پمپ خلاء ریشه: اصل کار، برنامه های کاربردی و راهنمای انتخاب

پمپ وکیوم روتز چیست و چگونه کار می کند؟

الف پمپ وکیوم ریشه - که به آن دمنده یا بوستر پمپ Roots نیز گفته می شود - یک ماشین چرخشی با جابجایی مثبت است که حجم زیادی از گاز را در سطوح خلاء متوسط، معمولاً بین 1 mbar و 100 mbar . برخلاف پمپ های پره ای دوار مهر و موم شده روغنی، کاملاً خشک عمل می کند و برای فرآیندهای حساس به آلودگی ایده آل است.

اصل عملکرد متکی بر دو روتور لوبی شکل هشت شکل است که در همگام سازی دقیق در داخل یک محفظه با تلورانس ضد چرخش هستند. گاز بین هر لوب روتور و دیواره محفظه محبوس می شود، سپس از درگاه ورودی به درگاه خروجی بدون هیچ گونه فشرده سازی در داخل خود پمپ جابجا می شود. از آنجایی که روتورها هرگز به یکدیگر یا بدنه آن برخورد نمی کنند، نیازی به روغن کاری داخلی نیست و سایش حتی در سرعت های چرخشی بالا به حداقل می رسد. 1450 تا 3000 دور در دقیقه .

پمپ Roots به تنهایی نمی تواند از فشار اتمسفر به خلاء عمیق برسد. نسبت تراکم آن در هر مرحله کم است. به همین دلیل است که تقریباً همیشه با یک پمپ پشتی - مانند یک پره دوار، پیچ خشک یا پمپ حلقه مایع - برای کنترل محدوده خلاء خشن جفت می شود. واحد Roots در بالادست قرار می گیرد و زمانی که فشار سیستم از قبل به سمت پنجره عملیاتی پمپ پایین آمده است، توان عملیاتی را به طور چشمگیری افزایش می دهد.

پارامترهای کلیدی عملکرد برای ارزیابی

انتخاب پمپ وکیوم Roots مناسب نیاز به درک روشنی از چندین ویژگی وابسته به هم دارد:

• سرعت پمپاژ (m³/h یا CFM): نرخ جریان حجمی در ورودی. پمپ های ریشه دقیقاً به دلیل سرعت پمپاژ بالای آنها ارزش گذاری می شوند - مدل های صنعتی رایج طیف وسیعی از آنها را شامل می شود 150 m³/h تا بیش از 10000 m³/h .
• فشار نهایی: کمترین فشار قابل دستیابی در ترکیب با پمپ پشتیبان که اغلب به آن می رسد 5 × 10-3 میلی بار در یک آرایش تقویت کننده دو مرحله ای.
• نسبت تراکم: معمولاً 5:1 تا 10:1 در هر مرحله. برای خلاء عمیق تر، می توان از دو مرحله Roots به صورت سری قبل از پمپ پشتی استفاده کرد.
• محدوده فشار ورودی: پمپ نباید در مقابل اتمسفر بدون شیر بای پس یا درایو کنترل فرکانس راه اندازی شود، زیرا اضافه بار موتور می تواند کمتر از 50 میلی بار باشد.
• افزایش دما: از آنجا که فشرده سازی در خروجی رخ می دهد، بدنه پمپ می تواند در حین کار مداوم به طور قابل توجهی گرم شود. بسته به چرخه کار، محفظه های آب خنک یا هوا خنک در دسترس هستند.

جدول زیر یک مقایسه عملکرد معمولی بین پیکربندی های تقویت کننده Roots تک مرحله ای و دو مرحله ای را خلاصه می کند:

کاربردهای صنعتی در سراسر بخش ها

ترکیب پمپ خلاء Roots از توان عملیاتی بالا، عملکرد تمیز و دوام آن را در صنایع مختلف تبدیل کرده است:

تولید نیمه هادی و الکترونیک

رسوب شیمیایی بخار (CVD)، رسوب فیزیکی بخار (PVD) و اتاق های اچینگ همگی به سرعت پمپاژ بالا و خلاء بدون هیدروکربن نیاز دارند. سیستم‌های تقویت‌کننده Dry Roots این الزامات را برآورده می‌کنند، بدون اینکه خطر آلودگی روغن در جریان برگشتی که عملکرد ویفر را از بین ببرد.

داروسازی و فرآوری مواد غذایی

خشک کردن انجمادی (لیوفیلیزاسیون) یکی از پرکاربردترین کاربردهای خلاء در داروسازی است که به سرعت پمپاژ پایدار در محدوده بار پایین تا آب عالی از محصول در دماهای زیر صفر. بوسترهای ریشه جفت شده با پمپ های حلقه مایع راه حل استاندارد هستند، زیرا تحمل بخار آب و عملکرد بدون روغن هر دو بسیار مهم هستند.

متالورژی و عملیات حرارتی

کوره های خلاء برای تف جوشی، بازپخت و لحیم کاری نیاز به پمپاژ سریع از فشار اتمسفر به فشار فرآیند دارند. حجم جابجایی زیاد یک پمپ Roots به طور چشمگیری زمان چرخه را در مقایسه با استفاده از تنها یک پمپ پشتی چرخشی کاهش می دهد و مستقیماً توان عملیاتی و راندمان انرژی در هر دسته را بهبود می بخشد.

تقطیر شیمیایی و پتروشیمی

تقطیر مولکولی ترکیبات حساس به حرارت - اسانس‌ها، اسیدهای چرب، عصاره‌های ویتامین - باید در فشارهای کمتر از 1 میلی‌بار انجام شود تا دمای جوش به اندازه کافی پایین بماند تا از تخریب حرارتی جلوگیری شود. تقویت کننده های ریشه، اغلب در ترتیبات چند مرحله ای، فناوری توانمند برای این بخش شیمی خوب هستند.

پمپ خلاء ریشه در مقابل سایر فن آوری های خلاء

درک اینکه کجا یک پمپ Roots در چشم انداز گسترده تر فناوری خلاء قرار می گیرد به مهندسان کمک می کند تا سیستم صحیح را انتخاب کنند:

• در مقابل پمپ پره ای دوار: پمپ‌های پره‌ای روتاری دارای روغن آب‌بندی هستند و به عنوان واحدهای مستقل برای خلاء متوسط (تا ~ 10-3 میلی‌بار) به خوبی کار می‌کنند. تقویت کننده Roots جلوتر از پمپ پره ای می تواند سرعت پمپاژ موثر را افزایش دهد 5-10× در محدوده خلاء متوسط، به قیمت افزایش پیچیدگی و سرمایه گذاری.
• در مقابل پمپ پیچ خشک: پمپ های پیچ خشک می توانند به طور مستقل از اتمسفر تا خلاء خوب کار کنند و به طور فزاینده ای در کارخانه های نیمه هادی مورد توجه قرار می گیرند. تقویت‌کننده‌های ریشه هنوز هم اغلب در جلوی پمپ‌های پیچی اضافه می‌شوند تا توان عملیاتی را در مرحله خلاء متوسط ​​به حداکثر برسانند.
• در مقابل پمپ حلقه مایع: پمپ های حلقوی مایع با گازهای مرطوب یا متراکم قوی هستند اما به خلاء خشن (معمولاً بالای 20 میلی بار) محدود می شوند. بوسترهای روتز در صورت جفت شدن با یک پمپ پشتی حلقه مایع، محدوده خلاء قابل دستیابی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهند.
• در مقابل پمپ توربومولکولی: پمپ‌های توربومولکولی محدوده خلاء بالا و خلاء فوق‌العاده بالا (زیر 10-3 میلی‌بار) را کنترل می‌کنند، اما خودشان به یک پمپ پشتی روت یا پیچ خشک نیاز دارند. آنها نمی توانند مستقیماً به جو تخلیه شوند.

بنابراین پمپ Roots تقریباً در هر سیستم خلاء صنعتی که فشارهای بین فشار را هدف قرار می دهد، موقعیت میانی بحرانی را اشغال می کند. 1 mbar و 100 mbar ، به عنوان پل با توان بالا بین مراحل خلاء ناهموار و ریز عمل می کند.

بهترین روش‌های تعمیر و نگهداری و حالت‌های رایج خرابی

زیرا روتورها با فاصله های شعاعی و محوری محکم کار می کنند - اغلب به کوچکی 0.1-0.3 میلی متر - حفظ این فاصله ها چالش اصلی در نگهداری پمپ ریشه است.

• تعویض روغن دنده: چرخ دنده های زمان بندی در روکش های جانبی به طور جداگانه از مسیر گاز روغن کاری می شوند. روغن باید هر بار عوض بشه 2000 تا 4000 ساعت کار بسته به مشخصات سازنده و سطح آلودگی فرآیند.
• بازرسی مهر و موم شفت: مهر و موم لبه یا مهر و موم لابیرنت از مهاجرت گاز فرآیند به محفظه چرخ دنده و بالعکس جلوگیری می کند. سیل های فرسوده باعث آلودگی متقاطع و کاهش عملکرد پمپاژ می شوند.
• رسوبات روتور: در فرآیندهایی که شامل بخارات متراکم شونده یا گازهای واکنشی هستند، رسوبات می توانند بر روی سطوح روتور تجمع کنند، فاصله ها را باریک کرده و در نهایت باعث تماس روتور - یک شکست فاجعه بار - شود. شستشوی دوره ای با حلال یا پاکسازی نیتروژن خشک می تواند از تجمع جلوگیری کند.
• نظارت بر لرزش بلبرینگ: ارتعاش بالا که از طریق شتاب‌سنج روی بدنه یاتاقان اندازه‌گیری می‌شود، یک نشانگر هشدار اولیه از سایش یاتاقان، عدم تعادل روتور یا بلعیدن زباله است.
• عملکرد شیر بای پس: شیر ضد مکش یا بای پس باید در هر سرویس برنامه ریزی شده بررسی شود تا اطمینان حاصل شود که پمپ Roots هرگز در برابر یک سیستم بسته بالاتر از حداکثر فشار ورودی خود راه اندازی نمی شود.

با تعمیر و نگهداری مناسب، یک پمپ خلاء Roots به خوبی مشخص شده می تواند ارائه دهد بیش از 20000 ساعت خدمات قابل اعتماد قبل از نیاز به تعمیر اساسی، آن را به یکی از مقرون به صرفه ترین راه حل های خلاء در طول چرخه عمر خود تبدیل می کند.