A Roots szivattyú két, egymással szemben forgó, karéjos rotor segítségével hoz létre vákuumot. Ezek a rotorok a bemeneti nyílásnál felfogják a gázt, és belső kompresszió nélkül szállítják a szivattyú házán keresztül. A gázmolekulák folyamatos, nagy sebességű átvitele csökkenti a nyomást, megfelelő nyomáshatárolóval akár 10⁻⁵ mbar vákuumot is elérve. A globális vákuumszivattyú-piac folyamatos növekedése kiemeli fontosságát.
Sok kritikus ágazat függ aRoots vákuumszivattyú, beleértve:
• Félvezetőipar: Olyan folyamatokhoz, mint a vékonyréteg-leválasztás és a maratás.
• Vegyipar: Olyan alkalmazásokban, mint a desztilláció és a szárítás.
• Gyógyszeripar: Vákuumszűréshez és fagyasztva szárításhoz.
A Roots vákuumszivattyú belső működése
A Roots vákuumszivattyú egy egyszerű, mégis rendkívül hatékony elven működik. Belső mechanizmusa a gázt a bemenetről a kimenetre mozgatja anélkül, hogy a szivattyúkamrában összenyomná. Ez a folyamat több kulcsfontosságú alkatrész szinkronizált mozgásán alapul, amelyek tökéletes harmóniában működnek.
A négylépéses működési ciklus
A szivattyúzás folyamatos, négylépéses ciklusban történik, amely percenként több ezerszer ismétlődik. A modern rotorok 3000 és 6000 fordulat/perc közötti sebességgel foroghatnak. Ez a nagy sebesség lehetővé teszi a szivattyú számára, hogy nagy mennyiségű gázt nagyon gyorsan mozgasson.
Szívás: Ahogy a két karéjos rotor ellentétes irányba forog, egy üreg nyílik a szivattyú bemeneténél. A vákuumkamrából származó gáz ebbe a táguló térbe áramlik.
Izoláció: A rotor lebenyének vége áthalad a bemeneti nyíláson. Ez a művelet egy meghatározott mennyiségű gázt csapdába ejt a rotor és a szivattyúház között.
Átvitel: A bennrekedt gázzseb ezután a ház belsejében a kimenet felé áramlik. A Roots vákuumszivattyú egyik fő jellemzője, hogy az átvitel során nem nyomja össze ezt a gázt. Ez az érintkezésmentes, olajmentes működés érzéketlenné teszi a kis mennyiségű porra vagy vízgőzre.
Kipufogó: A rotor tovább forog, így a gázzseb a kimenet felé tátong. A gáz ezután kitágul a kipufogócsőbe, ahol egy előszivattyú eltávolítja a rendszerből. Ez a ciklus ismétlődik, folyamatosan mozgatva a gázt a bemenettől a kimenetig, és csökkentve a rendszernyomást.
Megjegyzés: Bár számos gáz esetében rendkívül hatékony, a Roots-szivattyú szívóképessége alacsonyabb a nagyon könnyű gázok, például a hidrogén esetében más szivattyútípusokhoz képest.
Főbb összetevők és funkcióik
A Roots szivattyú megbízható teljesítménye néhány kritikus, nagy pontossággal tervezett alkatrésztől függ.
Rotorok: A szivattyú két egymásba illeszkedő, karéjos rotorral rendelkezik (gyakran nyolcas alakúak). Ezen karéjok alakja vagy profilja közvetlenül befolyásolja a teljesítményt. A különböző kialakítások kompromisszumot kínálnak a szivattyúzási sebesség és a hatékonyság között. A spirális rotorok például segítenek csökkenteni a nyomásingadozást és az üzemi zajt.
| Rotorprofil típusa | Szivattyúzás sebesség előnye | Mennyiségkihasználási arány |
|---|---|---|
| Új ellipszis tréner | 1,5-szer magasabb, mint a felső ellipszis trénernél | Magas |
| Ellipszis tréner felső | Normál teljesítmény | Közeledik az 55%-hoz |
Ház (burkolat): Ez a külső test, amely a rotorokat körülveszi. Úgy tervezték, hogy ellenálljon a vákuumrendszer és a légkör közötti nyomáskülönbségnek. A házhoz és a rotorokhoz használt anyag az alkalmazás korrózióállósági, szilárdsági és költségkövetelményeitől függ.
| Anyag | Főbb előnyök | Gyakori alkalmazások |
|---|---|---|
| Öntöttvas | Nagy szilárdságú, jó kopásállóságú, költséghatékony. | Általános ipari, vegyipari és élelmiszer-feldolgozás. |
| Rozsdamentes acél | Kiváló korrózióállóság, higiéniai tulajdonságok. | Gyógyszeripari, félvezető és orvosi berendezések. |
| Alumíniumötvözet | Könnyű, jó hővezető képességű. | Repülőgépipari, autóipari és hordozható szivattyúrendszerek. |
Vezérműfogaskerekek: A szivattyúkamrán kívül elhelyezkedő vezérműfogaskerekek elengedhetetlenek. Ezek szinkronizálják a két rotort, biztosítva, hogy azok ellentétes irányban forogjanak anélkül, hogy valaha is érintenék egymást vagy a házat. Ez a szinkronizálás alapvető fontosságú a szivattyú érintésmentes működéséhez.
Tengelytömítések: A tömítések megakadályozzák a levegő szivárgását a vákuumkamrába, és megakadályozzák, hogy a kenőanyagok szennyezzék a folyamatot. A tömítés kiválasztása a szükséges vákuumszinttől és az alkalmazástól függ.
| Tömítés típusa | Mechanizmus | Legjobb |
|---|---|---|
| Labirintus pecsét | Komplex utat használ az áramlás megállítására; nincs érintkezés. | Nagy sebességű alkalmazások, ahol a kopásmentesség nem kívánatos. |
| Mechanikus tömítés | Két magasfényűre polírozott, rugós felületet használ. | Nagy nyomás, magas hőmérséklet és alacsony szivárgási igények. |
| Mágneses folyadéktömítés | Mágneses folyadékot használ a tökéletes gát létrehozásához. | Nagyvákuumú alkalmazások, amelyek nulla szivárgást igényelnek. |
A pontos távolságok fontossága
A „hézag” kifejezés a rotorok közötti, valamint a rotorok és a ház közötti apró, kiszámított résekre utal. Ezek a rések a szivattyú sikerének titka. Lehetővé teszik a rotorok nagy sebességű forgását súrlódás nélkül, ami számos előnnyel jár:
Gyors indítás
Alacsony energiafogyasztás
Nagy szivattyúzási sebesség
Alacsony üzemeltetési és karbantartási költségek
Ezeket a hézagokat azonban tökéletesen kell kezelni. Működés közben a szivattyú hőt termel. Ez a hő a fém alkatrészek tágulását okozza, ezt a folyamatot hőtágulásnak nevezik. Ahogy a rotorok és a ház tágulnak, a köztük lévő hézagok csökkennek.
Figyelmeztetés: Ha a hézagok túl kicsivé válnak a hőtágulás vagy a helytelen összeszerelés miatt, a rotorok hozzáérhetnek egymáshoz vagy a házhoz. Ez súrlódáshoz, alkatrészek károsodásához, megnövekedett motorterheléshez és a szivattyú beszorulásához vezethet. Ezzel szemben a túl nagy hézagok lehetővé teszik a gáz visszaszivárgását a kimenettől a bemenetig, ami jelentősen csökkenti a szivattyú hatásfokát.
A megfelelő tervezés és anyagválasztás biztosítja, hogy a Roots vákuumszivattyú optimális hézagokat tartson fenn a teljes üzemi hőmérsékleti tartományában, megbízható és hatékony teljesítményt nyújtva.
Rendszerkonfiguráció: Előszivattyús vs. többfokozatú szivattyúk
A Roots szivattyú egy erőteljes rásegítő, de önmagában nem működhet. A teljes potenciáljának eléréséhez speciális rendszerkonfigurációra van szükség. A szivattyú hatékonyan mozgatja a gázt, de nem sűríti össze annyira, hogy közvetlenül a légkörbe juttassa. Ez a korlátozás előszivattyú vagy többfokozatú elrendezés használatát igényli.
Miért van szükség előszivattyúra?
Egy Roots szivattyúnak előszivattyúra van szüksége a kipufogógáz kezeléséhez. Az előszivattyú a Roots szivattyú kimenetéhez csatlakozik. Felveszi a szállított gázt, és légköri nyomásra összenyomja, ezzel befejezve az evakuálási folyamatot. Ez a partnerség lehetővé teszi a rendszer számára, hogy hatékonyan érjen el mély vákuumot. Az előszivattyú kiválasztása az adott alkalmazástól és a kívánt vákuumszinttől függ.
Tudta? Az előszivattyút elsődleges szivattyúnak is nevezik, mivel ez végzi a gáz eltávolításának végső munkáját a rendszerből.
A hátsó szivattyúk gyakori típusai a következők:
Kétfokozatú forgólapátos szivattyúk
Olajtömítésű mechanikus szivattyúk
Kétfokozatú tolózáras mechanikus szivattyúk
Folyadékgyűrűs vákuumszivattyúk
Hogyan működnek a többfokozatú szivattyúk?
Rendkívül alacsony nyomást igénylő alkalmazásokhoz a mérnökök több szivattyút sorba kapcsolnak. Ez egy többlépcsős Roots vákuumszivattyú rendszert hoz létre. Ebben a beállításban az első szivattyú kimenete a második bemenetébe táplálkozik, és így tovább. Minden egyes egymást követő fokozat tovább csökkenti a nyomást. A lánc végén továbbra is szükség van egy utolsó előszivattyúra, amely a gázt a légkörbe vezeti.
Ezek a nagy teljesítményű rendszerek létfontosságúak a csúcstechnológiás és igényes iparágak számára. A főbb alkalmazások a következők:
Félvezetőgyártás: Olyan eljárásokhoz, mint a kémiai gőzfázisú leválasztás (CVD), a fizikai gőzfázisú leválasztás (PVD) és a maratás.
Repülőgépipar: Űrszimulációs kamrákban és alkatrész-tesztelésben.
Új energia: Napelemek és akkumulátorok gyártásához.
A Roots vákuumszivattyú a belső kompresszió helyett a nagy sebességű gázátvitelben jeleskedik. Egyszerű, érintkezésmentes kialakítása erőteljes rásegítést biztosít a tiszta, nagy áteresztőképességű alkalmazásokhoz. A modern szivattyúk ma már energiatakarékos motorokat és intelligens érzékelőket tartalmaznak, ami még tovább növeli a teljesítményt az igényes iparágak számára, amelyek megbízható és hatékony vákuumrendszereket igényelnek.
Közzététel ideje: 2025. október 28.