پمپ های خلاء بالا

نمایش تمام سازندگان پمپ های خلاء بالا

پمپ های خلاء بالا تخلیه محفظه ها یا سیستم ها را در محدوده فشار با خلاء بالا (10-3 تا 10-8 torr ) یا خلاء فوق العاده بالا (<10-8 torr ) فراهم می کنند. پمپ های مکانیکی و ژنراتورهای ونتوری در محدوده خلاء متوسط ​​تا خشن کار می کنند.

انواع پمپ های خلاء بالا

تعدادی طرح پمپ ساخته شده است که می تواند خلاءهای بالا یا فوق العاده بالا ایجاد کند. هر یک از این انواع با استفاده از اصل انتقال گاز یا جذب گاز عمل می کنند. خلاصه ای از انواع آن در جدول زیر آمده است:

مقایسه مشخصات پمپ خلاء بالا 

انتقال گاز

پمپ های خلاء که بر اساس اصل انتقال گاز کار می کنند با حرکت گازها در پمپ خلاء ایجاد می کنند. این پمپ ها را می توان به طور مداوم بدون نیاز به بازسازی استفاده کرد. تمام پمپ های انتقال گاز یا جابجایی مثبت یا جنبشی (انتقال مومنتوم) هستند. پمپ های جابجایی مثبت (گاز جابجایی) گاز را از مناطق مهر و موم شده به اتمسفر به مرحله پمپ پایین دست جابجا می کند. پمپ های جنبشی با شتاب دادن به گاز در جهت پمپاژ، به صورت مکانیکی (پمپ های خلاء مکانیکی) یا از طریق جریان بخار مجاور (پمپ های خلاء جت ونتوری) گاز را جابجا می کنند.

پمپ‌های توربومولکولی از یک دیسک چرخان با یک سری روتور و استاتورهای ثابت جریان و تثبیت کننده جریان استفاده می‌کنند تا حرکتی ترجیحی به مولکول‌های گاز داده و جریان مولکولی را از طریق پمپ ایجاد کنند. محور محرک دیسک ممکن است در سرعت های 25000 تا 90000 دور در دقیقه کار کند. آنها اغلب به عنوان "خفاش های مولکولی" توصیف می شوند. آنها همچنین به عنوان توربین های جریان محوری شناخته می شوند. پمپ های توربومولکولی می توانند در یک سیستم مناسب به محدوده 10-10 Torr پمپ کنند و به عنوان اسب های کار با فناوری خلاء بالا شناخته می شوند. 

پمپ‌های درگ مولکولی (که پمپ‌های مولکولی یا پمپ‌های درگ نیز نامیده می‌شوند) شبیه پمپ‌های توربومولکولی هستند، به جز یک درام روتور با سطح برآمدگی و استاتور استوانه‌ای به جای پره‌های استاتور و روتور برای ایجاد حرکت ترجیحی به مولکول‌های گاز و ایجاد جریان مولکولی استفاده می‌شود. از طریق پمپ از طریق این مکانیسم، مولکول‌های گاز به صورت فیزیکی در امتداد سطح کشیده می‌شوند، از این رو پمپ مولکولی «کشیدن» نامیده می‌شود. این پمپ ها تنها می توانند به فشار نهایی تا 10-6 Torr برسند . این پمپ ها در کاربردهایی با رسانایی محدود (افت فشار یا مقاومت در سیستم) و برای عملیات دوچرخه سواری مکرر استفاده می شوند.

نکته انتخاب : پمپ‌های درگ با فشار ورودی چندین تور بیشتر از پمپ‌های توربو شروع به پمپاژ می‌کنند و برای کارکرد کامل به فشار پشتی پایینی نیاز ندارند. آنها همچنین دارای سرعت پمپاژ بسیار کمتری نسبت به پمپ های توربومولکولی با اندازه ورودی یکسان هستند.

پمپ‌های توربو/درگ ، پمپ‌های خلاء هیبریدی هستند که ویژگی‌های طراحی پمپ‌های توربومولکولی و درگ مولکولی را ترکیب می‌کنند. این پمپ‌ها با استفاده از ترکیبی از تیغه‌ها و درام‌های پشته‌دار، برای مهار قدرت هر دو نوع پمپ ساخته می‌شوند: یعنی فشار نهایی پایین‌تر پمپ توربو و اجازه پمپ درگ برای فشار پشتی بالاتر.

گاز گرفتن

پمپ های خلاء که بر اساس اصل جذب گاز یا اتصال گاز کار می کنند با گرفتن فیزیکی مولکول های گاز خلاء ایجاد می کنند و آنها را در حالت یخ زده نگه می دارند. این پمپ ها معمولاً دارای قطعات متحرک کمتری نسبت به پمپ های انتقال گاز هستند، اما باید به طور دوره ای بازسازی شوند، زیرا با گذشت زمان از مواد جذب شده اشباع می شوند.

پمپ های انتشار

پمپ های انتشار (که به درستی پمپ های جت گاز نامیده می شوند) از جت های بخار انتشاری با سرعت بالا برای انتقال تکانه و جارو کردن مولکول های گاز از سیستم استفاده می کنند. آنها از جمله پرکاربردترین پمپ های خلاء بالا هستند. پمپ های دیفیوژن بسیار قابل اعتماد هستند، قطعات متحرک ندارند و عمر طولانی دارند. آنها بالاترین سرعت پمپاژ را برای گازهای سبکتر مانند هلیوم و هیدروژن فراهم می کنند. آلودگی فرآیند و جریان برگشتی روغن در پمپ‌های پخش روغن می‌تواند مشکل ساز باشد، اما می‌توان از بافل و تله برای کاهش آن استفاده کرد. این پمپ ها می توانند در شرایط مناسب به خلاء نهایی 10-10 torr برسند .

در پمپ های انتشار روغن، روغن به بخار گرم می شود و به جریان گاز هدایت می شود. این بخار روغن، مولکول‌های گاز را به داخل می‌برد و آنها را قبل از تغلیظ مجدد به داخل دیگ، به درگاه خط مقدم به سمت پمپ پشتی هدایت می‌کند.

پمپ های یونی

پمپ های یونی انتخاب اصلی برای اکثر سیستم های خلاء فوق العاده بالا هستند. آنها عملکرد تمیز، خشک و بدون لرزش را در محدوده خلاء 10 -6 تا 10 -11 Torr ارائه می کنند. این پمپ ها از فرآیند کندوپاش برای یونیزه کردن مولکول های گاز از طریق برخورد با الکترون ها استفاده می کنند. سپس مولکول های گاز یونیزه شده به سمت صفحات گیرنده ساخته شده از تیتانیوم یا تانتالیوم کشیده می شوند و روی آنها قرار می گیرند.

پمپ های برودتی

پمپ های برودتی (همچنین به عنوان پمپ های سرمایی شناخته می شوند) از سطوح بسیار سرد (دمای نیتروژن مایع و هلیوم مایع) استفاده می کنند که مولکول های گاز را با انجماد یا به دام انداختن آنها جذب می کنند. خطاهای عملیاتی با این پمپ ها کمتر است، زیرا افزایش دما و توقف موقت عمل پمپاژ تنها پیامدهای بارگذاری بیش از حد محفظه خلاء است. پمپ های برودتی می توانند با نیروی نسبتاً بالا یا فشار اگزوز کار کنند. پمپ های برودتی باید به صورت دوره ای تولید شوند تا گازهای یخ زده یا به دام افتاده را پاکسازی کنند. آنها به ویژه برای پمپاژ گازهای اتمسفر و بخارات با نقطه ذوب بالا (H2O) در محدوده 10-6 تا 10-9 Torr مناسب هستند. آنها معمولاً در فرآیندهای نیمه هادی غیر تهاجمی استفاده می شوند که در آن عملیات بدون روغن و سرعت پمپاژ بالا ضروری است.

پمپ های کرایوسورپشن

پمپ‌های انجماد، مولکول‌های گاز را با جذب روی سطح سرد یک غربال مولکولی از یک حجم خارج می‌کنند. این غربال های مولکولی به گونه ای طراحی شده اند که نسبت سطح به حجم زیادی داشته باشند تا سطح جذب را به حداکثر برسانند. پمپ های انجماد منفرد می توانند فشار نهایی 10-4 Torr را در عرض چند دقیقه به دست آورند ، اما باید پس از هر بار استفاده مجدداً بازسازی شوند. این پمپ های ساده کم هزینه و کاملا خشک هستند. پمپ های کرایوسورپشن مستقل به عنوان پمپ های خشن یا پشتیبان برای پمپ های خلاء بالا استفاده می شوند، اما خلاء های بالاتر را نیز می توان با استفاده از چندین واحد به صورت سری به دست آورد.

پمپ های گیر

پمپ‌های گتر، مولکول‌های گاز را در یک گتر (رسوبی از مواد واکنش‌دهنده) به منظور جذب یا گرفتن مولکول‌ها و قرار دادن آن‌ها بر روی دیواره بیرونی سرد محفظه، وارد می‌کنند. پمپ‌های گیرنده تبخیری، از جمله پمپ‌های سابلیمیشن تیتانیوم (TSP)، از گیره‌هایی استفاده می‌کنند که تا نقطه تبخیر یا تصعید گرم می‌شوند، جایی که متعاقباً روی سطح محفظه متراکم می‌شوند. پمپ های جذب غیر تبخیری (NEG) از گیرنده هایی استفاده می کنند که در حالت جامد به عنوان گلوله یا لایه های نازک باقی می مانند و یک ماتریس متخلخل با سطح وسیعی را برای حباب فراهم می کنند. پمپ های گاتر پمپاژ بسیار مقرون به صرفه و فشرده را در بسیاری از کاربردها در صورت استفاده صحیح ارائه می دهند.

فناوری پمپ مکانیکی

برخی از پمپ های مکانیکی، هنگامی که توسط یک پمپ پشتی پشتیبانی می شوند، همچنین قادر به دستیابی به فشار در ناحیه خلاء بالا هستند. انواع پمپ های مکانیکی با خلاء بالا عبارتند از دمنده های احیا کننده، پیستونی دوار، پره های چرخشی و پمپ های اسکرول.

پشتیبان پمپ های خلاء

پمپ های خلاء "پشتیبان" یکپارچه، که پمپ های خشن نیز نامیده می شوند، پمپ هایی هستند که به طور خاص برای پشتیبانی از پمپ های خلاء بالا طراحی شده اند. سیستم‌های پمپ خلاء بالا ممکن است شامل یا حاوی یک پمپ زبر باشند که متناسب با الزامات پشتیبان پمپ اولیه (خلاء بالا) طراحی شده باشد. در بسیاری از موارد، پمپ های پشتیبان باید جدا از پمپ های با خلاء بالا تهیه شوند، در این صورت انتخاب پمپ پشتیبان باید با کاربرد و الزامات عملکرد پمپ خلاء بالا خریداری شده مطابقت داشته باشد.

مشخصات

تعدادی مشخصات مهم برای تامین منبع پمپ های خلاء بالا توسط سازندگان ارائه شده است.

عملکرد

مشخصات عملکرد قابلیت های عملکرد پمپ های خلاء بالا را مشخص می کند.

خلاء عملیاتی نهایی (حداکثر) یا فشار نهایی کمترین فشاری است که پمپ خلاء می تواند ایجاد کند (معمولاً در یک زمان تعیین شده). خریداران باید به شرایط یا مفروضات مورد استفاده برای به دست آوردن این مقدار توجه داشته باشند، زیرا تولیدکنندگان ممکن است این رتبه بندی را با استفاده از مفروضاتی ارائه کنند که در شرایط عملیاتی معمولی واقعی نیستند (مثلاً نادیده گرفتن فشار گازهای متراکم شونده مانند بخار آب). رتبه بندی های خلاء که از استاندارد ISO 21360-1 پیروی می کنند، از روش های استاندارد برای اندازه گیری عملکرد پمپ خلاء پیروی می کنند.

سرعت پمپاژ یا جریان خلاء نرخ حجمی است که در آن مولکول‌های گاز از محفظه خلاء خارج می‌شوند که معمولاً بر حسب فوت 3 در دقیقه (cfm)، m3 / s، L/min یا gal/min (gpm) داده می‌شود. به صورت ریاضی با معادله تعریف می شود:

S = Q/P

در جایی که S سرعت پمپاژ است، Q توان عملیاتی بار گاز (که در زیر توضیح داده شده است) و P فشار جزئی گاز در ورودی پمپ یا نزدیک آن است. حداکثر سرعت پمپاژ قابل دستیابی یک پمپ (در کل محدوده فشار آن) همیشه به عنوان سرعت پمپاژ نامی آن نامیده می شود و سرعت پمپاژ ذکر شده توسط سازندگان معمولاً به STP (دما و فشار استاندارد) اشاره می شود. سرعت پمپاژ باید مطابق با نیازهای برنامه باشد که به حجم محفظه سیستم، دفع و بارهای گاز فرآیند بستگی دارد. به خاطر داشته باشید که سرعت خود پمپ به ندرت سرعت پمپاژ واقعی در محفظه سیستم است. در دمنده ها و پمپ های خلاء با جابجایی غیرمثبت سرعت نیز با نوع ماده گاز متفاوت است.

نکته انتخاب: سرعت پمپاژ به طور کلی در شرایط ایده‌آل مشابه فشار نهایی (حداقل حجم، درست در ورودی پمپ، کمترین نرخ خروج گاز ممکن و غیره) تعریف می‌شود. هنگام در نظر گرفتن این مشخصات برای ارزیابی عملکرد پمپ باید روی این جزئیات دقت شود. 

خروجی یا بار گاز مقدار گازی است (یعنی حجم گاز در فشار مشخص) که در یک زمان مشخص از ورودی پمپ عبور می کند. در واحدهای SI، توان عملیاتی اغلب بر حسب Pa-m 3 /s داده می شود. انرژی مورد نیاز برای انتقال مولکول های گاز را در یک صفحه در سیستم یا محفظه تعریف می کند. در یک دمای مشخص، توان عملیاتی متناسب با دبی جرمی پمپ است. هنگام بحث در مورد نشت سیستم یا جریان برگشتی، توان عملیاتی همچنین می تواند به نرخ نشت حجم ضرب در فشار در سمت خلاء نشت اشاره کند. این میزان نشتی را می توان با توان خروجی پمپ مقایسه کرد.

منحنی سرعت پمپاژ در مقابل فشار نشان می دهد که چگونه فشار تولید شده توسط پمپ خلاء با سرعت پمپاژ تغییر می کند. عملکرد پمپ را در سراسر محدوده کاربرد احتمالی آن توصیف می کند و به کاربران امکان می دهد توانایی پمپ را در شرایط کاری خاص برای گازهای مختلف ارزیابی کنند. یک پمپ خلاء بالا ممکن است منحنی عملکردی مانند این داشته باشد:

منحنی های عملکرد پمپ توربومولکولی برای گازهای مختلف

قدرت موتور یک مقدار مرجع است که برای مشخص کردن اندازه پمپ خلاء استفاده می شود. پمپ های خلاء در تعدادی از منابع انرژی مختلف از جمله هوای فشرده، برق DC، برق متناوب تک فاز یا سه فاز یا احتراق داخلی در دسترس هستند. پمپ های درایو مغناطیسی که با برق AC یا DC هدایت می شوند، پمپ های ویژه ای هستند که امکان ساخت و ساز بدون آب بندی را برای از بین بردن آلودگی روغن سیال در پمپ فراهم می کنند.

روغن کاری

پمپ های خلاء بالا ممکن است بر اساس روش روانکاری یا خشک (بدون روغن) یا آب بندی روغن باشند.

پمپ‌های خشک یا بدون روغن از یاتاقان‌های مهر و موم شده یا سایر فناوری‌های جداسازی برای حذف روغن در قطار سیال استفاده می‌کنند. برخی از پمپ های خشک از یاتاقان های روغن کاری شده استفاده می کنند، بنابراین آنها همیشه واقعاً بدون روغن نیستند. با این حال، آنها پتانسیل آلودگی روغن را در سیستم به حداقل می‌رسانند زیرا برای آب‌بندی به روغن متکی نیستند. پمپ های خشک نسبت به انواع دیگر تحمل بیشتری نسبت به ذرات و بخارات دارند. بیشتر پمپ‌های خلاء بالا (علاوه بر پمپ‌های دیفیوژن، پره‌های چرخشی و پیستونی دوار) پمپ‌های خشک هستند.

پمپ های مرطوب یا روغن بند از روغن برای روانکاری و آب بندی یاتاقان ها و قطعات استفاده می کنند. این نوع پمپ ها ممکن است مقدار کمی روغن را به محفظه جریان نشت کنند و در صورت ایجاد مشکل آلودگی روغن نباید از آنها استفاده شود. پمپ های دیفیوژن، پره های دوار و پیستونی دوار نمونه هایی از پمپ های مرطوب با خلاء بالا هستند. انواع مختلفی از روان کننده ها موجود است. خواصی که در انتخاب باید در نظر گرفته شوند عبارتند از روانکاری، پایداری شیمیایی، ویسکوزیته و سازگاری مواد. همچنین تعدادی از سبک های روانکاری برای پمپ های روغنی وجود دارد:

• سبک های روانکاری پاشیدن روغن روی اجزای حمام روغن پاشیده می شود.

• روانکاری روغنی که در برخی از سبک های پمپ مکانیکی استفاده می شود، شامل کاربرد سنگین روغن برای قطعات متحرک است. در پمپ هایی که این سبک روانکاری را در خود جای داده اند، احتمال آلودگی روغن وجود دارد.

• سبک های فشار مثبت فشار روغن را برای بالاترین سطح روانکاری حفظ می کنند.

نصب

بر اساس ساختار و وزن، پمپ های خلاء را می توان به روش های مختلفی نصب کرد. سبک نصب مورد نیاز به محل پمپ و کاربرد آن بستگی دارد.

نصب روی میز برای پمپ هایی به اندازه کافی کوچک برای نصب یا قرار دادن روی نیمکت یا میز استفاده می شود. این مدل ها ممکن است قابل حمل نیز باشند.

چرخ دستی ها یا سایر پایه های قابل حمل شامل چرخ ها، چرخ ها یا قاب هایی هستند که به راحتی قابل جابجایی هستند برای جابجایی مکرر پمپ.

پمپ های خلاء بزرگتر ممکن است روی زمین یا روی لغزنده قرار گیرند .

نصب دائمی با سیستم ها یا ایستگاه های بسیار بزرگ که به طور دائم در یک مکان نصب می شوند استفاده می شود.

پیکربندی

پمپ های وکیوم را می توان در تعدادی پیکربندی مختلف بسته به نیاز مشتری خریداری کرد.

پمپ های خلاء مجزا معمولاً برای قرار دادن در سیستم یا فرآیند بزرگتر استفاده می شوند. هنگامی که یک پمپ خلاء بالا به صورت جداگانه خریداری می شود، یک پمپ پشتیبان که الزامات عملکرد آن را برآورده می کند باید به طور جداگانه خریداری یا خریداری شود تا سیستم کامل شود.

واحدهای پمپاژ خلاء از دو یا چند پمپ یا مرحله با استفاده از فناوری های مختلف تشکیل شده است که برای افزایش ظرفیت یا بهره مندی از ویژگی های هر نوع به هم متصل یا روی هم چیده می شوند. معمولی ترین ترکیب یک پمپ خلاء بالا است که توسط یک پمپ پشتی مکانیکی پشتیبانی می شود.

سیستم‌های خلاء می‌توانند شامل پمپ‌های متعدد و لوله‌های مرتبط، شیرها، کنترل‌ها، گیرنده‌ها و غیره باشند. این پمپ‌ها همچنین می‌توانند منابع خلاء متمرکز را برای سلول‌ها یا کارخانه‌های تولید یا اتوماسیون نشان دهند.

سازگاری مواد

پمپ های خلاء بالا، از جمله روان کننده ها و مواد ساخت و ساز آنها، برای جلوگیری از سایش یا خوردگی و اطمینان از عملکرد ایمن و تمیز، باید با سیالاتی که حرکت می کنند یا جذب می کنند، سازگار باشند. نوع و قوام گاز مورد استفاده نیز بر عملکرد پمپ تأثیر می گذارد، زیرا اکثر پمپ ها گازهای مختلفی را با سرعت های مختلف پمپ می کنند. به عنوان مثال، یک پمپ سرمایی، بخار آب را بسیار سریعتر از یک پمپ توربومولکولی هم اندازه پمپ می کند، اما ممکن است هر دو پمپ هنگام پمپاژ نیتروژن، دقیقاً سرعت یکسانی داشته باشند.

ویژگی ها

پمپ های خلاء بالا ممکن است تعدادی ویژگی اضافی را در خود جای دهند. پایگاه داده IEEE GlobalSpec SpecSearch شامل تعدادی ویژگی اضافی است.

فیلترها ، بافل ها و جداکننده ها - برای محافظت از پمپ های خلاء در برابر سایش و خوردگی استفاده می شود. آنها ذرات یا بخارات را از جریان سیال جدا می کنند یا فیلتر می کنند که ممکن است به قسمت هایی از پمپ آسیب برساند.

کنترل کننده یا پانل های کنترل OEM - برای تنظیم کنترل ها و ارائه عملکردهای اضافی بالاتر از یک دستگیره رگولاتور ساده استفاده می شود.

کنترل توالی سوپاپ - برای کنترل وضعیت شیرها در یک سیستم پمپ خلاء، اغلب از یک پانل مرکزی یا مکان استفاده می شود.

گیج خلاء - یک صفحه، عددی یا انواع دیگر بازخوانی فشار در نقاطی از سیستم خلاء را ارائه می دهد.

تله یکپارچه - برای جلوگیری از جریان برگشتی و آلودگی ناشی از خشن شدن پمپ ها در کاربردهای بهداشتی یا خلاء بالا استفاده می شود. انواع تله یا فن آوری های مختلفی برای جلوگیری از ورود نفت یا بخار آب، هیدروکربن ها و غیره به محفظه طراحی شده است.

بالاست گاز - اجازه می دهد تا هوای اتمسفر وارد محفظه تراکم شود تا میعانات موجود در روغن را به حداقل برساند و از خوردگی جلوگیری کند.

یاتاقان مغناطیسی - برای بلند کردن روتور پمپ از طریق شناور مغناطیسی برای از بین بردن تماس و اصطکاک تماس بین دو سطح استفاده می شود.

منبع

globalspec