En Roots-pumpe skaper et vakuum ved hjelp av to motroterende, lobede rotorer. Disse rotorene fanger gass ved innløpet og transporterer den over pumpehuset uten intern kompresjon. Denne kontinuerlige, høyhastighetsoverføringen av gassmolekyler reduserer trykket, og oppnår vakuum så lave som 10⁻⁵ mbar med riktig støtte. Den jevne veksten i det globale vakuumpumpemarkedet understreker viktigheten av det.
Mange kritiske sektorer er avhengige avRoots vakuumpumpe, inkludert:
• Halvlederindustri: For prosesser som tynnfilmavsetning og etsing.
• Kjemisk industri: I bruksområder som destillasjon og tørking.
• Legemiddelindustri: For vakuumfiltrering og frysetørking.
Den indre virkningen av en Roots-vakuumpumpe
En Roots-vakuumpumpe fungerer etter et enkelt, men svært effektivt prinsipp. Den interne mekanismen flytter gass fra et innløp til et utløp uten å komprimere den inne i pumpekammeret. Denne prosessen er avhengig av den synkroniserte bevegelsen til flere nøkkeldeler som fungerer i perfekt harmoni.
Den firetrinns driftssyklusen
Pumpeoperasjonen skjer i en kontinuerlig fire-trinns syklus som gjentas tusenvis av ganger i minuttet. Moderne rotorer kan rotere med hastigheter fra 3000 til 6000 o/min. Denne høye hastigheten gjør at pumpen kan flytte store mengder gass svært raskt.
Inntak: Når de to lobeformede rotorene roterer i motsatte retninger, åpnes det en lomme ved pumpens innløp. Gass fra vakuumkammeret strømmer inn i dette ekspanderende volumet.
Isolering: Spissen av en rotorlobe passerer innløpsporten. Denne handlingen fanger et bestemt volum gass mellom rotoren og pumpehuset.
Overføring: Den innestengte gasslommen føres deretter over innsiden av huset mot utløpet. En viktig funksjon ved Roots-vakuumpumpen er at den ikke komprimerer denne gassen under overføring. Denne kontaktfrie, oljefrie driften gjør den ufølsom for små mengder støv eller vanndamp.
Eksos: Rotoren fortsetter å rotere, og eksponerer gasslommen for utløpsporten. Gassen ekspanderer deretter inn i eksosledningen, hvor en støttepumpe fjerner den fra systemet. Denne syklusen gjentas, og flytter kontinuerlig gass fra innløpet til utløpet og senker systemtrykket.
Merk: Selv om den er svært effektiv for mange gasser, er sugeevnen til en Roots-pumpe lavere for svært lette gasser som hydrogen sammenlignet med andre pumpetyper.
Nøkkelkomponenter og deres funksjoner
Den pålitelige ytelsen til en Roots-pumpe avhenger av noen få kritiske komponenter som er konstruert med høy presisjon.
Rotorer: Pumpen har to sammenlåsende, lobede rotorer (ofte formet som et åttetall). Formen, eller profilen, på disse lobene påvirker ytelsen direkte. Ulike design gir avveininger mellom pumpehastighet og effektivitet. Spiralformede rotorer bidrar for eksempel til å redusere trykkpulsering og driftsstøy.
| Rotorprofiltype | Fordel med pumpehastighet | Volumutnyttelsesgrad |
|---|---|---|
| Ny elliptisk | 1,5 ganger høyere enn topp elliptisk maskin | Høy |
| Topp elliptisk | Standard ytelse | Nærmer seg 55 % |
Hus (Casing): Dette er det ytre legemet som omslutter rotorene. Det er bygget for å motstå trykkforskjellene mellom vakuumsystemet og atmosfæren. Materialet som brukes til huset og rotorene avhenger av applikasjonens krav til korrosjonsbestandighet, styrke og kostnad.
| Materiale | Viktige fordeler | Vanlige applikasjoner |
|---|---|---|
| Støpejern | Høy styrke, god slitestyrke, kostnadseffektiv. | Generell industri, kjemisk og næringsmiddelforedling. |
| Rustfritt stål | Utmerket korrosjonsbestandighet, hygieniske egenskaper. | Farmasøytisk utstyr, halvlederutstyr og medisinsk utstyr. |
| Aluminiumslegering | Lett, god varmeledningsevne. | Luftfart, bilindustri og bærbare pumpesystemer. |
Registergir: Registergirene er plassert utenfor pumpekammeret og er viktige. De synkroniserer de to rotorene, slik at de roterer i motsatte retninger uten å berøre hverandre eller huset. Denne synkroniseringen er grunnleggende for pumpens berøringsfrie drift.
Akseltetninger: Tetninger hindrer luft i å lekke inn i vakuumkammeret og hindrer smøremidler i å forurense prosessen. Valg av tetning avhenger av ønsket vakuumnivå og bruksområde.
| Tetningstype | Mekanisme | Best for |
|---|---|---|
| Labyrintforsegling | Bruker en kompleks bane for å stoppe strømmen; ingen kontakt. | Høyhastighetsapplikasjoner der null slitasje er nødvendig. |
| Mekanisk tetning | Bruker to høypolerte, fjærbelastede overflater. | Behov for høyt trykk, høy temperatur og lav lekkasje. |
| Magnetisk væsketetning | Bruker en magnetisk væske for å skape en perfekt barriere. | Høyvakuumapplikasjoner som krever null lekkasje. |
Viktigheten av presise klaringer
Begrepet «klaring» refererer til de små, beregnede avstandene mellom rotorene og mellom rotorene og huset. Disse avstandene er hemmeligheten bak pumpens suksess. De lar rotorene rotere med høye hastigheter uten friksjon, noe som gir mange fordeler:
Rask oppstart
Lavt strømforbruk
Høy pumpehastighet
Lave drifts- og vedlikeholdskostnader
Disse avstandene må imidlertid håndteres perfekt. Under drift genererer pumpen varme. Denne varmen får metallkomponentene til å utvide seg, en prosess kjent som termisk ekspansjon. Når rotorene og huset utvider seg, krymper avstandene mellom dem.
Advarsel: Hvis klaringene blir for små på grunn av termisk ekspansjon eller feil montering, kan rotorene komme i kontakt med hverandre eller huset. Dette fører til friksjon, komponentskade, økt motorbelastning og potensiell pumpefastkjøring. Omvendt tillater for store klaringer at gass lekker bakover fra utløpet til innløpet, noe som reduserer pumpens effektivitet betydelig.
Riktig konstruksjon og materialvalg sikrer at en Roots-vakuumpumpe opprettholder optimal klaring i hele driftstemperaturområdet, og gir pålitelig og effektiv ytelse.
Systemkonfigurasjon: Støttepumper vs. flertrinnspumper
En Roots-pumpe er en kraftig booster, men den kan ikke fungere alene. Den krever en spesifikk systemkonfigurasjon for å nå sitt fulle potensial. Pumpen flytter gassen effektivt, men komprimerer den ikke nok til å slippes direkte ut i atmosfæren. Denne begrensningen krever bruk av en støttepumpe eller et flertrinnsarrangement.
Hvorfor en støttepumpe er nødvendig
En Roots-pumpe trenger en støttepumpe for å håndtere eksosen. Støttepumpen kobles til utløpet på Roots-pumpen. Den tar den overførte gassen og komprimerer den til atmosfærisk trykk, og fullfører dermed evakueringsprosessen. Dette partnerskapet gjør at systemet kan oppnå dype vakuum effektivt. Valget av støttepumpe avhenger av den spesifikke applikasjonen og ønsket vakuumnivå.
Visste du at? Støttepumpen kalles også en primærpumpe fordi den gjør det siste arbeidet med å fjerne gass fra systemet.
Vanlige typer støttepumper inkluderer:
To-trinns roterende lamellpumper
Oljeforseglede mekaniske pumper
To-trinns mekaniske pumper med glideventil
Væskeringsvakuumpumper
Hvordan flertrinnspumper fungerer
For applikasjoner som krever ekstremt lavt trykk, kobler ingeniører flere pumper i serie. Dette skaper et flertrinns Roots-vakuumpumpesystem. I dette oppsettet mates utløpet til den første pumpen inn i innløpet til den andre, og så videre. Hvert påfølgende trinn senker trykket ytterligere. En siste støttepumpe er fortsatt nødvendig på slutten av kjeden for å slippe ut gassen til atmosfæren.
Disse kraftige systemene er avgjørende for høyteknologiske og krevende industrier. Viktige bruksområder inkluderer:
Halvlederproduksjon: For prosesser som kjemisk dampavsetning (CVD), fysisk dampavsetning (PVD) og etsning.
Luftfart: Simuleringskamre og komponenttesting i rommet.
Ny energi: For produksjon av solcellepaneler og batterier.
Roots-vakuumpumpen utmerker seg ved høyhastighets gassoverføring i stedet for intern kompresjon. Den enkle, berøringsfrie designen skaper en kraftig booster for rene applikasjoner med høy gjennomstrømning. Moderne pumper integrerer nå energieffektive motorer og smarte sensorer, noe som øker ytelsen ytterligere for krevende industrier som krever pålitelige og effektive vakuumsystemer.
Publisert: 28. oktober 2025