Насос Рутса створює вакуум за допомогою двох роторів з лопатевою головкою, що обертаються в протилежних напрямках. Ці ротори захоплюють газ на вході та транспортують його через корпус насоса без внутрішнього стиснення. Таке безперервне, високошвидкісне перенесення молекул газу знижує тиск, досягаючи вакууму до 10⁻⁵ мбар за умови належної підтримки. Стабільне зростання світового ринку вакуумних насосів підкреслює його важливість.
Багато критично важливих секторів залежать відВакуумний насос Рутса, включаючи:
• Напівпровідникова промисловість: Для таких процесів, як нанесення тонких плівок та травлення.
• Хімічна промисловість: у таких сферах застосування, як дистиляція та сушіння.
• Фармацевтична промисловість: Для вакуумної фільтрації та сублімаційного сушіння.
Внутрішня робота вакуумного насоса Рутса
Вакуумний насос Рутса працює за простим, але дуже ефективним принципом. Його внутрішній механізм переміщує газ від вхідного отвору до вихідного, не стискаючи його всередині камери насоса. Цей процес базується на синхронізованому русі кількох ключових частин, які працюють у ідеальній гармонії.
Чотириетапний операційний цикл
Накачування відбувається в безперервному чотириетапному циклі, який повторюється тисячі разів на хвилину. Сучасні ротори можуть обертатися зі швидкістю від 3000 до 6000 об/хв. Ця висока швидкість дозволяє насосу дуже швидко переміщувати великі обсяги газу.
Впуск: Оскільки два лопатевих ротора обертаються в протилежних напрямках, на вході насоса відкривається кишеня простору. Газ з вакуумної камери надходить у цей розширюваний об'єм.
Ізоляція: Кінчик лопаті ротора проходить повз вхідний отвір. Ця дія утримує певний об'єм газу між ротором і корпусом насоса.
Перенесення: Захоплена кишеня газу потім переміщується через внутрішню частину корпусу до вихідного отвору. Ключовою особливістю вакуумного насоса Roots є те, що він не стискає цей газ під час перенесення. Така безконтактна робота без використання олії робить його нечутливим до невеликої кількості пилу або водяної пари.
Випуск: Ротор продовжує обертатися, відкриваючи кишеню газу до вихідного отвору. Потім газ розширюється у випускну лінію, де зворотний насос видаляє його із системи. Цей цикл повторюється, безперервно переміщуючи газ від входу до виходу та знижуючи тиск у системі.
Примітка: Хоча насос Рутса є високоефективним для багатьох газів, його всмоктувальна здатність нижча для дуже легких газів, таких як водень, порівняно з іншими типами насосів.
Ключові компоненти та їхні функції
Надійна робота насоса Рутса залежить від кількох критично важливих компонентів, розроблених з високою точністю.
Ротори: Насос має два взаємопов'язані лопатевий ротори (часто у формі вісімки). Форма або профіль цих лопатей безпосередньо впливає на продуктивність. Різні конструкції пропонують компроміси між швидкістю перекачування та ефективністю. Наприклад, гвинтові ротори допомагають зменшити пульсації тиску та робочий шум.
| Тип профілю ротора | Перевага швидкості відкачування | Коефіцієнт використання обсягу |
|---|---|---|
| Роман еліптичний | У 1,5 рази вище, ніж верхній еліптичний тренажер | Високий |
| Верхній еліптичний тренажер | Стандартна продуктивність | Наближається до 55% |
Корпус (оболонка): це зовнішній корпус, який оточує ротори. Він сконструйований так, щоб витримувати різницю тиску між вакуумною системою та атмосферою. Матеріал, що використовується для корпусу та роторів, залежить від вимог застосування щодо стійкості до корозії, міцності та вартості.
| Матеріал | Ключові переваги | Загальні застосування |
|---|---|---|
| Чавун | Висока міцність, хороша зносостійкість, економічно вигідний. | Загальнопромислова, хімічна та харчова промисловість. |
| Нержавіюча сталь | Відмінна стійкість до корозії, гігієнічні властивості. | Фармацевтичне, напівпровідникове та медичне обладнання. |
| Алюмінієвий сплав | Легкий, з хорошою теплопровідністю. | Аерокосмічні, автомобільні та портативні насосні системи. |
Зубчасті шестерні: Розташовані зовні насосної камери, зубчасті шестерні є важливими. Вони синхронізують два ротори, забезпечуючи їхнє обертання в протилежних напрямках, не торкаючись один одного чи корпусу. Ця синхронізація є основоположною для безконтактної роботи насоса.
Ущільнення вала: Ущільнення запобігають потраплянню повітря у вакуумну камеру та забрудненню процесу мастильними матеріалами. Вибір ущільнення залежить від необхідного рівня вакууму та застосування.
| Тип ущільнення | Механізм | Найкраще для |
|---|---|---|
| Лабіринтове ущільнення | Використовує складний шлях для зупинки потоку; без контакту. | Високошвидкісні застосування, де потрібен нульовий знос. |
| Механічне ущільнення | Використовує дві високополіровані, підпружинені грані. | Потреби у високому тиску, високій температурі та низькому витоку. |
| Магнітне ущільнення рідини | Використовує магнітну рідину для створення ідеального бар'єру. | Застосування у високому вакуумі, що вимагає нульового витоку. |
Важливість точних зазорів
Термін «зазор» стосується крихітних, розрахованих зазорів між роторами та між роторами та корпусом. Ці зазори є секретом успіху насоса. Вони дозволяють роторам обертатися з високою швидкістю без тертя, що забезпечує багато переваг:
Швидкий запуск
Низьке енергоспоживання
Висока швидкість відкачування
Низькі витрати на експлуатацію та обслуговування
Однак ці зазори повинні бути ідеально дотримані. Під час роботи насос виділяє тепло. Це тепло призводить до розширення металевих компонентів, процес, відомий як теплове розширення. У міру розширення роторів і корпусу зазори між ними зменшуються.
Попередження: Якщо зазори стають занадто малими через теплове розширення або неправильне складання, ротори можуть контактувати один з одним або з корпусом. Це призводить до тертя, пошкодження компонентів, збільшення навантаження на двигун і потенційного заклинювання насоса. І навпаки, занадто великі зазори дозволяють газу витікати назад від вихідного отвору до вхідного, що значно знижує ефективність насоса.
Правильний вибір конструкції та матеріалів гарантує, що вакуумний насос Roots підтримуватиме оптимальні зазори в усьому діапазоні робочих температур, забезпечуючи надійну та ефективну роботу.
Конфігурація системи: аварійні та багатоступеневі насоси
Насос Рутса — це потужний підсилювач, але він не може працювати самостійно. Для повної реалізації свого потенціалу потрібна специфічна конфігурація системи. Насос ефективно переміщує газ, але не стискає його достатньо, щоб викидати його безпосередньо в атмосферу. Це обмеження вимагає використання зворотного насоса або багатоступеневої конструкції.
Чому потрібен зворотний насос
Насосу Рутса потрібен зворотний насос для обробки вихлопних газів. Зворотний насос підключається до виходу насоса Рутса. Він забирає перекачуваний газ і стискає його до атмосферного тиску, завершуючи процес вакуумування. Таке поєднання дозволяє системі ефективно досягати глибокого вакууму. Вибір зворотного насоса залежить від конкретного застосування та бажаного рівня вакууму.
Чи знаєте ви? Запірний насос також називають первинним насосом, оскільки він виконує останню роботу з видалення газу із системи.
Поширені типи зворотних насосів включають:
Двоступеневі роторно-лопатеві насоси
Механічні насоси з масляним ущільненням
Двоступінчасті механічні насоси з золотниковим клапаном
Рідинно-кільцеві вакуумні насоси
Як працюють багатоступінчасті насоси
Для застосувань, що вимагають надзвичайно низького тиску, інженери послідовно з'єднують кілька насосів. Це створює багатоступеневу систему вакуумного насоса Рутса. У цій схемі вихід першого насоса подає тиск на вхід другого і так далі. Кожен наступний ступінь ще більше знижує тиск. В кінці ланцюга все ще потрібен аварійний насос для відкачування газу в атмосферу.
Ці потужні системи життєво важливі для високотехнологічних та вимогливих галузей промисловості. Ключові застосування включають:
Виробництво напівпровідників: для таких процесів, як хімічне осадження з парової фази (CVD), фізичне осадження з парової фази (PVD) та травлення.
Аерокосмічна галузь: камери для моделювання космосу та випробування компонентів.
Нова енергія: Для виробництва сонячних панелей та акумуляторів.
Вакуумний насос Roots чудово справляється з високошвидкісним переміщенням газу, а не з внутрішнім стисканням. Його проста безконтактна конструкція створює потужний прискорювач для чистих, високопродуктивних застосувань. Сучасні насоси тепер оснащені енергоефективними двигунами та інтелектуальними датчиками, що ще більше підвищує продуктивність для вимогливих галузей промисловості, які потребують надійних та ефективних вакуумних систем.
Час публікації: 28 жовтня 2025 р.