پمپ اکسیژن مایع برودتی باربر نیکولز به چهار دلیل بسیار سودمند هستند

• اولاً، جلوگیری از نشت آب‌بندهای مکانیکی در محیط برودتی بسیار دشوار و گاهی غیرممکن است.
• بنابراین پمپ های هرمتیک طراحی شده BN به طور کامل سیل های مکانیکی را حذف کرده و در نتیجه این مشکل را برطرف می کنند. دوم، محورهای پمپ جدار نازک، محفظه‌های شفت با دیواره نازک، و محافظ‌های حرارتی ضد همرفت/تابش همگی با هم کار می‌کنند تا نشت گرمای موتور رسانا و همرفتی را به داخل سیال برودتی به حداقل برسانند.
• سوم، تجربه گسترده Barber-Nichols با یاتاقان‌های منحصر به فرد و با سرعت بالا به آن اجازه می‌دهد پمپ‌هایی طراحی کند که می‌توانند با سرعت‌های بالا مناسب برای مدت زمان طولانی بین تعمیرات برنامه‌ریزی شده کار کنند.
• کارکردن پمپ با سرعت بالاتر، راندمان هیدرولیکی پمپ را افزایش می دهد و گرمایش سیال فرآیند را به حداقل می رساند. سرانجام، BN پیشگام توسعه پمپ های برودتی با محفظه های خلاء بود. این به پرسنل تعمیر و نگهداری اجازه می دهد تا پمپ را از یک کرایواستات بدون شکستن خلاء جعبه سرد خارج کنند.

پمپ اکسیژن مایع موتور شناور

پمپ‌های برودتی موتور غوطه‌ور معمولاً زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند که نشت گرما در حین کار نگرانی اصلی نباشد یا زمانی که انتظار می‌رود عملکرد پمپ متناوب باشد. از آنجا که موتور غوطه ور است، ناکارآمدی عملکرد به شکل گرما به سیال منتقل می شود. با این حال، از آنجایی که موتور در داخل ظرف نصب می شود، هنگامی که پمپ برای مدت طولانی خاموش می شود، هیچ مسیر گرمایی رسانایی از بیرون وجود ندارد.

پمپ های مسکن وکیوم

هدف پمپ های محفظه خلاء کاهش نشت گرما با ایجاد مانعی بین موتور و سیال برودتی است. پمپ‌های محفظه خلاء باربر نیکولز همچنین از محافظ‌های حرارتی ضد همرفت برای ایجاد مقاومت بیشتر و محدود کردن بیشتر انتقال حرارت استفاده می‌کنند. این پمپ ها معمولاً در صفحه بالایی یک دیوار جوش داده می شوند، یک ظرف عایق که به طور خاص برای ذخیره مایعات برودتی طراحی شده است.

پمپ های شافت بلند

پمپ های شافت بلند دارای محفظه پمپ و پروانه هستند که در سیال برودتی غوطه ور است که توسط یک میل محرک کشیده از موتور جدا می شود. میل محرک برای کاهش مسیر گرما رسانا توخالی است و توسط یک لوله ثابت احاطه شده است تا پشتیبانی ساختاری را فراهم کند. از یاتاقان های تخصصی برای پشتیبانی از میل محرک به صورت روتورینامیک استفاده می شود و در عین حال عمر کاری قابل قبولی را در محیط برودتی فراهم می کند.

کرایوپمپ

این مقاله شامل فهرستی از مراجع عمومی است ، اما فاقد استنادهای درون خطی متناظر کافی است. لطفا به بهبود این مقاله با معرفی نقل قول های دقیق تر کمک کنید. ( ژانویه 2013 ) ( نحوه و زمان حذف این پیام الگو را بیاموزید )
لطفا این 1 دقیقه مطالعه را از دست ندهید.
سلام. این سه‌شنبه توسط سازمان غیرانتفاعی که میزبان ویکی‌پدیا و سایر پروژه‌های دانش رایگان حیاتی است، درخواست حمایت شما می‌شود. هر سال، به لطف 2٪ از خوانندگانی که برای حمایت از مأموریت غیرانتفاعی ما کمک می کنند، می توانیم دامنه دانش رایگان را به گوشه های جدید جهان گسترش دهیم. اگر ویکی‌پدیا برای شما نیز مفید است، لطفاً به آن‌ها بپیوندید و 5.00 CHF یا هر چیزی که امروز درست است، اهدا کنید. با تشکر. – ویکی‌مدیا CH

پمپ اکسیژن مایع بصورت خلاصه

Cryopump . یا “Cryogenic Pump” یک پمپ خلاء است که گازها و بخارات را با متراکم کردن آنها در سطح سرد به دام می اندازد، اما فقط روی برخی از گازها موثر است اثربخشی به نقطه انجماد و جوش گاز نسبت به دمای انجماد بستگی دارد. آنها گاهی اوقات برای مسدود کردن آلاینده های خاص استفاده می شوند، به عنوان مثال در جلوی یک پمپ انتشار برای به دام انداختن روغن در پشت جریان، یا در مقابل یک گیج مک لئود برای جلوگیری از ورود آب. در این عملکرد، آنها را یک انجماد ، پمپ آب یا تله سرد می نامند ، حتی اگر مکانیسم فیزیکی مشابه یک پمپ سرما باشد.

Cryotrapping همچنین می تواند به یک اثر تا حدودی متفاوت اشاره داشته باشد، جایی که مولکول ها زمان اقامت خود را بر روی سطح سرد بدون انجماد واقعی ( فوق سرد ) افزایش می دهند. بین برخورد مولکول به سطح و بازگشت از آن تاخیر وجود دارد. با کاهش سرعت مولکول ها، انرژی جنبشی از بین می رود. به عنوان مثال، هیدروژن متراکم نمی شود در 8 کلوین ، اما می توان آن را به دام انداخت. این به طور موثر مولکول ها را برای مدت طولانی به دام می اندازد و در نتیجه آنها را از محیط خلاء مانند انجماد خارج می کند.

فهرست پمپ اکسیژن مایع

1 تاریخچه
2 عملیات
2.1 بازسازی
3 مراجع

تاریخچه پمپ اکسیژن مایع

آزمایش‌های اولیه برای انجماد گازها در زغال چوب فعال در سال 1874 انجام شد. [1]

اولین پمپ های سرمایی عمدتاً از هلیوم مایع برای خنک کردن پمپ استفاده می کردند، چه در یک مخزن بزرگ هلیوم مایع یا با جریان مداوم به داخل پمپ. با این حال، با گذشت زمان، بیشتر پمپ‌های سرمایی برای استفاده از هلیوم گازی دوباره طراحی شدند، [2] که با اختراع خنک‌کننده‌های سرمایشی بهتر امکان‌پذیر شد. فناوری تبرید کلیدی در دهه 1950 توسط دو کارمند شرکت مستقر در ماساچوست Arthur D. Little Inc ، ویلیام ای. گیفورد و هوارد او. مک ماهون کشف شد. این فناوری به عنوان خنک کننده گیفورد-مک ماهون شناخته شد. [3] [4] [5] [6] در دهه 1970، کرایو کولر Gifford-McMahon برای ساخت پمپ خلاء توسط Helix Technology Corporation و شرکت تابعه آن Cryogenic Technology Inc استفاده شد. در سال 1976، Cryopumps در IBM استفاده شد. تولید مدارهای مجتمع [7] استفاده از پمپ های سرمایی در تولید نیمه هادی ها در سراسر جهان رایج شد، با توسعه هایی مانند یک شرکت برودتی که به طور مشترک توسط Helix و ULVAC ( Jp:アルバック ) در سال 1981 تاسیس شد.

عملیات پمپ اکسیژن مایع

کرایوپمپ‌ها معمولاً توسط هلیوم فشرده خنک می‌شوند، اگرچه ممکن است از یخ خشک، نیتروژن مایع یا نسخه‌های مستقل استفاده کنند که ممکن است شامل یک خنک‌کننده داخلی باشد. بافل‌ها اغلب به سر سرد متصل می‌شوند تا سطح در دسترس برای تراکم را گسترش دهند، اما اینها همچنین جذب گرمای تابشی انجماد را افزایش می‌دهند. با گذشت زمان، سطح در نهایت با میعانات اشباع می شود و بنابراین سرعت پمپاژ به تدریج به صفر می رسد. تا زمانی که سرد بماند گازهای به دام افتاده را نگه می دارد، اما گازهای تازه ناشی از نشت یا جریان برگشتی را تا زمانی که بازسازی نشود متراکم نمی کند. اشباع در خلاءهای کم خیلی سریع اتفاق می افتد، بنابراین پمپ های سرمایی معمولاً فقط در سیستم های خلاء زیاد یا فوق بالا استفاده می شوند.

Cryopump پمپاژ سریع و تمیز همه گازها را در محدوده 10-3 تا 10-9 Torr فراهم می کند . Cryopump بر اساس این اصل کار می کند که گازها را می توان متراکم کرد و در فشار بخار بسیار کم نگه داشت و به سرعت و توان عملیاتی بالایی دست یافت. سر سرد از یک سیلندر سر سرد دو مرحله ای (بخشی از مخزن خلاء) و یک مجموعه جابجایی واحد محرک تشکیل شده است. اینها با هم تبرید چرخه بسته را در دماهایی تولید می کنند که معمولاً از 60 تا 80 کلوین برای ایستگاه سرد مرحله اول تا 10 تا 20 کلوین برای ایستگاه سرد مرحله دوم متغیر است.

برخی از انجمادها دارای چندین مرحله در دماهای پایین مختلف هستند که مراحل بیرونی از سردترین مراحل داخلی محافظت می کند. مراحل بیرونی گازهای با نقطه جوش بالا مانند آب و روغن را متراکم می کنند، بنابراین در سطح و ظرفیت تبرید مراحل داخلی برای گازهای با نقطه جوش پایین تر مانند نیتروژن صرفه جویی می شود.

با کاهش دمای خنک کننده هنگام استفاده از یخ خشک، نیتروژن مایع و سپس هلیوم فشرده، گازهای با وزن مولکولی پایین تر به دام می افتند. به دام انداختن نیتروژن، هلیوم و هیدروژن به دماهای بسیار پایین (~ ​​10K) و سطح وسیعی نیاز دارد که در زیر توضیح داده شده است. حتی در این دما، گازهای سبکتر هلیوم و هیدروژن راندمان به دام انداختن بسیار پایینی دارند و مولکول های غالب در سیستم های خلاء فوق العاده بالا هستند.

پمپ‌های سرمایی اغلب با پمپ‌های جذب ترکیب می‌شوند و هد سرد را با مواد بسیار جاذب مانند زغال چوب فعال یا زئولیت می‌پوشانند . همانطور که جاذب اشباع می شود، کارایی یک پمپ جذب کاهش می یابد، اما می توان آن را با گرم کردن ماده زئولیت (ترجیحاً در شرایط فشار کم) برای خروج از آن شارژ کرد . دمای تجزیه ساختار متخلخل ماده زئولیت ممکن است حداکثر دمایی که ممکن است برای بازسازی به آن گرم شود را محدود کند.

پمپ های جذب نوعی از پمپ های سرمایی هستند که اغلب به عنوان پمپ های خشن برای کاهش فشار از محدوده اتمسفر به حدود 0.1 Pa ( 10-3 Torr) استفاده می شود، در حالی که فشارهای پایین تر با استفاده از پمپ تکمیل کننده به دست می آیند ( خلاء را ببینید ).

بازسازی پمپ اکسیژن مایع

بازسازی یک کرایوپمپ فرآیند تبخیر گازهای به دام افتاده است. در طی یک چرخه بازسازی، کرایوپمپ تا دمای اتاق یا بالاتر گرم می‌شود و به گازهای به دام افتاده اجازه می‌دهد از حالت جامد به حالت گازی تبدیل شوند و در نتیجه از طریق یک دریچه کاهش فشار از انجماد پمپ خارج شوند.

اکثر تجهیزات تولیدی که از یک پمپ سرمایشی استفاده می‌کنند، وسیله‌ای برای جداسازی انجماد از محفظه خلاء دارند، بنابراین بازسازی بدون قرار گرفتن سیستم خلاء در معرض گازهای آزاد شده مانند بخار آب انجام می‌شود. بخار آب سخت ترین عنصر طبیعی است که به دلیل تشکیل تک لایه و پیوند هیدروژنی از دیواره های محفظه خلاء جدا می شود. افزودن گرما به گاز پاکسازی نیتروژن خشک باعث تسریع گرم شدن و کاهش زمان بازسازی می شود.

هنگامی که بازسازی کامل شد، کرایوپمپ تا 50μm (50 milliTorr یا μmHg) خشن می شود، ایزوله می شود و نرخ افزایش (ROR) برای آزمایش بازسازی کامل نظارت می شود. اگر ROR از 10μm/min بیشتر شود، کرایوپمپ به زمان پاکسازی اضافی نیاز دارد.

پمپ اکسیژن مایع مدل BNCP-67-000

• پمپ‌های اکسیژن مایع باید با دقت طراحی شوند زیرا LOX با بسیاری از موادی که معمولاً در ماشین‌های برودتی استفاده می‌شوند سازگار نیست. همچنین نشت باید به دقت کنترل شود یا به میزان بسیار کم نشت هلیوم کاهش یابد، زیرا اکسیژن خطر آتش سوزی ایجاد می کند. پمپ های شفت بلند معمولی باربر-نیکولز با اکسیژن به عنوان مواد موتور کار نمی کنند و گریس استاندارد بلبرینگ با سرعت بالا با LOX سازگار نیست. BN از موتورهای کنسرو شده، کوپلینگ های مغناطیسی و فناوری های آب بندی پیشرفته در پمپ های اکسیژن مایعی که تولید می کند، استفاده می کند.
• در حالی که دمای استاندارد اکسیژن مایع 90 کلوین در دنیای برودتی سرد نیست، هنوز هم اغلب مطلوب است که گرمای ورودی به کرایوژن کاهش یابد. BN پمپ‌های شفت بلند خود را اصلاح کرد تا شامل کوپلینگ‌های مغناطیسی شود تا امکان استفاده با اکسیژن مایع و سایر کرایوژن‌ها را فراهم کند که باید فوق‌العاده تمیز نگه داشته شوند.
• پمپ اکسیژن مایع نشان داده شده در بالا شامل یک کوپلینگ مغناطیسی است و BN این پمپ را برای گردش LOX در یک سیستم لیزری توسعه داده است. کوپلینگ مغناطیسی موتور و یاتاقان های آن را با استفاده از یک قوطی مانع از اکسیژن جدا می کند. گشتاور مغناطیسی از موتور در قسمت بیرونی این مانع به محور پروانه در داخل منتقل می شود. تمام مواد در تماس با LOX در این برنامه سازگار و به خوبی اثبات شده است.

پمپ اکسیژن مایع مدل BNCP-45-000

• BN همچنین موتور پمپ های کنسرو شده برای کاربردهای اکسیژن مایع کم مصرف ساخت. پمپ کوچک نشان داده شده در سمت چپ برای آزمایش روی پیشرانه های دو پیشرانه (برای جایگزینی هیدرازین) به ناسا تحویل داده شد.
• دارای یک موتور DC بدون جاروبک است که مستقیماً یک پمپ انتشار جزئی کار می کند که با ولتاژ 28 VDC کار می کند. موتور کنسرو شده در واقع با یک شفت کشیده کوچک سوار بر بلبرینگ های خود روان کننده سازگار با LOX آویزان شده است.

پمپ اکسیژن مایع ناسا

این پمپ یک پمپ LOX برای تحقیقات عملکرد القاء و پروانه با ناسا استنیس است. حدود 30 GPM جریان دارد.

مطالعه موردی

پمپ اکسیژن مایع نشان داده شده در سمت راست برای بارگذاری موشک های بزرگ در ناسا ساخته شده است. این دستگاه از یک آرایش ابتکاری دو آب بندی با بلند کردن گاز و یک مهر و موم دینامیک با گاز پاک کن استفاده می کند که از هرگونه نشتی در حین کار جلوگیری می کند. این موتور تقریباً 200 اسب بخار قدرت دارد و تا 1200 GPM را در 185 psi پمپ می کند. پمپ از یک القا کننده استفاده می کند که سر مکش خالص مثبت (NPSH) لازم را به حداقل می رساند و از طراحی آماده تعمیر و نگهداری استفاده می کند که به موتور و تمام عناصر پمپ اجازه می دهد تا از محفظه ای که می تواند به سیستم متصل بماند جمع شود.