Bơm chân không Roots hoạt động theo nguyên lý đơn giản nhưng hiệu quả cao. Cơ chế bên trong của nó di chuyển khí từ đầu vào đến đầu ra mà không nén khí bên trong buồng bơm. Quá trình này dựa trên chuyển động đồng bộ của nhiều bộ phận chính hoạt động hoàn hảo, nhịp nhàng.
Chu trình vận hành bốn bước
Hoạt động bơm diễn ra theo chu trình bốn bước liên tục, lặp lại hàng nghìn lần mỗi phút. Các rotor hiện đại có thể quay với tốc độ từ 3.000 đến 6.000 vòng/phút. Tốc độ cao này cho phép bơm di chuyển khối lượng khí lớn rất nhanh.
Đầu vào: Khi hai rotor thùy quay ngược chiều nhau, một khoang không gian mở ra ở cửa vào của bơm. Khí từ buồng chân không chảy vào thể tích đang giãn nở này.
Cách ly: Đầu của thùy rotor đi qua cửa nạp. Hành động này giữ lại một lượng khí nhất định giữa rotor và vỏ bơm.
Vận chuyển: Túi khí bị giữ lại sau đó được quét qua bên trong vỏ máy về phía cửa thoát. Một tính năng chính của bơm chân không Roots là nó không nén khí này trong quá trình vận chuyển. Hoạt động không tiếp xúc, không dầu này giúp máy không bị ảnh hưởng bởi một lượng nhỏ bụi hoặc hơi nước.
Xả: Rotor tiếp tục quay, để lộ túi khí ra cổng xả. Khí sau đó giãn nở vào đường ống xả, tại đó một bơm hỗ trợ sẽ hút khí ra khỏi hệ thống. Chu trình này lặp lại, liên tục di chuyển khí từ đầu vào đến đầu ra và giảm áp suất hệ thống.
Lưu ý: Mặc dù có hiệu quả cao đối với nhiều loại khí, khả năng hút của máy bơm Roots lại thấp hơn đối với các loại khí rất nhẹ như hydro khi so sánh với các loại máy bơm khác.
Các thành phần chính và chức năng của chúng
Hiệu suất đáng tin cậy của máy bơm Roots phụ thuộc vào một số thành phần quan trọng được thiết kế với độ chính xác cao.
Rotor: Máy bơm có hai rotor lồng vào nhau, hình thù giống hình số tám. Hình dạng, hay cấu hình, của các rotor này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất. Các thiết kế khác nhau mang đến sự cân bằng giữa tốc độ bơm và hiệu suất. Ví dụ, rotor xoắn ốc giúp giảm xung áp suất và tiếng ồn khi vận hành.

Vỏ (Case): Đây là phần thân ngoài bao bọc rotor. Nó được chế tạo để chịu được chênh lệch áp suất giữa hệ thống chân không và khí quyển. Vật liệu được sử dụng cho vỏ và rotor phụ thuộc vào nhu cầu về khả năng chống ăn mòn, độ bền và chi phí của ứng dụng.

Bánh răng định thời: Nằm bên ngoài buồng bơm, bánh răng định thời rất quan trọng. Chúng đồng bộ hóa hai rotor, đảm bảo chúng quay ngược chiều nhau mà không bao giờ chạm vào nhau hoặc vỏ bơm. Sự đồng bộ này là nền tảng cho hoạt động không tiếp xúc của bơm.

Phớt trục: Phớt ngăn không khí rò rỉ vào buồng chân không và ngăn chất bôi trơn làm nhiễm bẩn quy trình. Việc lựa chọn phớt tùy thuộc vào mức độ chân không và ứng dụng cần thiết.

Tầm quan trọng của việc giải phóng mặt bằng chính xác

Thuật ngữ "khoảng hở" dùng để chỉ những khoảng hở nhỏ, được tính toán kỹ lưỡng giữa các rotor và giữa rotor với vỏ bơm. Những khoảng hở này là bí quyết thành công của bơm. Chúng cho phép rotor quay ở tốc độ cao mà không bị ma sát, mang lại nhiều lợi thế:
Khởi động nhanh
Tiêu thụ điện năng thấp
Tốc độ bơm cao
Chi phí vận hành và bảo trì thấp
Tuy nhiên, những khe hở này phải được quản lý hoàn hảo. Trong quá trình vận hành, máy bơm sinh ra nhiệt. Nhiệt này khiến các bộ phận kim loại giãn nở, một quá trình được gọi là giãn nở nhiệt. Khi rotor và vỏ bơm giãn nở, khe hở giữa chúng co lại.
Cảnh báo: Nếu khe hở quá nhỏ do giãn nở nhiệt hoặc lắp ráp không đúng cách, các rotor có thể tiếp xúc với nhau hoặc với vỏ bơm. Điều này dẫn đến ma sát, hư hỏng linh kiện, tăng tải động cơ và nguy cơ kẹt bơm. Ngược lại, khe hở quá lớn sẽ khiến khí rò rỉ ngược từ đầu ra vào đầu vào, làm giảm nghiêm trọng hiệu suất của bơm.
Kỹ thuật và lựa chọn vật liệu phù hợp đảm bảo máy bơm chân không Roots duy trì khoảng cách tối ưu trong phạm vi nhiệt độ hoạt động, mang lại hiệu suất đáng tin cậy và hiệu quả.