پمپ خلا

• توضیحات

توضیحات

دسته بندی پمپ خلا

• خلا کم: کمتر از اتمسفر تا ۱ تور
• خلاء متوسط: 1 Torr تا ۳-۱۰
• خلا زیاد: ۳-۱۰ تور تا ۷-۱۰ تور
• خلاء بسیار زیاد: ۷-۱۰ تور تا ۱۱-۱۰ تور
• خلا فوق العاده زیاد : خلا های کمتر از ۱۱-۱۰ تور

پمپ خلاء

از ویکیپدیا، دانشنامه آزاد

پرش به پیمایش پرش به جستجو

این مقاله نیاز به نقل قول های اضافی دارد تأیید . لطفاً بهبود این مقاله با افزودن نقل قول به منابع معتبر . اطلاعات بدون مرجع ممکن است مشکل ایجاد کرده و پاک شوند. یافتن منابع:  “پمپ خلاء” – اخبار  · روزنامه ها  · کتاب ها  · محقق  · JSTOR ( نوامبر 2007 ) ( با نحوه و زمان حذف این پیام الگو آشنا شوید )

است دمنده Roots یکی از نمونه های پمپ خلاء

دستگاهی پمپ خلاء می کشد گاز مولکول های حجم جزئی را پشت سر بگذارد خلاء . وظیفه پمپ خلاء ایجاد خلاء نسبی در یک ظرفیت است. اولین پمپ خلاء در سال 1650 توسط Otto von Guericke و قبل از آن پمپ مکش ساخته شد که قدمت آن به دوران باستان می رسد. [1]

• 1 تاریخچه
  • 1.1 پمپ های اولیه
  • 1.2 قرن 19
  • 1.3 قرن 20م
• 2 نوع
  • 2.1 پمپ جابجایی مثبت
  • 2.2 پمپ انتقال مومنتوم
  • 2.3 پمپ احیا کننده
  • 2.4 پمپ گیر
  • 2.5 انواع دیگر
• 3 معیارهای عملکرد
• 4 مهارت
• 5 برنامه های کاربردی
• 6 خطرات
• 7 همچنین ببینید
• 8 مراجع
• 9 پیوندهای خارجی

تاریخچه

پمپ های اولیه

سلف پمپ خلاء پمپ بود مکش . پمپ های مکش دوگانه در شهر پمپئی پیدا شد. [2] مهندس عربی الجزاری بعداً پمپ‌های مکش دوگانه را به عنوان بخشی از ماشین‌های بالا بردن آب در قرن سیزدهم توصیف کرد. از پمپ مکنده در سیفون برای تخلیه آتش یونانی است. [3] پمپ مکش بعداً از قرن 15 در اروپای قرون وسطایی ظاهر شد. [3] [4] [5]

در قرن هفدهم، طرح‌های پمپ آب به حدی بهبود یافته بود که خلاءهای قابل اندازه‌گیری تولید می‌کردند، اما این بلافاصله درک نشد. آنچه شناخته شده بود این بود که پمپ‌های مکنده نمی‌توانستند آب را فراتر از ارتفاع معین بکشند: 18 یارد فلورانس بر اساس اندازه‌گیری انجام شده در حدود سال 1635 یا حدود 34 فوت (10 متر). [6] این محدودیت در پروژه های آبیاری، زهکشی معادن و آبنماهای تزئینی که توسط دوک توسکانی ، بنابراین دوک گالیله گالیله را مأمور بررسی این مشکل کرد. گالیله در کتاب دو علم جدید (1638) به اشتباه پیشنهاد می‌کند که ستون پمپ آب وقتی آب تا ارتفاع 34 فوتی بلند شود، از وزن خود می‌شکند. [6] دیگری از جمله Gasparo Berti که آن را با ساختن اولین فشارسنج آب در رم در سال 1639 تکرار کرد دانشمندان را انجام دادند. پیشرفتی توسط شاگرد گالیله، اوانجلیستا توریچلی در سال 1643 انجام شد. او با تکیه بر یادداشت های گالیله، اولین نمونه را ساخت. جیوه فشارسنج و استدلال قانع کننده ای نوشت که فضای بالای آن خلاء است. سپس ارتفاع ستون به حداکثر وزنی که فشار اتمسفر می توانست تحمل کند محدود شد. این ارتفاع محدود پمپ مکنده است. [8]

در سال 1650، اتو فون گوریکه اولین پمپ خلاء را اختراع کرد. [9] چهار سال بعد، او آزمایش معروف خود را در نیمکره های ماگدبورگ انجام داد و نشان داد که تیم های اسب نمی توانند دو نیمکره را که هوا از آن تخلیه شده است، جدا کنند. رابرت بویل طراحی گوریکه را بهبود بخشید و آزمایشاتی را روی خواص خلاء انجام داد. رابرت هوک همچنین به بویل کمک کرد تا یک پمپ هوا تولید کند که به تولید خلاء کمک کرد.

قرن 19

سپس مطالعه خلاء Torr جابجایی تا هاینریش گیسلر سال 1855 متوقف شد، زمانی که پمپ جیوه را اختراع کرد و خلاء رکوردی در حدود 10 Pa (0.1 ) به دست آورد. تعدادی از خواص الکتریکی در این سطح خلاء قابل مشاهده می شود و این علاقه مجدد به خلاء است. این به نوبه خود منجر به توسعه لوله خلاء شد. یک پمپ اسپرنگل تولید کننده خلاء پرکاربرد در آن زمان بود.

قرن بیستم

اوایل قرن بیستم شاهد اختراع بسیاری از انواع پمپ خلاء بودیم، از جمله پمپ درگ مولکولی ، انتشار و پمپ توربومولکولی .

انواع

پمپ ها را می توان به طور کلی بر اساس سه تکنیک طبقه بندی کرد: [10]

پمپ‌های جابجایی مثبت از مکانیزمی برای انبساط مکرر حفره استفاده می‌کنند، اجازه می‌دهند گازها از محفظه به داخل جریان پیدا کنند، حفره را ببندند و آن را به اتمسفر تخلیه کنند. پمپ‌های انتقال مومنتوم که پمپ‌های مولکولی نیز نامیده می‌شوند، از جت‌های پرسرعت سیال متراکم یا تیغه‌های چرخان با سرعت بالا برای خارج کردن مولکول‌های گاز از محفظه استفاده می‌کنند. پمپ های گیر انداختن گازها را در حالت جامد یا جذب شده جذب می کنند. این شامل سرمایی ، گیرنده ها و پمپ های یونی است.

پمپ های جابجایی مثبت برای جاروهای کم موثرترین هستند. پمپ های انتقال مومنتوم همراه با یک یا دو پمپ جابجایی مثبت رایج ترین پیکربندی مورد استفاده برای دستیابی به خلاء بالا هستند. در این پیکربندی پمپ جابجایی مثبت دو هدف را انجام می دهد. ابتدا قبل از اینکه پمپ انتقال مومنتوم برای بدست آوردن خلاء بالا استفاده شود، خلاء ناهمواری در ظرف تخلیه به دست می‌آورد، زیرا پمپ‌های انتقال مومنتوم نمی‌توانند در فشار اتمسفر شروع به پمپاژ کنند. ثانیاً پمپ جابجایی مثبت از پمپ انتقال مومنتوم با تخلیه به خلاء کم تجمع مولکول های جابجا شده در پمپ خلاء بالا پشتیبانی می کند. پمپ های گیر انداختن را می توان برای رسیدن به خلاءهای فوق العاده اضافه کرد، اما آنها نیاز به بازسازی دوره ای سطوحی دارند که مولکول ها یا یون های هوا را به دام می اندازند. با توجه به این نیاز، زمان عملیاتی موجود آنها می تواند به طور غیرقابل قبولی در خلاءهای کم و زیاد کوتاه باشد، بنابراین استفاده از آنها به خلاءهای بسیار بالا محدود می شود. پمپ ها همچنین در جزئیاتی مانند تحمل تولید، مواد آب بندی، فشار، جریان، پذیرش یا عدم پذیرش بخار روغن، فواصل سرویس، قابلیت اطمینان، تحمل در برابر گرد و غبار، تحمل مواد شیمیایی، تحمل مایعات و لرزش متفاوت هستند.

پمپ جابجایی مثبت

خلاء جزئی ممکن است با افزایش حجم یک ظرف ایجاد شود. برای ادامه تخلیه یک محفظه به طور نامحدود بدون نیاز به رشد بی نهایت، یک محفظه از خلاء را می توان به طور مکرر بسته، خسته کرد و دوباره منبسط کرد. این اصل پشت پمپ جابجایی مثبت است ، به عنوان مثال پمپ آب دستی. در داخل پمپ، مکانیزمی یک حفره مهر و موم شده کوچک را گسترش می دهد تا فشار آن را کمتر از اتمسفر کاهش دهد. به دلیل اختلاف فشار، مقداری مایع از محفظه (یا چاه، در مثال ما) به داخل حفره کوچک پمپ رانده می شود. سپس حفره پمپ از محفظه مهر و موم شده، به اتمسفر باز می شود و به اندازه یک دقیقه فشرده می شود.

سیستم های پیچیده تری برای اکثر کاربردهای صنعتی استفاده می شود، اما اصل اساسی حذف حجم چرخه ای یکسان است:

• پمپ پره ای دوار ، رایج ترین
• پمپ دیافراگمی ، آلودگی روغن صفر
• رینگ مایع با مقاومت بالا در برابر گرد و غبار
• پمپ پیستونی ، خلاء نوسانی
• پمپ اسکرول ، پمپ خشک با بالاترین سرعت
• پمپ پیچ (10 Pa)
• لرزان پمپ
• پمپ پره خارجی
• روت دمنده که پمپ تقویت کننده نیز نامیده می شود، دارای بالاترین سرعت پمپاژ اما نسبت تراکم پایین است.
• پمپ ریشه چند مرحله ای که چندین مرحله را ترکیب می کند و سرعت پمپاژ بالا با نسبت تراکم بهتر را فراهم می کند
• پمپ تاپلر
• پمپ لوب

فشار پایه یک لاستیکی و پلاستیکی سیستم پمپ پیستونی مهر پا.

یک پمپ خلاء جابجایی مثبت همان حجم گاز را در هر سیکل حرکت می دهد، بنابراین سرعت پمپاژ آن ثابت است مگر اینکه با جریان برگشتی بر آن غلبه شود.

پمپ انتقال مومنتوم

در یک پمپ انتقال مومنتوم ، مولکول‌های گاز از سمت خلاء به سمت اگزوز شتاب می‌گیرند (که معمولاً توسط یک پمپ جابجایی مثبت در فشار کاهش یافته حفظ می‌شود). پمپاژ انتقال مومنتوم فقط در زیر فشارهای حدود 0.1 کیلو پاسکال امکان پذیر است. ماده در فشارهای مختلف به طور متفاوتی جریان دارد دینامیک سیالات، . در فشار اتمسفر و خلاء ملایم، مولکول ها با یکدیگر تعامل می کنند و مولکول های همسایه خود را در جریانی که به عنوان جریان چسبناک شناخته می شود، فشار می دهند. هنگامی که فاصله بین مولکول ها افزایش می یابد، مولکول ها بیشتر از سایر مولکول ها با دیواره های محفظه تعامل دارند و پمپاژ مولکولی موثرتر از پمپاژ جابجایی مثبت می شود. این رژیم به طور کلی خلاء بالا نامیده می شود.

پمپ‌های مولکولی نسبت به پمپ‌های مکانیکی منطقه بزرگ‌تری را جارو می‌کنند و این کار را به دفعات بیشتری انجام می‌دهند که باعث می‌شود سرعت پمپاژ بسیار بالاتری داشته باشند. آنها این کار را به قیمت آب بندی بین خلاء و اگزوز خود انجام می دهند. از آنجایی که آب بندی وجود ندارد، فشار کمی در اگزوز می تواند به راحتی باعث عبور جریان از طریق پمپ شود. به این میگن غرفه با این حال، در خلاء بالا، گرادیان فشار تأثیر کمی بر جریان سیال دارد و پمپ‌های مولکولی می‌توانند پتانسیل کامل خود را به دست آورند.

دو نوع اصلی پمپ های مولکولی پمپ انتشار و توربومولکولی هستند. هر دو نوع پمپ، مولکول‌های گازی را که با ایجاد تکانه به مولکول‌های گاز در پمپ منتشر می‌شوند، منفجر می‌کنند. پمپ‌های انتشار، مولکول‌های گاز را با جت‌های نفت یا بخار جیوه منفجر می‌کنند، در حالی که پمپ‌های توربومولکولی از فن‌های با سرعت بالا برای فشار دادن گاز استفاده می‌کنند. هر دوی این پمپ ها در صورت تخلیه مستقیم به فشار اتمسفر متوقف می شوند و نمی توانند پمپ شوند، بنابراین باید به خلاء درجه پایین تری که توسط یک پمپ مکانیکی ایجاد می شود، تخلیه شوند، که در این مورد پمپ پشتیبان نامیده می شود.

مانند پمپ های جابجایی مثبت، فشار پایه زمانی حاصل می شود که نشتی، خروج گاز و برگشتی با سرعت پمپ برابر باشد، اما اکنون به حداقل رساندن نشتی و خروج گاز به سطحی قابل مقایسه با جریان برگشتی بسیار دشوارتر می شود.

پمپ احیا کننده

پمپ های احیا کننده از رفتار گردابی سیال (هوا) استفاده می کنند. ساخت و ساز بر اساس مفهوم ترکیبی پمپ گریز و توربو پمپ است. معمولاً از چندین مجموعه از دندانه های عمود بر روی روتور تشکیل شده است که مولکول های هوا را در داخل شیارهای توخالی ثابت مانند پمپ گریز از مرکز چند مرحله ای به گردش در می آورند. آنها می توانند به 1× Holweck ) برسند و مستقیماً تا فشار اتمسفر تخلیه شوند. نمونه‌هایی از این پمپ‌ها عبارتند از Edwards EPX [11] (مقاله فنی [12] ) و Pfeiffer OnTool™ Booster 150. [13] گاهی اوقات به آن پمپ کانال جانبی نیز گفته می‌شود. با توجه به سرعت پمپاژ بالا از اتمسفر به خلاء زیاد و آلودگی کمتر به دلیل امکان نصب بلبرینگ در سمت اگزوز، از این نوع پمپ ها در قفل بار در فرآیندهای ساخت نیمه هادی استفاده می شود.

این نوع پمپ در مقایسه با پمپ توربومولکولی (کمتر از 100 وات) در فشار کم، از مصرف انرژی بالایی (~ 1 کیلو وات) رنج می‌برد، زیرا بیشتر توان برای فشار اتمسفر مصرف می‌شود. این مقدار را می توان با پشتیبان گیری با یک پمپ کوچک نزدیک به 10 برابر کاهش داد. [14]

پمپ گیر

یک پمپ به دام افتادن ممکن است یک سرمایی باشد که از سرد برای متراکم کردن گازها به حالت جامد یا جذب شده استفاده می کند، یک پمپ شیمیایی که با گازها واکنش می دهد تا پسماند جامد تولید کند، یا یک پمپ یونی که از میدان های الکتریکی قوی برای یونیزه کردن گازها استفاده می کند. یون ها را به یک بستر جامد سوق می دهد. یک کرایومدول از انجماد پمپاژ استفاده می کند. انواع دیگر پمپ جذب، پمپ غیر تبخیری گیرنده ، و پمپ تصعید تیتانیوم (نوعی از گیرنده تبخیری که می‌تواند مکرراً استفاده شود) هستند.

انواع دیگر

• پمپ خلاء ونتوری ( اسپیراتور ) (10 تا 30 کیلو پاسکال)
• اجکتور بخار (خلاء به تعداد مراحل بستگی دارد، اما می تواند بسیار کم باشد)

معیارهای عملکرد

سرعت پمپاژ به دبی حجمی پمپ در ورودی آن اشاره دارد که اغلب بر حسب حجم در واحد زمان اندازه گیری می شود. پمپ های انتقال مومنتوم و گیر افتادن بر روی برخی از گازها موثرتر از گازهای دیگر هستند، بنابراین نرخ پمپاژ می تواند برای هر یک از گازهایی که پمپاژ می شوند متفاوت باشد و متوسط ​​دبی حجمی پمپ بسته به ترکیب شیمیایی گازهای باقی مانده در پمپ متفاوت خواهد بود. اتاق

توان عملیاتی به سرعت پمپاژ ضرب در فشار گاز در ورودی اشاره دارد و بر حسب واحد فشار · حجم / واحد زمان اندازه گیری می شود. در دمای ثابت، توان عملیاتی متناسب با تعداد مولکول‌هایی است که در واحد زمان پمپ می‌شوند و بنابراین با سرعت جریان جرمی پمپ. هنگام بحث در مورد نشتی در سیستم یا جریان برگشتی از طریق پمپ، توان عملیاتی به نرخ نشت حجم ضرب در فشار در سمت خلاء نشتی اشاره دارد، بنابراین توان خروجی نشت را می توان با توان خروجی پمپ مقایسه کرد.

پمپ های جابجایی مثبت و انتقال مومنتوم دارای دبی حجمی ثابت (سرعت پمپاژ) هستند، اما با کاهش فشار ، این حجم حاوی جرم کمتر و کمتری است. بنابراین اگر چه سرعت پمپاژ ثابت می ماند، توان و سرعت جریان جرمی به طور تصاعدی کاهش می یابد. در همین حال، نرخ‌های نشتی، تبخیر ، تصعید و جریان برگشتی به تولید یک توان عملیاتی ثابت در سیستم ادامه می‌دهند.

تکنیک ها

پمپ های خلاء با محفظه ها و روش های عملیاتی در طیف گسترده ای از سیستم های خلاء ترکیب می شوند. گاهی اوقات بیش از یک پمپ (به صورت سری یا موازی ) در یک کاربرد واحد استفاده می شود. خلاء جزئی یا خلاء خشن را می توان با استفاده از یک پمپ جابجایی مثبت ایجاد کرد که بار گاز را از یک درگاه ورودی به یک درگاه خروجی (اگزوز) منتقل می کند. به دلیل محدودیت‌های مکانیکی، چنین پمپ‌هایی تنها می‌توانند خلاء کمی داشته باشند. برای دستیابی به خلاء بالاتر، باید از تکنیک‌های دیگر استفاده کرد، معمولاً به صورت سری (معمولاً به دنبال پمپ سریع اولیه با پمپ جابجایی مثبت). برخی از نمونه ها ممکن است استفاده از یک پمپ پره ای دوار مهر و موم شده با روغن (متداول ترین پمپ جابجایی مثبت) پشتیبان یک پمپ انتشار یا یک پمپ اسکرول خشک پشتوانه یک پمپ توربومولکولی باشد. بسته به سطح خلاء مورد نظر، ترکیبات دیگری نیز وجود دارد.

دستیابی به خلاء بالا دشوار است زیرا تمام موادی که در معرض خلاء قرار می گیرند باید به دقت از نظر خروجی و فشار بخار . به عنوان مثال، روغن‌ها، گریس‌ها و لاستیکی یا پلاستیکی واشرهای که به‌عنوان آب‌بند برای محفظه خلاء استفاده می‌شوند، نباید بجوشد هنگام قرار گرفتن در معرض خلاء اغلب، تمام سطوحی که در معرض خلاء هستند باید در دمای بالا پخته شوند تا جذب شده گازهای

خروج گاز را نیز می توان به سادگی با خشک کردن قبل از پمپاژ خلاء کاهش داد. سیستم‌های با خلاء بالا معمولاً به محفظه‌های فلزی با مهر و موم واشر فلزی مانند فلنج‌های کلاین یا فلنج‌های ISO نیاز دارند، به جای واشرهای لاستیکی که بیشتر در مهر و موم‌های محفظه خلاء کم رایج هستند. سیستم باید تمیز و عاری از مواد آلی باشد تا گازهای خروجی به حداقل برسد. همه مواد، جامد یا مایع، فشار بخار کمی دارند و خروج گاز آنها زمانی مهم می شود که فشار خلاء به زیر این فشار بخار می رسد. در نتیجه، بسیاری از موادی که در خلاءهای کم به خوبی کار می کنند، مانند اپوکسی ، در خلاءهای بالاتر به منبعی برای خروج گاز تبدیل می شوند. با این اقدامات احتیاطی استاندارد، خلاء 1 میلی پاسکال به راحتی با مجموعه ای از پمپ های مولکولی به دست می آید. با طراحی و عملکرد دقیق، 1 µPa امکان پذیر است.

چندین نوع پمپ ممکن است به صورت متوالی یا موازی مورد استفاده قرار گیرند. در یک توالی پمپ‌دان معمولی، یک پمپ جابجایی مثبت برای حذف بیشتر گاز از یک محفظه استفاده می‌شود، از اتمسفر (760 Torr ، 101 kPa) تا 25 Torr (3 کیلو پاسکال). سپس از یک پمپ جذب برای کاهش فشار به . 10-4 Torr (10 mPa) استفاده می شود برای کاهش بیشتر فشار به از 10-8 Torr (1 µPa) یک پمپ یونی اضافی را می توان زیر 10-6 Torr راه اندازی کرد تا گازهایی را که به اندازه کافی توسط یک پمپ سرمایشی یا توربو پمپ کنترل نمی شوند، مانند هلیوم یا هیدروژن کند.

خلاء فوق العاده بالا معمولاً به تجهیزات سفارشی ساخته شده، روش های عملیاتی دقیق و مقدار مناسبی از آزمون و خطا نیاز دارد. سیستم های خلاء فوق العاده بالا معمولا از فولاد ضد زنگ با فلنج های خلاء شوند. این سیستم معمولاً ترجیحاً در خلاء پخته می شود تا به طور موقت فشار بخار تمام مواد خروجی در سیستم افزایش یابد و آنها بجوشانند. در صورت لزوم، این خروج گاز از سیستم را می توان در دمای اتاق نیز انجام داد، اما زمان بسیار بیشتری می برد. هنگامی که بخش عمده ای از مواد خروجی به جوش آمدند و تخلیه شدند، سیستم ممکن است برای کاهش فشار بخار خنک شود تا خروج گاز باقیمانده در طول عملیات واقعی به حداقل برسد. برخی از سیستم‌ها به‌خوبی زیر دمای اتاق توسط نیتروژن مایع تا گاز خروجی باقی‌مانده را متوقف کرده و به طور همزمان سیستم را انجماد کنند.

در سیستم‌های خلاء فوق‌العاده بالا، برخی از مسیرهای نشتی بسیار عجیب و منابع خروجی گاز باید در نظر گرفته شوند. جذب آب آلومینیوم و پالادیوم به منبع غیرقابل قبولی برای خروج گاز تبدیل می شود و حتی قابلیت جذب فلزات سخت مانند فولاد ضد زنگ یا تیتانیوم نیز باید در نظر گرفته شود. برخی از روغن ها و گریس ها در خلاء شدید می جوشند. تخلخل محفظه خلاء ممکن است باید در نظر گرفته شود و جهت دانه بندی فلنج های فلزی باید موازی با سطح فلنج باشد.

تاثیر اندازه مولکولی باید در نظر گرفته شود. مولکول‌های کوچک‌تر می‌توانند راحت‌تر نشت کنند و راحت‌تر توسط مواد خاصی جذب شوند، و پمپ‌های مولکولی در پمپاژ گازهایی با وزن مولکولی پایین‌تر مؤثر هستند. یک سیستم ممکن است بتواند نیتروژن (جزء اصلی هوا) را به خلاء مورد نظر تخلیه کند، اما محفظه همچنان می تواند پر از هیدروژن و هلیوم اتمسفر باقیمانده باشد. کشتی‌هایی که با مواد بسیار نفوذپذیر در برابر گاز مانند پالادیوم با ظرفیت بالا هیدروژنی است) پوشانده شده‌اند، مشکلات خاصی در خروج گاز ایجاد می‌کنند.

برنامه های کاربردی

پمپ‌های خلاء در بسیاری از فرآیندهای صنعتی و علمی از جمله فرآیندهای قالب‌گیری پلاستیک کامپوزیت، تولید اکثر انواع لامپ‌های الکتریکی ، لوله‌های خلاء و CRT‌ که در آن دستگاه یا تخلیه می‌شود یا دوباره با یک مخلوط گاز یا گاز خاص پر می‌شود، نیمه‌رسانا پردازش به ویژه کاشت یون ، اچ خشک و رسوب PVD، ALD، PECVD و CVD و غیره در فتولیتوگرافی ، میکروسکوپ الکترونی ، فرآیندهای پزشکی که نیاز به مکش دارند، غنی‌سازی اورانیوم ، کاربردهای پزشکی مانند رادیوتراپی ، رادیوسرجری و رادیو داروسازی ، ابزارهای تحلیلی برای تجزیه و تحلیل گاز، مواد مایع، جامد، سطحی و زیستی، طیف سنج های جرمی برای ایجاد خلاء بالا بین منبع یون و آشکارساز، پوشش خلاء روی شیشه، فلز و پلاستیک برای تزئین، برای دوام و صرفه جویی در انرژی، مانند های کم انتشار ، سخت پوشش برای اجزای موتور (مانند فرمول یک )، پوشش چشمی، ماشین‌های شیردوشی و سایر تجهیزات در سوله‌های لبنیات، وکیوم اشباع محصولات متخلخل مانند سیم پیچ های چوب یا موتور الکتریکی، خدمات تهویه مطبوع (حذف همه آلاینده ها از سیستم قبل از شارژ با مبرد)، تراکم زباله، [ نیازمند منبع ] مهندسی خلاء ، سیستم های فاضلاب (به استانداردهای EN1091:1997 مراجعه کنید)، خشک کردن انجمادی ، و همجوشی تحقیقات [15] در زمینه بازسازی و پالایش مجدد نفت، پمپ های خلاء خلاء کم برای آبگیری روغن و خلاء زیاد برای تصفیه روغن ایجاد می کنند. [16]

یک خلاء ممکن است برای تامین برق یا کمک به وسایل مکانیکی استفاده شود. هیبریدی و دیزلی وسایل نقلیه موتوری ، از پمپ نصب شده بر روی موتور (معمولاً روی میل بادامک ) برای تولید خلاء استفاده می شود. در موتورهای بنزینی ، در عوض، خلاء معمولاً به عنوان یک اثر جانبی از عملکرد موتور و محدودیت جریان ایجاد شده توسط دریچه گاز ، اما ممکن است توسط یک الکتریکی برای تقویت کمک ترمز یا بهبود مصرف سوخت . سپس می‌توان از این خلاء برای تامین انرژی اجزای وسیله نقلیه موتوری زیر استفاده کرد: [17] سروو خلاء تقویت‌کننده ترمزهای هیدرولیک ، موتورهایی که دمپرها را در سیستم تهویه حرکت می‌دهند، دریچه گاز در کنترل کروز سروومکانیسم ، قفل درها یا بازشدن صندوق عقب.

در یک هواپیما ، منبع خلاء اغلب برای تامین انرژی ژیروسکوپ ها در ابزارهای مختلف پرواز استفاده می شود. برای جلوگیری از از بین رفتن کامل ابزار دقیق در صورت الکتریکی ، صفحه ابزار به طور عمدی با ابزار خاصی طراحی شده است که با برق و سایر ابزارهایی که از منبع خلاء تغذیه می کنند، طراحی شده است.

بسته به کاربرد، برخی از پمپ‌های خلاء ممکن است با حرکت الکتریکی (با استفاده از جریان الکتریکی ) یا با هدایت پنوماتیک (با استفاده از فشار هوا )، یا با وسایل دیگر تغذیه و فعال شوند . [18] [19] [20] [21]

خطرات

روغن‌های پمپ خلاء قدیمی که قبل از سال 1980 تولید شده‌اند، اغلب حاوی مخلوطی از چندین بی‌فنیل پلی‌کلرینه خطرناک (PCB) هستند که سمی ، سرطان‌زا و آلاینده‌های آلی . [22] [23]

 

چگونه طراحی برای دوام می تواند منجر به کمترین هزینه کل مالکیت شود.

توسط چارلز اچ وونر

وونر

2020/06/29

• 
• 
• 
• 

سیستم های پمپ خلاء برای آبگیری مواد اشباع، فیلتر مایع از دوغاب، خشک کردن تبخیری یا انتقال پنوماتیک استفاده می شود. این نوع سیستم های خلاء در کاغذ سازی، فرآوری مواد غذایی، نیروگاه توربین بخار و تولید مواد شیمیایی کاربرد دارند. تصویر 1 اجزای حروف یک سیستم خلاء را نشان می دهد که در این مقاله به آنها اشاره شده است. تمام واحدهای این مقاله به عنوان امپریال آورده شده است.

نیروی طبیعی فشار گاز، سرعت مولکول های گاز است که به عنوان انرژی جنبشی گاز شناخته می شود. فشار گاز ناشی از حرکت مولکول‌های گاز با سرعت بالا در جهت‌های تصادفی است. آنها به دیواره یک ظرف برخورد می کنند تا فشار داخلی ایجاد کنند، اما همچنین می توانند از طریق یک محیط حاوی آب یا مواد جامد در یک دوغاب شلیک کنند و سپس فلنج ورودی یک پمپ خلاء را پر کنند.

 

 

پمپ های وکیوم گاز را نمی کشند. نیروی منبع هوای ورودی (A) در سیستم‌های خلاء باز، هوای محلی اتمسفر است که به شرایط استاندارد 14.7 پوند بر اینچ مربع مطلق (psia) در سطح دریا تبدیل می‌شود که به عنوان فوت مکعب در دقیقه استاندارد (SCFM) در فشار اتمسفر شناخته می‌شود.

سیستم های بسته معمولاً گاز ورودی را به صورت خلاء دارند که می تواند به شرایط استاندارد تبدیل شود. فشار (یا خلاء) اندازه گیری شده یک سیستم خلاء نیز بر اساس وزن ستون مربعی از هوا به ارتفاع 250 مایل – با وزن 14.7 پوند بر اینچ مربع (psi) است. یک ستون معادل 1 اینچ مربع از جیوه (Hg) با وزن 14.7 پوند در سطح دریا، 29.92 اینچ ارتفاع دارد و به عنوان اینچ جیوه مطلق یا فشار مطلق استاندارد (psia یا فشار جیوه abs) شناخته می شود.

کار یک سیستم پمپ خلاء معمولاً از طریق یک محیط (B) برای آبگیری یک محیط مرطوب، ساخت کیک فیلتر، انتقال پنوماتیک مواد در لوله به مخزن جمع آوری یا سایر جداسازی صنعتی مواد با استفاده از جریان هوا است که توسط دیفرانسیل حرکت می کند. فشار.

سیستم خلاء ایجاد شده خلاء در جعبه خلاء (C-1) است که در آن پمپ سریعتر از گاز فشار اتمسفر می تواند از طریق یک باز شدن محدود جعبه خلاء وارد جعبه شود، گاز را جمع آوری می کند. جعبه یا محفظه خلاء “قلب” سیستم در نظر گرفته می شود.

لوله ای که جعبه خلاء را به سیستم پمپ خلاء متصل می کند،

هوا و مخلوطی از مواد جامد مانند آب یا سایر مواد جامد معلق در فرآیند را حمل می کند. با این مخلوط، قطر لوله در (C-2) باید برای حداکثر جریان هوا 3000 فوت در دقیقه انتخاب شود. اطمینان حاصل کنید که حلقه های U شکل در خط لوله برای به دام انداختن/نگه داشتن آب وجود ندارد. به یاد داشته باشید که فشار هوای ورودی نیرویی است که این هوای فرآیند را به پمپ خلاء فشار می دهد.

پمپ خلاء به گونه ای طراحی شده است که یک جابجایی گاز خشک گاز باشد. هر آبی که در لوله C-2 حرکت می کند باید در جداکننده آب گاز ورودی (D-1) جدا شود. مخلوط آب هوا وارد جداکننده می شود و در اثر نیروی جاذبه به پایین جداکننده می رود و هوا از بالا به بیرون رانده می شود. از آنجایی که جداکننده ورودی تحت خلاء کار می‌کند، آب باید با یک پمپ تخلیه کننده (D-2) یا یک پایه بارومتری (D-3) از جداکننده خارج شود.

لوله از جداکننده ورودی به پمپ خلاء (E) پر شده است
حجم واقعی فوت مکعب در دقیقه (ACFM) در سطح خلاء ایجاد شده در جعبه خلاء. با پر شدن لوله عمدتاً از هوا، قطر E باید برای حداکثر جریان هوای 5500 فوت در دقیقه (ft/min) انتخاب شود.

گاز ورودی احتمالاً تا حدی با بخار آب اشباع شده است. هنگامی که دمای گاز اشباع ورودی بیش از 15 درجه فارنهایت بالاتر از دمای آب سیل و سطح خلاء کمتر از فشار بخار گاز اشباع است، سپس قسمتی از آب سیل را به لوله ورودی به لوله اسپری می کنیم. پمپ در F مقداری از بخار را متراکم می کند و حجم گازی که باید از طریق پمپ خلاء رانده شود را کاهش می دهد.

پمپ خلاء یک دستگاه جابجایی مثبت حجم ثابت گاز در هر زمان است. با این تعریف، این دستگاه یک کمپرسور گاز با علاقه به فلنج ورودی است. در هیچ زبانی کلمه ای برای مخالف کمپرسور وجود ندارد، بنابراین مهندسان می گویند “پمپ خلاء”. پره های روی روتور دیواره های سیلندرهای کمپرسور هستند و حلقه ای از آب پیستون های سیلندرها را تامین می کند.

 

 

کلید عملکرد پمپ خلاء جریان آب آب بندی از طریق پمپ است. سوال رایج این است که “به چه مقدار جریان آب مهر و موم نیاز دارم؟” بهترین پاسخ این است: “برای ایجاد حداکثر خلاء پایدار کافی است.” به عبارت دیگر، مقدار بسیار کم نوسانات سطح خلاء را نشان می دهد و مقدار زیاد آن به سادگی آب اضافی را بدون افزایش سطح خلاء از درگاه تخلیه خارج می کند، اما به طور غیر ضروری انرژی اضافی مصرف می کند.

شیر تنظیم خطی گلوب (H) باید دارای حساسیت کنترل جریان خطی با رابطه متناسب بین باز شدن شیر و سرعت جریان باشد. قطر لوله باید برای حداکثر دبی آب آب بندی ارائه شده توسط سازنده پمپ انتخاب شود. با گذشت سالها از سرویس، مقدار آب سیل برای جبران مواد پمپ و تلفات ابعادی در بخش آب بندی پمپ باید افزایش یابد.

پس از مدت زمان طولانی، زمانی که مقدار جریان آب سیل مشخص شد، شیر کنترل جریان خطی را می توان با یک جریان سنج دیفرانسیل (DFM) جایگزین کرد که جریان سیال را از طریق لوله ها اندازه گیری می کند. عناصر یک DFM یک دیسک فلزی دایره ای با قطر سوراخ مشخص است که جریان سیال را در لوله کاهش می دهد.

طراحی پمپ های خلاء تک مرحله ای را می توان با طراحی داخلی درگاه های ورودی و تخلیه در رابطه با روتور پره ها متمایز کرد. تصویر 2 طرح های مختلف پایه مخروطی و طراحی پورت صفحه تخت را نشان می دهد.

پورت مخروطی،

با نواحی پورت بزرگتر، می تواند مواد جامد از جمله آب را به راحتی از پمپ عبور دهد و برای کاربردهای خلاء کمتر از 24 اینچ جیوه کارآمدتر است. طراحی پورت مخروطی می تواند گازهای اشباع گرم را متراکم کند و قطرات آب حاصل را به راحتی عبور دهد.

صفحه تخت، با نواحی پورت کوچکتر، برای گازهای تمیز مانند صنایع شیمیایی طراحی شده است و در کاربردهای خلاء بالاتر از 24 اینچ جیوه کارآمدتر است.

هر دو پمپ پورت مخروطی و پورت صفحه تخت دارای یک ویژگی طراحی مشترک هستند با بخش مهر و موم داخلی که گاز تخلیه فشار بالا را از ورود به بخش کم فشار (خلاء) پمپ ها جدا می کند. این جریان بیهوده گاز پرفشار، لغزش پره نامیده می شود که در تصویر 3 نشان داده شده است. کنترل لغزش پره می تواند با فولاد ضد زنگ کارآمدتر از پمپ های چدن باشد. بخش مهر و موم برای طراحی صفحه تخت در موقعیت ساعت 12 نیز بین انتهای درگاه تخلیه قرار دارد (تصویر 2، سمت چپ نشان داده شده، و ابتدای درگاه ورودی، در سمت راست نشان داده شده است).

انتخاب متالورژی پمپ خلاء برای دوام در در نظر گرفتن کل هزینه مالکیت محصول (TCO) کلیدی است. پمپ های خلاء از آب به عنوان پیستون کار در پمپ های وکیوم چدنی استفاده می کنند. نتیجه معمول آب و چدن، تشکیل اکسید آهن مخرب (زنگ) است.

پمپ های خلاء آهنی با استفاده، ابعاد بحرانی داخلی خود را از دست می دهند و در نتیجه جریان هوا در خلاء را از دست می دهند. این باعث کاهش تولید فرآیند می شود. اگر این منجر به عمر پمپ کوتاه شود، TCO بالا و اجتناب ناپذیر است.

تصویر 3 تفاوت ترکیب مخروط روتور فولاد ضد زنگ و چدن را در بخش مهر و موم مهم و ایجاد لغزش پره نشان می دهد. تلفات سطحی آهن می تواند در 10 سال 30 درصد باشد.

اگر اکسید آهن (زنگ) آهن را از فاصله بحرانی در بخش آب بندی جدا کند، گاز تخلیه فشار بالا به جای خروج از پورت تخلیه، از زیر پره های روتور “لغزش” می کند و وارد بخش ورودی می شود. این گاز ناخواسته که وارد بخش ورودی می شود فضا را برای هوای خلاء جدید برای ورود به پمپ از بین می برد. این از دست دادن هوای خلاء فرآیندی است که وارد پمپ خلاء می شود و تولید فرآیند خلاء را از دست می دهد.

فولاد ضد زنگ ممکن است از لغزش پره ها با تشکیل مداوم اکسید کروم سخت شده به صورت دینامیکی از آب و موادی که سطح ضدزنگ را مالش می دهند، جلوگیری کند. این مالش مداوم می تواند باعث سخت شدن دینامیکی اکسید کروم در فولاد ضد زنگ شود.

از دست دادن سطح برای ضد زنگ در محدوده 10 درصد در طول 20 سال خواهد بود. فولاد ضد زنگ یک هزارم اینچ (میل) در سال از دست دادن مواد سطحی ثابت دارد و فاصله مخروطی روتور حیاتی را در بخش آب بندی و تولید فرآیند حفظ می کند.

از آنجایی که لوله تخلیه پمپ خلاء از پمپ (H) به جداکننده تخلیه (J) ترکیبی از هوای تخلیه پمپ و آب آب بند را حمل می کند، قطر آن کمتر از 3000 فوت در دقیقه است. از آنجایی که پمپ خلاء فشار معکوس را تحمل نمی کند، منیفولد تخلیه و خط مرکزی لوله تخلیه باید همسطح یا زیر مرکز فلنج ورودی جداکننده تخلیه باشد.

جداکننده گاز تخلیه و آب بند باز به جداکننده اتمسفر یک مخزن تحت فشار در نظر گرفته نمی شود زیرا به اتمسفر تخلیه می شود. زهکش گرانشی باز در نظر گرفته می شود و نباید هیچ لوله ای که باعث فشار برگشتی شود وصل شود.