بين الدوار وغطاء المضخة.
النقل: يُدفع جيب الغاز المحبوس عبر الجزء الداخلي من الغلاف باتجاه المخرج. من أهم مميزات مضخة تفريغ روتس أنها لا تضغط هذا الغاز أثناء النقل. هذا التشغيل الخالي من الزيت وبدون تلامس يجعلها غير حساسة لكميات صغيرة من الغبار أو بخار الماء.
العادم: يستمر الدوار بالدوران، كاشفًا عن جيب الغاز عند منفذ المخرج. ثم يتمدد الغاز في خط العادم، حيث تزيله مضخة إرجاع من النظام. تتكرر هذه الدورة، ناقلةً الغاز باستمرار من المدخل إلى المخرج، مما يُخفِّض ضغط النظام.
ملاحظة: على الرغم من الكفاءة العالية للعديد من الغازات، فإن قدرة الشفط لمضخة Roots أقل للغازات الخفيفة جدًا مثل الهيدروجين عند مقارنتها بأنواع المضخات الأخرى.
المكونات الرئيسية ووظائفها
يعتمد الأداء الموثوق لمضخة Roots على عدد قليل من المكونات المهمة المصممة بدقة عالية.
الدوارات: تتميز المضخة بدوارين متشابكين مفصصين (غالبًا ما يكون شكلهما على شكل رقم ثمانية). يؤثر شكل هذه الفصوص بشكل مباشر على الأداء. توفر التصاميم المختلفة توازنًا بين سرعة الضخ والكفاءة. على سبيل المثال، تساعد الدوارات الحلزونية على تقليل نبضات الضغط وضوضاء التشغيل.

الغلاف (الغلاف): هو الجسم الخارجي الذي يحيط بالدوارات. صُمم لتحمل فروق الضغط بين نظام التفريغ والجو. تعتمد المواد المستخدمة في الغلاف والدوارات على متطلبات التطبيق من مقاومة للتآكل، ومتانة، وتكلفته.

تروس التوقيت: تقع تروس التوقيت خارج حجرة الضخ، وهي أساسية. فهي تُزامن دوران الدوارين، وتضمن دورانهما في اتجاهين متعاكسين دون تلامس أحدهما الآخر أو غلاف المضخة. يُعد هذا التزامن أساسيًا لتشغيل المضخة دون تلامس.

أختام العمود: تمنع الأختام تسرب الهواء إلى حجرة التفريغ، وتمنع تلويث مواد التشحيم للعملية. يعتمد اختيار الأختام على مستوى التفريغ المطلوب والاستخدام.

أهمية الموافقات الدقيقة

يشير مصطلح "الخلوص" إلى الفجوات الدقيقة والمدروسة بين الدوارات، وبين الدوارات والغلاف. هذه الفجوات هي سر نجاح المضخة، فهي تسمح للدوارات بالدوران بسرعات عالية دون احتكاك، مما يوفر العديد من المزايا:
بدء التشغيل السريع
استهلاك منخفض للطاقة
سرعة ضخ عالية
تكاليف التشغيل والصيانة منخفضة
مع ذلك، يجب إدارة هذه الخلوصات بدقة. أثناء التشغيل، تُولّد المضخة حرارة. تُسبّب هذه الحرارة تمدد المكونات المعدنية، وهي عملية تُعرف بالتمدد الحراري. مع تمدد الدوارات والغلاف، تتقلص الخلوصات بينهما.
تحذير: إذا أصبحت الخلوصات صغيرة جدًا بسبب التمدد الحراري أو التركيب غير الصحيح، فقد تتلامس الدوارات مع بعضها البعض أو مع الغلاف. يؤدي هذا إلى احتكاك، وتلف المكونات، وزيادة حمل المحرك، واحتمال توقف المضخة عن العمل. في المقابل، تسمح الخلوصات الكبيرة جدًا بتسرب الغاز من المخرج إلى المدخل، مما يقلل بشدة من كفاءة المضخة.
يضمن التصميم الهندسي المناسب واختيار المواد أن مضخة التفريغ Roots تحافظ على الخلوص الأمثل عبر نطاق درجة حرارة التشغيل الخاصة بها، مما يوفر أداءً موثوقًا به وفعالًا.