Бустерные насосы для вакуумных систем: конструкция, преимущества и недостатки

В большинстве вакуумных систем, особенно в тех, где камера имеет большую площадь внутренней поверхности, скорость откачки может быть значительно снижена. Так как давление в камере падает до диапазона, в котором молекулы водяного пара на поверхности десорбируются и должны быть откачены. Для обработки такой большой нагрузки пара требуется вакуумный насос, который имеет высокую скорость откачки в диапазоне давлений образования водяного пара. Вакуумный насос, который отвечает этой потребности, - это вакуумный бустерный насос Рутс. В среднем насос Рутса увеличивает скорость откачки системы примерно в 10 раз.

Скачать подборку бстерных насосов для вакуумных систем

Принцип работы бустерного насоса Рутс

Насос Рутса обычно называют бустером, когда он используется для вакуумных применений, и воздуходувкой, когда он используется для применений с низким избыточным давлением.

Вакуумный насос типа Рутс состоит из двух восьмерок в форме лепестков, вращающихся с высокой скоростью внутри статора. Один ротор приводится в движение электродвигателем, а пара зубчатых колес приводит в движение второй ротор так, чтобы ни один из роторов не касался другого. При монтаже или ремонте этих насосов роторы должны быть синхронизированы или “настроены” таким образом, чтобы при запуске и выключении не возникало контакта, когда валы подвергаются наибольшим нагрузкам с крутящим моментом. Для уменьшения развиваемого крутящего момента роторы обычно полые и сбалансированные. Между каждым ротором, а также между роторами и статором имеются зазоры. Внутренняя часть этого вакуумного насоса не смазывается, поэтому он называется “сухим насосом”. 

Поскольку этот одноступенчатый механизм представляет собой сухой насос с негерметичными зазорами в насосной полости, механизм не очень эффективен. Он может иметь степень сжатия всего около 20:1 по сравнению со степенью сжатия роторно-поршневого насоса с масляным уплотнением в районе 100 000:1.

Когда роторы насоса вращаются, они улавливают молекулы газа, поступающие на вход насоса , и этот газ распространяется по внутренней части насоса, захваченный между ротором и внутренней частью статора. Перекачка через центр насоса не происходит, потому что смещенные роторы почти соприкасаются в одной точке. Затем откачанный газ подается в выпускную зону насоса, где форвакуумный насос откачивает его и, в свою очередь, выпускает газ в атмосферу.

Преимущества и недостатки конструкции насосов Рутс

Одним из недостатков механизма насоса Рутс является отсутствие клапанов; другая - зазоры между роторами и статором. Существует также трехлопастная конструкция насосного механизма, он более эффективный, так как уменьшается обратная утечка газа. Как двухлопастные, так и трехлопастные механизмы перекачивают большие объемы газа в основном благодаря высокой скорости вращения.

Если вакуумный бустерный насос типа Рутс используется в качестве отдельного насоса в вакуумной системе, то степень сжатия ограничивает предельное остаточное давление, которое он может создать, примерно до 50 мбар. Это недостаточно низкое давление для большинства вакуумных применений. Из-за низкой степени сжатия насоса Рутс он всегда используется с форвакуумным насосом в вакуумных установках. Форвакуумный насос может быть любой масляный или сухой, самое главное, подходящий по производительности для данного применения.

Бустерные насосы Рутс в сочетании с подходящим форвакуумным насосом улучшит откачку двумя способами:

1. Высокая скорость откачки бустерного насоса, обусловлена быстрой откачкой сухих газов и десорбцией водяного пара.

2. Предельное давление в комбинации насосов будет на десять процентов выше (в десять раз ниже), чем может обеспечить форвакуумный насос отдельно.

Диапазон рабочего давления бустерных насосов Рутс

Если бы бустерный насос Рутс запускался при атмосферном давлении, для его приведения в действие потребовался бы двигатель большой мощности. При атмосферном давлении форвакуумный насос имеет конструкцию и мощность, достаточные для эффективной работы.

Электродвигатель для бустреного насоса рассчитан таким образом, чтобы обеспечить мощность, необходимую после первоначального откачки форвакуумным насосом примерно до 133 мбар или ниже и когда водяной пар начинает десорбироваться с поверхностей. Фактическое начальное давление варьируется в зависимости от объема системы, области применения и производителей. Запуск насоса Рутс при более низком давлении позволяет использовать двигатель меньшего размера, но в этом случае необходимо принять меры предосторожности, чтобы предотвратить работу выше предельного номинального значения давления. При превышении коэффициента давления двигатель будет перегружен и может выйти из строя.

Вакуумные системы с бустерными насосами Рутс

Как правило, большинство вакуумных систем, в которых используется насос Рутс с форвакуумным насосом, откачивают вакуумную камеру непосредственно через бустерный насос. Механизм насоса Рутс вращается вместе с потоком газа при высоких давлениях, а затем начинает перекачивать в заданной точке. Система также может иметь байпасную магистраль вокруг бустерного насоса, чтобы максимизировать начальную откачку от атмосферного давления до точки запуска бустера. При таком давлении перепускные клапаны закроются, чтобы обеспечить прямую откачку через вакуумный бустерный насос.

Насосы Рутс  с меньшей мощности имеют верхний впуск и нижний выпуск, а некоторые из них могут быть установлены непосредственно на форвакуумном насосе с помощью подходящей рамы. Бустерные насосы большей мощности имеют боковой впуск и боковой выпуск и имеют собственное монтажное основание, будь то клиноременный привод или прямой привод.

В системах с очень большими объемами откачки (камеры для моделирования космического пространства) или в приложениях, где происходит большой объем дегазации (дегазация стали), насосная установка или комплекты могут иметь несколько последовательных насосов Рутс с форвакуумным насосом и высоковакуумным насосом. Форвакуумный насос может быть вакуумным насосом с масляным уплотнением или многоступенчатым сухим  более современной конструкции.

Вакуумные бустерные насосы являются чрезвычайно эффективными насосами для сокращения времени откачки, когда необходимо откачать большие объемы газа и / или водяного пара. Механизм довольно прост, и насосы очень надежны при правильном контроле и техническом обслуживании.