루츠 진공 펌프는 간단하면서도 매우 효과적인 원리로 작동합니다. 내부 메커니즘은 펌프 챔버 내부에서 가스를 압축하지 않고 입구에서 출구로 이동시킵니다. 이 과정은 완벽한 조화를 이루며 작동하는 여러 핵심 부품의 동기화된 움직임에 의존합니다.
4단계 운영 주기
펌핑 작용은 분당 수천 번 반복되는 연속적인 4단계 사이클로 이루어집니다. 최신 로터는 3,000에서 6,000RPM의 속도로 회전할 수 있습니다. 이러한 빠른 속도 덕분에 펌프는 많은 양의 가스를 매우 빠르게 이동할 수 있습니다.
흡입: 두 개의 로브 로터가 반대 방향으로 회전하면서 펌프 입구에 공간이 생깁니다. 진공 챔버의 가스가 이 팽창하는 공간으로 유입됩니다.
격리: 로터 로브의 끝이 흡입구를 통과합니다. 이 작용으로 로터와 펌프 하우징 사이에 일정량의 가스가 가두어집니다.
이송: 갇힌 가스 주머니는 하우징 내부를 지나 배출구 쪽으로 휩쓸려 나갑니다. Roots 진공 펌프의 주요 특징은 이송 중에 가스를 압축하지 않는다는 것입니다. 이러한 비접촉식 무오일 작동 방식은 소량의 먼지나 수증기에도 민감하지 않습니다.
배기: 로터가 계속 회전하면서 가스 포켓이 배출구에 노출됩니다. 가스는 배기 라인으로 팽창하고, 여기서 백킹 펌프가 가스를 시스템에서 제거합니다. 이 사이클이 반복되면서 가스는 입구에서 출구로 계속 이동하고 시스템 압력이 낮아집니다.
참고: 루츠 펌프는 많은 기체에 대해 매우 효율적이지만, 수소와 같은 매우 가벼운 기체의 경우 다른 펌프 유형에 비해 흡입력이 낮습니다.
주요 구성 요소 및 기능
루츠 펌프의 안정적인 성능은 고정밀로 설계된 몇 가지 핵심 구성 요소에 달려 있습니다.
로터: 이 펌프는 두 개의 맞물리는 로브 로터(종종 8자 모양)를 갖추고 있습니다. 이 로브의 모양 또는 프로파일은 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 다양한 설계는 펌핑 속도와 효율 간의 균형을 맞춥니다. 예를 들어, 나선형 로터는 압력 맥동과 작동 소음을 줄이는 데 도움이 됩니다.

하우징(케이싱): 로터를 감싸는 외부 몸체입니다. 진공 시스템과 대기 사이의 압력 차이를 견딜 수 있도록 제작됩니다. 하우징과 로터에 사용되는 소재는 해당 용도의 내식성, 강도 및 비용 요구 사항에 따라 달라집니다.

타이밍 기어: 펌핑 챔버 외부에 위치하는 타이밍 기어는 필수적입니다. 두 로터를 동기화하여 서로 또는 하우징에 닿지 않고 반대 방향으로 회전하도록 합니다. 이러한 동기화는 펌프의 비접촉 작동에 필수적입니다.

샤프트 씰: 씰은 진공 챔버로 공기가 새어 들어가는 것을 방지하고 윤활유가 공정을 오염시키는 것을 방지합니다. 씰의 선택은 필요한 진공 수준과 적용 분야에 따라 달라집니다.

정확한 클리어런스의 중요성

"간격"이란 용어는 로터 사이, 그리고 로터와 하우징 사이의 미세하고 정밀하게 계산된 간격을 의미합니다. 이 간격이 펌프의 성공 비결입니다. 이 간격 덕분에 로터는 마찰 없이 고속으로 회전할 수 있으며, 이는 다음과 같은 여러 장점을 제공합니다.
빠른 시작
낮은 전력 소모
높은 펌핑 속도
낮은 운영 및 유지 관리 비용
하지만 이러한 간극은 완벽하게 관리되어야 합니다. 펌프가 작동하는 동안 열이 발생합니다. 이 열은 금속 부품을 팽창시키는데, 이를 열팽창이라고 합니다. 로터와 하우징이 팽창함에 따라 그 사이의 간극은 줄어듭니다.
경고: 열 팽창이나 잘못된 조립으로 인해 간극이 너무 작아지면 로터가 서로 또는 하우징과 접촉할 수 있습니다. 이로 인해 마찰, 부품 손상, 모터 부하 증가, 그리고 펌프 고착 위험이 발생할 수 있습니다. 반대로, 간극이 너무 크면 가스가 출구에서 입구로 역류하여 펌프 효율이 크게 저하됩니다.
적절한 엔지니어링과 재료 선택을 통해 Roots 진공 펌프는 작동 온도 범위 전체에서 최적의 간극을 유지하여 안정적이고 효율적인 성능을 제공합니다.