Roots-pumppu luo tyhjiön käyttämällä kahta vastakkaisiin suuntiin pyörivää, lohkoista roottoria. Nämä roottorit vangitsevat kaasun tuloaukosta ja kuljettavat sen pumpun kotelon läpi ilman sisäistä puristusta. Tämä jatkuva, nopea kaasumolekyylien siirto alentaa painetta, jolloin saavutetaan jopa 10⁻⁵ mbarin tyhjiö asianmukaisella tuella. Maailmanlaajuisten tyhjiöpumppumarkkinoiden tasainen kasvu korostaa niiden merkitystä.
Monet kriittiset sektorit ovat riippuvaisiaRoots-tyhjiöpumppu, mukaan lukien:
• Puolijohdeteollisuus: Prosesseihin, kuten ohutkalvopinnoitus ja etsaus.
• Kemianteollisuus: Sovelluksissa, kuten tislaus ja kuivaus.
• Lääketeollisuus: Tyhjiösuodatukseen ja pakastekuivaukseen.
Roots-tyhjiöpumpun sisäinen toiminta
Roots-tyhjiöpumppu toimii yksinkertaisella mutta erittäin tehokkaalla periaatteella. Sen sisäinen mekanismi siirtää kaasua tuloaukosta lähtöön puristamatta sitä pumpun kammiossa. Tämä prosessi perustuu useiden keskeisten osien synkronoituun liikkeeseen, jotka toimivat täydellisessä harmoniassa.
Neljän vaiheen toimintasykli
Pumppaus tapahtuu jatkuvassa, nelivaiheisessa syklissä, joka toistuu tuhansia kertoja minuutissa. Nykyaikaiset roottorit voivat pyöriä 3 000–6 000 rpm:n nopeudella. Tämä suuri nopeus mahdollistaa pumpun siirtää suuria kaasumääriä erittäin nopeasti.
Imuaukko: Kun kaksi lohkoroottoria pyörivät vastakkaisiin suuntiin, pumpun tuloaukkoon avautuu tyhjä tasku. Tyhjiökammiosta tuleva kaasu virtaa tähän laajenevaan tilavuuteen.
Eristys: Roottorin nokan kärki kulkee tuloaukon ohi. Tämä toiminta vangitsee tietyn määrän kaasua roottorin ja pumpun kotelon väliin.
Siirto: Kaasutasku pyyhkäistään sitten kotelon sisäpuolen läpi kohti poistoaukkoa. Roots-tyhjiöpumpun keskeinen ominaisuus on, että se ei purista tätä kaasua kokoon siirron aikana. Tämä kosketukseton ja öljytön toiminta tekee siitä epäherkän pienille pöly- tai vesihöyrymäärille.
Pakokaasu: Roottori jatkaa pyörimistä paljastaen kaasutaskun poistoaukkoon. Kaasu laajenee sitten pakoputkeen, jossa vastapumppu poistaa sen järjestelmästä. Tämä sykli toistuu siirtäen kaasua jatkuvasti tuloaukosta poistoaukkoon ja alentaen järjestelmän painetta.
Huomautus: Vaikka Roots-pumppu on erittäin tehokas monille kaasuille, sen imukyky on heikompi erittäin kevyille kaasuille, kuten vedylle, verrattuna muihin pumpputyyppeihin.
Keskeiset komponentit ja niiden toiminnot
Roots-pumpun luotettava suorituskyky riippuu muutamista kriittisistä komponenteista, jotka on suunniteltu erittäin tarkasti.
Roottorit: Pumpussa on kaksi toisiinsa lukittuvaa, lohkomaista roottoria (usein muodoltaan kahdeksikkoa muistuttavia). Näiden lohkojen muoto eli profiili vaikuttaa suoraan suorituskykyyn. Erilaisissa malleissa on mahdollista tehdä kompromisseja pumppausnopeuden ja tehokkuuden välillä. Esimerkiksi kierukkaroottorit auttavat vähentämään paineen pulsaatiota ja käyntimelua.
| Roottorin profiilityyppi | Pumppausnopeuden etu | Tilavuuden käyttöaste |
|---|---|---|
| Romaani elliptinen | 1,5 kertaa korkeampi kuin paras ellipsilaite | Korkea |
| Yläelastinen harjoittelulaite | Vakio suorituskyky | Lähestyy 55 % |
Kotelo (kotelo): Tämä on roottoreita ympäröivä ulkokuori. Se on rakennettu kestämään tyhjiöjärjestelmän ja ilmakehän väliset paine-erot. Kotelon ja roottorien materiaali riippuu sovelluksen korroosionkestävyyden, lujuuden ja kustannusten vaatimuksista.
| Materiaali | Keskeiset edut | Yleisiä sovelluksia |
|---|---|---|
| Valurauta | Korkea lujuus, hyvä kulutuskestävyys, kustannustehokas. | Yleinen teollisuus-, kemian- ja elintarviketeollisuus. |
| Ruostumaton teräs | Erinomainen korroosionkestävyys, hygieeniset ominaisuudet. | Lääke-, puolijohde- ja lääketieteelliset laitteet. |
| Alumiiniseos | Kevyt, hyvä lämmönjohtavuus. | Ilmailu-, auto- ja kannettavat pumppujärjestelmät. |
Jakopyörät: Pumppukammion ulkopuolella sijaitsevat jakopyörät ovat välttämättömiä. Ne synkronoivat kaksi roottoria varmistaen, että ne pyörivät vastakkaisiin suuntiin koskettamatta toisiaan tai koteloa. Tämä synkronointi on olennaista pumpun kosketuksettoman toiminnan kannalta.
Akselitiivisteet: Tiivisteet estävät ilman vuotamisen tyhjiökammioon ja estävät voiteluaineita saastuttamasta prosessia. Tiivisteen valinta riippuu vaaditusta tyhjiötasosta ja sovelluksesta.
| Tiivisteen tyyppi | Mekanismi | Paras |
|---|---|---|
| Labyrinttitiiviste | Käyttää monimutkaista reittiä virtauksen pysäyttämiseen; ei kosketusta. | Nopeat sovellukset, joissa vaaditaan nollakulumista. |
| Mekaaninen tiiviste | Käyttää kahta erittäin kiillotettua, jousikuormitettua pintaa. | Korkeapaine-, korkealämpötila- ja vähävuotovaatimukset. |
| Magneettinen nestetiiviste | Käyttää magneettista nestettä täydellisen esteen luomiseen. | Korkeapainesovellukset, jotka eivät vaadi vuotoja. |
Tarkkojen etäisyyksien merkitys
Termi "välys" viittaa roottorien välisiin sekä roottorien ja kotelon välisiin pieniin, laskelmoituihin rakoihin. Nämä raot ovat pumpun menestyksen salaisuus. Ne mahdollistavat roottorien pyörimisen suurilla nopeuksilla ilman kitkaa, mikä tarjoaa monia etuja:
Nopea käynnistys
Alhainen virrankulutus
Korkea pumppausnopeus
Alhaiset käyttö- ja ylläpitokustannukset
Näitä välyksiä on kuitenkin hallittava täydellisesti. Käytön aikana pumppu tuottaa lämpöä. Tämä lämpö aiheuttaa metalliosien laajenemisen, jota kutsutaan lämpölaajenemiseksi. Kun roottorit ja kotelo laajenevat, niiden väliset välykset kutistuvat.
Varoitus: Jos välykset pienenevät liian pieniksi lämpölaajenemisen tai väärän kokoonpanon vuoksi, roottorit voivat osua toisiinsa tai koteloon. Tämä johtaa kitkaan, komponenttien vaurioitumiseen, moottorin kuormituksen lisääntymiseen ja mahdolliseen pumpun jumiutumiseen. Liian suuret välykset puolestaan mahdollistavat kaasun vuotamisen takaisin ulostulosta sisääntuloon, mikä heikentää merkittävästi pumpun hyötysuhdetta.
Asianmukainen suunnittelu ja materiaalivalinnat varmistavat, että Roots-tyhjiöpumppu säilyttää optimaalisen välyksen koko käyttölämpötila-alueellaan, mikä tarjoaa luotettavan ja tehokkaan suorituskyvyn.
Järjestelmän kokoonpano: Tuki- vs. monivaihepumput
Roots-pumppu on tehokas tehostin, mutta se ei voi toimia yksinään. Se vaatii tietyn järjestelmäkokoonpanon saavuttaakseen täyden potentiaalinsa. Pumppu siirtää kaasua tehokkaasti, mutta ei purista sitä tarpeeksi päästääkseen sitä suoraan ilmakehään. Tämä rajoitus edellyttää vastapainepumpun tai monivaiheisen järjestelyn käyttöä.
Miksi vastapumppu on välttämätön
Roots-pumppu tarvitsee esipainepumpun poistokaasun käsittelyyn. Esipainepumppu kytketään Roots-pumpun ulostuloon. Se ottaa siirretyn kaasun ja puristaa sen ilmakehän paineeseen, jolloin tyhjiöprosessi viimeistellään. Tämä yhteistyö mahdollistaa järjestelmän tehokkaan syvän tyhjiön saavuttamisen. Esipainepumpun valinta riippuu käyttötarkoituksesta ja halutusta tyhjiötasosta.
Tiesitkö? Esipumppua kutsutaan myös ensisijaiseksi pumpuksi, koska se tekee viimeisen työn kaasun poistamiseksi järjestelmästä.
Yleisiä tukipumppuja ovat:
Kaksivaiheiset kiertolamellipumput
Öljytiivistetyt mekaaniset pumput
Kaksivaiheiset liukuventtiilimekaaniset pumput
Nesterengasvakuumipumput
Miten monivaihepumput toimivat
Erittäin alhaisia paineita vaativissa sovelluksissa insinöörit kytkevät useita pumppuja sarjaan. Tämä luo monivaiheisen Roots-tyhjiöpumppujärjestelmän. Tässä kokoonpanossa ensimmäisen pumpun ulostulo syöttää toisen pumpun sisääntuloon ja niin edelleen. Jokainen peräkkäinen vaihe alentaa painetta entisestään. Ketjun päässä tarvitaan vielä viimeinen vastapumppu kaasun poistamiseksi ilmakehään.
Nämä tehokkaat järjestelmät ovat elintärkeitä korkean teknologian ja vaativille teollisuudenaloille. Keskeisiä sovelluksia ovat:
Puolijohteiden valmistus: Prosesseihin, kuten kemiallinen höyrypinnoitus (CVD), fysikaalinen höyrypinnoitus (PVD) ja etsaus.
Ilmailu: Avaruussimulaatiokammioissa ja komponenttien testauksessa.
Uusi energia: Aurinkopaneelien ja akkujen valmistukseen.
Roots-tyhjiöpumppu erottuu edukseen nopeassa kaasunsiirrossa sisäisen puristuksen sijaan. Sen yksinkertainen, kosketukseton rakenne luo tehokkaan tehostimen puhtaille ja suuren läpimenon sovelluksille. Nykyaikaisissa pumpuissa on nykyään energiatehokkaat moottorit ja älykkäät anturit, mikä nostaa suorituskykyä entisestään vaativilla teollisuudenaloilla, jotka tarvitsevat luotettavia ja tehokkaita tyhjiöjärjestelmiä.
Julkaisuaika: 28.10.2025