Pompa próżniowa Rootsa działa w oparciu o prostą, ale niezwykle skuteczną zasadę. Jej wewnętrzny mechanizm przemieszcza gaz z wlotu do wylotu bez sprężania go w komorze pompy. Proces ten opiera się na zsynchronizowanym ruchu kilku kluczowych części, które działają w idealnej harmonii.
Czteroetapowy cykl operacyjny
Pompowanie odbywa się w ciągłym, czteroetapowym cyklu, który powtarza się tysiące razy na minutę. Nowoczesne wirniki mogą obracać się z prędkością od 3000 do 6000 obr./min. Ta wysoka prędkość pozwala pompie bardzo szybko tłoczyć duże objętości gazu.
Wlot: Gdy dwa wirniki łopatkowe obracają się w przeciwnych kierunkach, na wlocie pompy otwiera się kieszeń. Gaz z komory próżniowej wpływa do tej rozszerzającej się przestrzeni.
Izolacja: Końcówka łopatki wirnika przechodzi przez otwór wlotowy. To działanie zatrzymuje określoną objętość gazu między wirnikiem a obudową pompy.
Przenoszenie: Uwięziona kieszeń gazu jest następnie przenoszona przez wnętrze obudowy w kierunku wylotu. Kluczową cechą pompy próżniowej Roots jest to, że nie spręża gazu podczas przenoszenia. Ta bezkontaktowa, bezolejowa praca sprawia, że ​​jest ona niewrażliwa na niewielkie ilości pyłu i pary wodnej.
Wydech: Wirnik nadal się obraca, odsłaniając komorę gazu w kierunku portu wylotowego. Gaz rozpręża się następnie do przewodu wydechowego, skąd pompa wstępna usuwa go z układu. Cykl ten powtarza się, stale przemieszczając gaz z wlotu do wylotu i obniżając ciśnienie w układzie.
Uwaga: Mimo wysokiej wydajności w przypadku wielu gazów, zdolność ssania pompy Rootsa jest niższa w przypadku gazów bardzo lekkich, takich jak wodór, w porównaniu z innymi typami pomp.
Kluczowe komponenty i ich funkcje
Niezawodna praca pompy Rootsa opiera się na kilku kluczowych komponentach zaprojektowanych z wysoką precyzją.
Wirniki: Pompa składa się z dwóch zazębiających się wirników z łopatkami (często w kształcie ósemki). Kształt, czyli profil, tych łopatek ma bezpośredni wpływ na wydajność. Różne konstrukcje oferują kompromis między prędkością pompowania a wydajnością. Na przykład wirniki śrubowe pomagają zredukować pulsację ciśnienia i hałas podczas pracy.

Obudowa (Casing): To zewnętrzna część obudowy, która otacza wirniki. Jest ona zbudowana tak, aby wytrzymać różnice ciśnień między systemem próżniowym a atmosferą. Materiał użyty do wykonania obudowy i wirników zależy od wymagań danego zastosowania w zakresie odporności na korozję, wytrzymałości i kosztów.

Koła zębate rozrządu: Znajdujące się poza komorą pompującą, koła zębate rozrządu są niezbędne. Synchronizują one dwa wirniki, zapewniając ich obrót w przeciwnych kierunkach bez stykania się ze sobą ani z obudową. Ta synchronizacja jest kluczowa dla bezkontaktowej pracy pompy.

Uszczelnienia wału: Uszczelnienia zapobiegają przedostawaniu się powietrza do komory próżniowej i zanieczyszczeniu procesu środkami smarnymi. Wybór uszczelnienia zależy od wymaganego poziomu próżni i zastosowania.

Znaczenie precyzyjnych odstępów

Termin „luz” odnosi się do niewielkich, precyzyjnie wymierzonych szczelin między wirnikami oraz między wirnikami a obudową. Szczeliny te są kluczem do sukcesu pompy. Pozwalają one wirnikom obracać się z dużą prędkością bez tarcia, co zapewnia wiele korzyści:
Szybki rozruch
Niskie zużycie energii
Wysoka prędkość pompowania
Niskie koszty eksploatacji i konserwacji
Jednak te luzy muszą być idealnie dobrane. Podczas pracy pompa generuje ciepło. Powoduje ono rozszerzanie się metalowych elementów – proces ten znany jest jako rozszerzalność cieplna. Wraz z rozszerzaniem się wirników i obudowy, luzy między nimi się zmniejszają.
Ostrzeżenie: Jeśli luzy staną się zbyt małe z powodu rozszerzalności cieplnej lub nieprawidłowego montażu, wirniki mogą stykać się ze sobą lub z obudową. Prowadzi to do tarcia, uszkodzenia podzespołów, zwiększonego obciążenia silnika i potencjalnego zatarcia pompy. Z kolei zbyt duże luzy umożliwiają cofanie się gazu z wylotu do wlotu, co znacznie obniża wydajność pompy.
Właściwa konstrukcja i dobór materiałów gwarantują, że pompa próżniowa Roots zachowuje optymalne luzy w całym zakresie temperatur roboczych, zapewniając niezawodną i wydajną pracę.