Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Насос Рутса — это двухроторный вакуумный насос объёмного действия, в котором газ переносится от входа к выходу двумя синхронно вращающимися профильными роторами без их взаимного касания и без касания корпуса. Понять, как работает насос Рутса, проще всего через три его конструктивные особенности: роторы в форме восьмёрки, синхронизацию валов зубчатой передачей и минимальные бесконтактные зазоры, обеспечивающие сухую безмасляную откачку.
Ниже разобраны устройство и принцип действия насоса Рутса, его ключевые параметры, роль форвакуумного насоса в откачной схеме, диапазоны рабочего вакуума и типичные области применения. Терминология и классификация приведены в соответствии с действующими стандартами вакуумной техники.
По ГОСТ 5197-85 двухроторный вакуумный насос (в англоязычной практике — Roots vacuum pump) определяется как вращательный вакуумный насос, рабочая камера которого образована корпусом и профильными роторами, синхронно вращающимися в противоположных направлениях. В инженерной практике его называют насосом Рутса, механическим бустерным насосом или роторной воздуходувкой.
Насос относится к насосам объёмного действия: откачка выполняется за счёт периодического отсечения и переноса фиксированных объёмов газа, а не за счёт сообщения молекулам направленного импульса, как в кинетических (турбомолекулярных, пароструйных) насосах. Главная особенность насоса Рутса — способность обеспечивать большую быстроту действия при относительно невысоком перепаде давления, поэтому его применяют там, где требуется быстрая откачка больших газовых потоков в области низкого и среднего вакуума.
Насос Рутса не является самостоятельным средством откачки от атмосферы: он повышает быстроту действия откачной системы, работая поверх форвакуумного насоса.
Конструктивно насос представляет собой корпус (статор), внутри которого на двух параллельных валах установлены два одинаковых профильных ротора. Роторы имеют характерное поперечное сечение в форме восьмёрки (двухлопастные); встречаются и трёхлопастные исполнения. Валы связаны синхронизирующей зубчатой передачей, а рабочая (всасывающая) камера отделена от подшипниковых и зубчатых узлов уплотнениями.
Каждый ротор в сечении напоминает цифру «8» и охватывает при повороте объём, ограниченный впадиной ротора и стенкой корпуса. Роторы установлены так, что при вращении их профили обкатываются друг относительно друга, отсекая порцию газа со стороны входа и перенося её к выходу. Профиль лопастей рассчитывается так, чтобы обеспечить непрерывное перекрытие зазора между роторами на всех углах поворота.
Один вал является ведущим — он приводится электродвигателем. Второй вал вращается синхронно с ним за счёт пары зубчатых колёс с передаточным отношением, равным единице, размещённых в отдельной масляной камере привода. Именно синхронизирующие шестерни, а не контакт роторов, задают строгое взаимное положение профилей. Благодаря этому роторы движутся навстречу друг другу, не касаясь ни один другого, ни корпуса.
Между роторами, а также между роторами и корпусом выдержаны минимальные зазоры порядка долей миллиметра. Эти зазоры делают ход бесконтактным и одновременно ограничивают обратное перетекание газа с выхода на вход. Смазка сосредоточена только в подшипниковых и зубчатых узлах и изолирована от всасывающей камеры лабиринтными уплотнениями, поэтому в тракт откачиваемого газа масло не попадает.
При вращении роторов со стороны входного патрубка периодически образуется замкнутый объём, ограниченный впадиной ротора и стенкой корпуса. Этот объём с отсечённой порцией газа переносится к выходному патрубку. По принципу действия насос аналогичен шестерённому насосу с двузубыми колёсами: газ захватывается на входе и перемещается к выходу постоянными порциями.
Важная особенность насоса Рутса — отсутствие внутреннего сжатия и выпускного клапана. Пока перенесённый объём замкнут, газ в нём не сжимается и не расширяется. Сжатие происходит в момент, когда полость сообщается с выходной стороной: газ с более высоким давлением из выпускного тракта устремляется обратно в открывшийся объём, давление в нём скачком выравнивается, после чего порция выталкивается роторами в выпускной патрубок. Такой характер работы называют внешним сжатием.
Поскольку роторы не касаются ни друг друга, ни корпуса, в рабочей камере отсутствует трение. Это позволяет насосу работать на высокой частоте вращения и без смазки в тракте газа. Отсутствие трущихся пар в камере — причина низкого износа и ресурсоёмкости конструкции; герметичность рабочих полостей обеспечивается не притёртыми поверхностями, а малой величиной зазоров.
Из-за отсутствия внутреннего сжатия одиночный насос Рутса не в состоянии выбрасывать газ прямо в атмосферу с приемлемой эффективностью — при большом перепаде давления резко возрастают обратные перетечки и тепловыделение. Поэтому на выходе всегда должен поддерживаться пониженный форвакуум.
Согласно ГОСТ 5197-85 и ГОСТ Р 52615-2006, форвакуумный насос — это вакуумный насос, поддерживающий в выходном сечении основного насоса давление того более высокого вакуума, при котором последний способен обеспечивать заданные параметры откачки. Насос Рутса как раз и является таким «основным» насосом, устанавливаемым поверх форвакуумного (например, пластинчато-роторного, винтового или жидкостно-кольцевого).
Такая двухступенчатая связка называется бустерной. Форвакуумный насос сначала понижает давление в системе до рабочего окна насоса Рутса, а затем насос Рутса резко наращивает быстроту действия связки в области низкого и среднего вакуума. Быстрота действия насоса Рутса, как правило, существенно превышает быстроту форвакуумного насоса, что и даёт выигрыш в скорости откачки.
Прямой пуск насоса Рутса при атмосферном давлении не допускается: перепад давления и потребляемая мощность резко возрастают, роторы перегреваются и расширяются, что грозит их заклиниванием. Ограничение по наибольшему перепаду давления снимается либо предварительной откачкой, либо специальными мерами охлаждения.
Рабочие характеристики вакуумных насосов объёмного действия и методы их измерения регламентированы стандартами (ГОСТ 32974.1-2016, ГОСТ 25663-83, ГОСТ Р 53335-2009, ГОСТ Р 54107-2010). Основные термины даны в ГОСТ 5197-85.
Теоретическая (геометрическая) быстрота действия насоса Рутса определяется объёмом газа, отсекаемым за один цикл, числом циклов за оборот и частотой вращения роторов:
Sгеом = n · z · V0
n
z
V0
V0 = 0,5 л
z = 2
n = 3000 мин⁻¹ = 50 с⁻¹
Sгеом = 50 · 2 · 0,5 = 50 л/с
Степень сжатия насоса Рутса относительно невысока — это ключевая причина, по которой он работает только в связке с форвакуумным насосом. На практике пользуются понятием степени сжатия при нулевом потоке K₀ — отношения давления на выходе к давлению на входе при перекрытом газовом потоке. Величина K₀ зависит от профиля роторов, размеров зазоров и рода откачиваемого газа, поэтому её конкретное значение указывают для данного типоразмера и режима.
Чтобы понять рабочее окно насоса Рутса, полезно опираться на принятую в ГОСТ 5197-85 классификацию степеней вакуума по абсолютному давлению.
Насос Рутса эффективен прежде всего в области низкого и среднего вакуума, где особенно ценится его высокая быстрота действия. При соответствующем подборе форвакуумного насоса и, при необходимости, многоступенчатой компоновке рабочее окно бустерной связки может смещаться в сторону более глубокого вакуума.
Так как роторы вращаются бесконтактно, а смазка вынесена в изолированные подшипниковые и зубчатые узлы, тракт откачиваемого газа остаётся сухим — без масла и масляных паров. Это одно из главных эксплуатационных преимуществ насоса Рутса: откачиваемая среда не загрязняется продуктами смазки, что важно для процессов, чувствительных к чистоте вакуума.
Отсутствие трущихся пар в рабочей камере снижает износ, а симметричные роторы хорошо поддаются динамической балансировке, что способствует устойчивой работе на высокой частоте вращения. При этом из-за внешнего характера сжатия работа насоса сопровождается заметным шумом, а перепад давления на нём приходится ограничивать во избежание перегрева роторов. Малые зазоры требуют защиты газового тракта от попадания твёрдых частиц, способных повредить роторы и корпус.
Насос Рутса применяют там, где требуется быстрая откачка больших объёмов газа в области низкого и среднего вакуума, а также чистая безмасляная среда. Типичные направления использования:
Во всех этих применениях насос Рутса выступает как бустер: он наращивает быстроту действия откачной системы, а окончательный сброс газа к атмосфере берёт на себя форвакуумный насос.
Практические правила работы с насосом Рутса вытекают из его конструктивных особенностей — бесконтактных зазоров, отсутствия внутреннего сжатия и ограничения по перепаду давления.
Конкретные значения допустимого перепада давления, интервалов замены масла и рабочих зазоров зависят от типоразмера и приводятся в эксплуатационной документации на конкретный насос. Их следует брать из паспорта изделия, а не из общих оценок.
Два профильных ротора в форме восьмёрки синхронно вращаются навстречу друг другу в корпусе, не касаясь ни один другого, ни стенок. При вращении они отсекают порции газа со стороны входа и переносят их к выходу. Внутреннего сжатия в замкнутом объёме нет — газ сжимается только при сообщении полости с выпускной стороной.
Взаимное положение роторов задаёт синхронизирующая зубчатая передача с передаточным отношением, равным единице. Она удерживает профили на постоянном расстоянии, поэтому роторы движутся с минимальными зазорами, но без контакта. Герметичность полостей обеспечивается именно малой величиной зазоров, а не притиранием поверхностей.
У насоса Рутса нет внутреннего сжатия и его степень сжатия невелика, поэтому выбрасывать газ прямо в атмосферу он не может. Форвакуумный насос поддерживает на его выходе пониженное давление, при котором насос Рутса работает эффективно, а сам удаляет газ дальше — к атмосфере.
Прямой пуск при атмосферном давлении не рекомендуется: перепад давления и потребляемая мощность резко возрастают, роторы перегреваются и могут заклинить. Сначала давление понижают форвакуумным насосом, и лишь затем вводят в работу насос Рутса.
Пластинчато-роторный насос имеет масляное уплотнение и способен откачивать от атмосферы, но с меньшей быстротой действия. Насос Рутса — сухой бесконтактный бустер с большой быстротой действия, но без внутреннего сжатия; он работает поверх форвакуумного насоса, а не вместо него.
Нет. Смазка сосредоточена в подшипниковых и зубчатых узлах и отделена от всасывающей камеры лабиринтными уплотнениями. Тракт откачиваемого газа остаётся сухим, что и делает откачку безмасляной.
Прежде всего в области низкого и среднего вакуума, где ценится его высокая быстрота действия. По классификации ГОСТ 5197-85 это диапазон примерно от 100 Па и глубже; при подходящем форвакуумном насосе и многоступенчатой компоновке рабочее окно связки смещается в сторону более глубокого вакуума.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.