Насос Рутса создаёт вакуум с помощью двух вращающихся в противоположных направлениях роторов с лопастями. Эти роторы захватывают газ на входе и транспортируют его по корпусу насоса без внутреннего сжатия. Этот непрерывный высокоскоростной перенос молекул газа снижает давление, достигая вакуума до 10⁻⁵ мбар при надлежащем подпоре. Стабильный рост мирового рынка вакуумных насосов подчёркивает его важность.
Многие критически важные секторы полагаются наВакуумный насос Рутса, включая:
• Полупроводниковая промышленность: для таких процессов, как осаждение тонких пленок и травление.
• Химическая промышленность: в таких процессах, как дистилляция и сушка.
• Фармацевтическая промышленность: для вакуумной фильтрации и сублимационной сушки.
Внутренняя работа вакуумного насоса Рутса
Вакуумный насос Рутса работает по простому, но высокоэффективному принципу. Его внутренний механизм перемещает газ от входного отверстия к выходному, не сжимая его внутри камеры насоса. Этот процесс основан на синхронизированном движении нескольких ключевых компонентов, работающих в идеальной гармонии.
Четырехэтапный операционный цикл
Перекачивание происходит в непрерывном четырёхшаговом цикле, повторяющемся тысячи раз в минуту. Современные роторы могут вращаться со скоростью от 3000 до 6000 об/мин. Такая высокая скорость позволяет насосу очень быстро перекачивать большие объёмы газа.
Впуск: когда два ротора вращаются в противоположных направлениях, на входе насоса образуется промежуток. Газ из вакуумной камеры поступает в этот расширяющийся объём.
Изоляция: Кончик кулачка ротора проходит через впускное отверстие. Это позволяет удерживать определённый объём газа между ротором и корпусом насоса.
Перекачка: захваченный газ затем перемещается по внутренней части корпуса к выходному отверстию. Ключевая особенность вакуумного насоса Рутса заключается в том, что он не сжимает газ во время перекачки. Бесконтактная работа без использования масла делает его нечувствительным к небольшим количествам пыли или водяного пара.
Выхлоп: Ротор продолжает вращаться, открывая газовый карман в выпускном отверстии. Затем газ расширяется и попадает в выпускной трубопровод, где форвакуумный насос удаляет его из системы. Этот цикл повторяется, непрерывно перемещая газ от входа к выходу и снижая давление в системе.
Примечание: Несмотря на высокую эффективность для многих газов, всасывающая способность насоса Рутса ниже для очень легких газов, таких как водород, по сравнению с другими типами насосов.
Ключевые компоненты и их функции
Надежная работа насоса Рутса зависит от нескольких важнейших компонентов, спроектированных с высокой точностью.
Роторы: насос оснащен двумя взаимосвязанными роторами с кулачками (часто имеющими форму восьмёрки). Форма, или профиль, этих кулачков напрямую влияет на производительность. Различные конструкции позволяют добиться компромисса между скоростью перекачки и эффективностью. Например, винтовые роторы помогают снизить пульсации давления и уровень шума.
| Тип профиля ротора | Преимущество в скорости откачки | Коэффициент использования объема |
|---|---|---|
| Новый эллиптический | в 1,5 раза выше, чем верхний эллиптический | Высокий |
| Верхний эллиптический | Стандартная производительность | Приближается к 55% |
Корпус (кожух): внешний корпус, защищающий роторы. Он рассчитан на то, чтобы выдерживать перепады давления между вакуумной системой и атмосферой. Материал, используемый для корпуса и роторов, зависит от требований к коррозионной стойкости, прочности и стоимости.
| Материал | Ключевые преимущества | Распространенные приложения |
|---|---|---|
| Чугун | Высокая прочность, хорошая износостойкость, экономичность. | Общая промышленная, химическая и пищевая переработка. |
| Нержавеющая сталь | Отличная коррозионная стойкость, гигиенические свойства. | Фармацевтическое, полупроводниковое и медицинское оборудование. |
| Алюминиевый сплав | Легкий, хорошая теплопроводность. | Аэрокосмические, автомобильные и переносные насосные системы. |
Распределительные шестерни: Распределительные шестерни, расположенные снаружи насосной камеры, играют важную роль. Они синхронизируют два ротора, обеспечивая их вращение в противоположных направлениях без соприкосновения друг с другом или с корпусом. Эта синхронизация имеет основополагающее значение для бесконтактной работы насоса.
Уплотнения вала: Уплотнения предотвращают попадание воздуха в вакуумную камеру и загрязнение процесса смазочными материалами. Выбор уплотнения зависит от требуемого уровня вакуума и области применения.
| Тип уплотнения | Механизм | Лучше всего подходит для |
|---|---|---|
| Лабиринтная печать | Использует сложный путь для остановки потока; без контакта. | Высокоскоростные применения, где не требуется нулевой износ. |
| Механическое уплотнение | Использует две тщательно отполированные подпружиненные поверхности. | Требования высокого давления, высокой температуры и низкого уровня утечек. |
| Магнитно-жидкостное уплотнение | Использует магнитную жидкость для создания идеального барьера. | Высоковакуумные применения, требующие нулевой утечки. |
Важность точных зазоров
Термин «зазор» относится к малым, рассчитанным зазорам между роторами, а также между роторами и корпусом. Эти зазоры – залог эффективности насоса. Они позволяют роторам вращаться с высокой скоростью без трения, что даёт множество преимуществ:
Быстрый запуск
Низкое энергопотребление
Высокая скорость откачки
Низкие затраты на эксплуатацию и обслуживание
Однако эти зазоры должны быть идеально соблюдены. Во время работы насос выделяет тепло. Под действием тепла металлические компоненты расширяются – этот процесс называется тепловым расширением. По мере расширения роторов и корпуса зазоры между ними уменьшаются.
Внимание: Если зазоры становятся слишком маленькими из-за теплового расширения или неправильной сборки, роторы могут соприкасаться друг с другом или с корпусом. Это приводит к трению, повреждению компонентов, увеличению нагрузки на двигатель и потенциальному заклиниванию насоса. И наоборот, слишком большие зазоры позволяют газу просачиваться обратно из выпускного отверстия во впускное, что значительно снижает эффективность насоса.
Правильная конструкция и выбор материалов гарантируют, что вакуумный насос Рутс сохраняет оптимальные зазоры во всем диапазоне рабочих температур, обеспечивая надежную и эффективную работу.
Конфигурация системы: форвакуумные и многоступенчатые насосы
Насос Рутса — мощный бустер, но он не может работать в одиночку. Для полной реализации его потенциала требуется определённая конфигурация системы. Насос эффективно перекачивает газ, но не сжимает его настолько, чтобы выбрасывать непосредственно в атмосферу. Это ограничение требует использования форвакуумного насоса или многоступенчатой системы.
Зачем нужен форвакуумный насос
Для насоса Рутса необходим форвакуумный насос для отвода отработанного воздуха. Форвакуумный насос подключается к выходу насоса Рутса. Он принимает перекачиваемый газ и сжимает его до атмосферного давления, завершая процесс вакуумирования. Такое взаимодействие позволяет системе эффективно достигать глубокого вакуума. Выбор форвакуумного насоса зависит от конкретной области применения и требуемого уровня вакуума.
Знаете ли вы? Форвакуумный насос также называют первичным насосом, поскольку он выполняет окончательную работу по удалению газа из системы.
К распространенным типам форвакуумных насосов относятся:
Двухступенчатые пластинчато-роторные насосы
Механические насосы с масляным уплотнением
Двухступенчатые механические насосы с золотниковым клапаном
Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы
Как работают многоступенчатые насосы
Для приложений, требующих крайне низкого давления, инженеры подключают несколько насосов последовательно. Это создаёт многоступенчатую систему вакуумных насосов Рутса. В этой системе выход первого насоса поступает во вход второго и так далее. Каждая последующая ступень ещё больше снижает давление. В конце цепи по-прежнему необходим форвакуумный насос для выпуска газа в атмосферу.
Эти мощные системы жизненно важны для высокотехнологичных и требовательных отраслей. Основные области применения:
Производство полупроводников: для таких процессов, как химическое осаждение из паровой фазы (CVD), физическое осаждение из паровой фазы (PVD) и травление.
Авиация и космонавтика: космические имитационные камеры и испытания компонентов.
Новая энергетика: для производства солнечных панелей и аккумуляторов.
Вакуумный насос Рутса отличается высокой скоростью перекачки газа, а не внутренней компрессией. Его простая бесконтактная конструкция создаёт мощный усилитель для чистых и высокопроизводительных применений. Современные насосы теперь оснащены энергоэффективными двигателями и интеллектуальными датчиками, что ещё больше повышает производительность для требовательных отраслей, которым требуются надёжные и эффективные вакуумные системы.
Время публикации: 28 октября 2025 г.