Использование насосов Рутса в вакуумных системах

Конструкция

Насос Рутса обычно называют бустером при использовании в вакууме и воздуходувкой при работе с избыточным давлением.

Насос Рутса состоит из двух восьмиобразных роторов, вращающихся с высокой скоростью внутри статора. Один ротор приводится в действие электродвигателем, а пара зубчатых передач управляет вторым ротором так, чтобы ни один ротор не касался другого. При сборке или ремонте роторы должны быть синхронизированы таким образом, чтобы при запуске и остановке роторы не цеплялись. Для уменьшения мощности двигателя роторы обычно полые и сбалансированные (рис.4). Между каждым ротором и между роторами и статором имеются зазоры. В его внутренней части не используется смазка, поэтому его называют «сухим насосом». Подшипники на каждом конце роторов и зубчатые передачи смазываются, но не допускается попадание смазки в полость откачки с помощью уплотнений.

Поскольку этот одноступенчатый механизм представляет собой сухой насос с неизолированными зазорами полости, без предварительной откачки его эффективность мала. Он может иметь коэффициент сжатия всего около 20:1, для сравнения, коэффициент сжатия у поршневого с уплотнением маслом около 100 000: 1.

Когда роторы вращаются, они захватывают молекулы газа, поступающие на вход в полость ротора, и этот газ прокатывается вокруг внутренней части, запертой между ротором и внутренней частью статора. В центральной части нет откачки, потому что роторы почти касаются друг друга в этой точки. Затем газ попадает в зону выхлопа Рутса, где форвакуумный насос откачивает его и выводит газ в атмосферу.

Диапазон рабочих давлений

Если бы вакуумный насос Рутса запускался с атмосферного давления, то для его работы потребовался бы очень мощный двигатель. Его электродвигатель рассчитан на мощность, необходимую для работы от 100 Торр или ниже, когда с поверхностей начинает десорбироваться пар. 

Запуск бустера при вакууме позволяет использовать двигатель меньшего размера, но необходимо принять меры предосторожности, чтобы предотвратить работу вакуумного усилителя выше максимального номинального вакуума. Если давление будет превышено, двигатель будет перегружен и может выйти из строя. 

Для предотвращения перегрузки двигателя производители использовали три метода предотвращения перегрузки двигателя: 

• Реле давления, подключенное к регуляторам двигателя.
• Перепускной клапан
• Гидромуфта между двигателем и насосом, предназначенная для проскальзывания, если происходит перегрузка.

а) С помощью реле давления можно контролировать давление запуска насоса Рутса. Его старт со слишком высокого давления может привести к перегреву. Если разность давлений выше рекомендуемого уровня, форвакуумный насос не сможет откачивать бустер, что приведёт к увеличению давления на выхлопе. Так как роторы не касаются стенок статора, они нагреваются и увеличиваются в размерах. Из-за этого зазоры уменьшаются, и может произойти столкновения роторов. Перегрев также может привести к повреждению масляных уплотнений и смазки подшипников. 
б) Предохранительный клапан - это подпружиненный клапан, который открывается, если разность давлений превышает выбранный уровень. Изменение силы пружины позволяет регулировать давление открытия. Когда открывается байпасный клапан, газ под высоким давлением на выхлопе бустера начинает циркулировать на входную сторону насоса. Это «разгружает» его и снижает мощность, потребляемую на безопасном уровне. 
С такой конструкцией бустер может быть запущен при атмосферном давлении, но перепускной клапан не позволит насосу перекачивать большие объемы газа, пока отношение давлений в насосе не закроет перепускной клапан. 

в) для предотвращения перегрузки двигателя некоторые производители используют гидромуфты. Бустерный насос запускается одновременно с форвакуумным, но если перекачивается слишком большой объем газа, то гидромуфта проскальзывает. В результате электродвигатель продолжает работать со скоростью 3600 об/мин, но Рутс работает на холостом ходу, потому что муфта «проскальзывает». 

Обычный насос Рутса, в котором используется реле давления, либо байпасный клапан, доступен как в ременных приводах, так и в версиях с прямым приводом. Ременной привод позволяет регулировать скорость откачки. Необходимо помнить, что эффективность вакуумного насоса Рутса лучше на большей скорости, как правило, они работают со скоростью 3600 об / мин.