كيف تعمل مضخة الفراغ؟

الفراغ هو مساحة خالية من المادة حيث يكون الضغط الغازي داخل هذا الحجم أقل من الضغط الجوي. تتمثل الوظيفة الرئيسية لمضخة الفراغ في تغيير الضغط في مساحة محتوى لإنشاء فراغ كامل أو جزئي إما ميكانيكيا أو كيميائيًا. سيحاول الضغط دائمًا المساواة بين المناطق المتصلة حيث تتدفق جزيئات الغاز من ارتفاع إلى منخفض لملء المساحة بأكملها من هذا الحجم. لذلك ، إذا تم إدخال مساحة جديدة للضغط المنخفض ، فإن الغاز سوف يتدفق بشكل طبيعي من مساحة الضغط العالي إلى المساحة الجديدة من الضغط المنخفض إلى أن تكون متساوية من الضغط. لاحظ أن عملية الفراغ هذه لا يتم إنشاءها بواسطة [امتصاص "الغازات ولكن دفع الجزيئات. مضخات الفراغ تنقل بشكل أساسي جزيئات الغاز من منطقة إلى أخرى لإنشاء فراغ عن طريق تغيير الحالات عالية الضغط.
أساسيات مضخة الفراغ
عند إزالة الجزيئات من مساحة الفراغ ، يصبح من الصعب بشكل كبير إزالة الجزيئات الإضافية ، وبالتالي زيادة قوة الفراغ المطلوبة. يتم وضع نطاقات الضغط في عدة مجموعات:
فراغ خشن / منخفض: 1000 إلى 1 mbar / 760 إلى 0.75 تور
فراغ جيد / متوسط: 1 إلى 10-3 MBR / 0.75 إلى 7.5-3 Torr
فراغ مرتفع: 10-3 إلى 10-7 MBAR / 7.5-3 إلى 7.5-7 Torr
الفراغ العالي للغاية: 10-7 إلى 10-11 MBAR / 7.5-7 إلى 7.5-11 TORR
فراغ شديد عالية: <10-11 mBar / <7.5-11 Torr
يتم تصنيف مضخات الفراغ حسب نطاق الضغط الذي يمكنهم تحقيقه للمساعدة في تمييز قدراتها. هذه التصنيفات هي:
المضخات الأولية (الدعم) التي تتعامل مع نطاقات ضغط الفراغ الخشنة والمنخفضة.
مضخات الداعم تتعامل مع نطاقات الضغط المنخفض والمتوسط.
المضخات الثانوية (الفراغ العالي) تتعامل مع نطاقات ضغط فراغ عالية جداً وعالية للغاية.

اعتمادًا على متطلبات الضغط وتطبيق التشغيل ، تعتبر تقنيات مضخة الفراغ إما رطبة أو جافة. تستخدم المضخات الرطبة الزيت أو الماء لتزييت وختم ، في حين أن المضخات الجافة لا تحتوي على سائل في المساحة بين آليات الدوران أو الأجزاء الثابتة التي تستخدم لعزل جزيئات الغاز وضغطها. بدون تزييت ، تعمل المضخات الجافة على أن تعمل بشكل ضيقة للغاية بشكل فعال دون ارتداء. دعونا نلقي نظرة على بعض الطرق المستخدمة في مضخة فراغ.

التقاط المضخات
لا تحتوي مضخات الالتقاط ، التي يشار إليها أيضًا باسم مضخات الانحباس ، على أجزاء متحركة وتستخدم للتطبيقات التي تتطلب ضغوطًا عالية الفراغ. بدون نقل الأجزاء ، يمكن لمضخات التقاط أن تخلق بيئة فراغ باستخدام طريقتين مختلفتين.
Cryopump (جاف ، ثانوي): الضغط 7.5 × 10-10 Torr ، سرعة ضخ 1200-4200 i/s
واحدة من الطرق المستخدمة من قبل مضخات الالتقاط ، هي عن طريق محاصرة جزيئات الغاز من خلال المبردة لفخ الجزيئات الغاز. تستخدم Cryopumps التكنولوجيا المبردة لتجميد أو فخ الغاز على سطح بارد جدًا. باستخدام درجات حرارة باردة للغاية ، فإنها ترسم الجزيئات بفعالية إلى الداخل لإنشاء فراغ.
مضخات أيون Sputter (جافة ، ثانوية): الضغط 7.5 × 10-12 Torr ، سرعة ضخ 1000 i/s
تستخدم مضخات أيون Sputter حقول مغناطيسية للغاية وتأين جزيئات الغاز لجعلها موصوفة كهربائيًا كوسيلة للانحباس. يخلق المجال المغناطيسي سحابة من الأيونات الكهربية التي يتم ترسبها على كاثود التيتانيوم. في هذه العملية ، تتحد المواد النشطة كيميائيًا مع جزيئات الغاز لرسمها وإنشاء فراغ.

نقل المضخات
يمكن أن تعمل مضخات النقل باستخدام نوعين من الطرق ؛ الطاقة الحركية أو الإزاحة الإيجابية. على عكس مضخات الالتقاط ، تدفع مضخات النقل جزيئات الغاز خارج المساحة عبر النظام. ما يشتركون فيه هو أنهم يستخدمون جميعًا طريقة لدفع الغاز والهواء ميكانيكياً عبر النظام على فترات مختلفة للنظام. شائع أن يتم استخدام مضخات نقل متعددة معًا بالتوازي لتوفير فراغ أعلى ومعدل التدفق. من الشائع أيضًا استخدام مضخات نقل متعددة في نظام للسماح بالتكرار في حالة فشل المضخة.
المضخات الحركية
تستخدم المضخات الحركية مبدأ الزخم من خلال الشفرات (الشفرات) أو إدخال البخار لدفع الغاز نحو المخرج.
المضخة الجزيئية (الجافة ، الثانوية): الضغط 7.5 × 10-11 Torr ، سرعة ضخ 10-50000 i/s.
جميع المضخات الحركية هي مضخات ثانوية حيث يتم استخدامها لتطبيقات الضغط العالي. إحدى الطرق الجافة هي المضخة الجزيئية التوربية ، التي تستخدم شفرات دوارة عالية السرعة داخل الغرفة التي تدفع جزيئات الغاز. نقل الزخم من الشفرات الدوارة إلى جزيئات الغاز يزيد من معدل التحرك نحو المخرج. توفر هذه المضخات ضغوطًا منخفضة ولها معدلات نقل منخفضة.
مضخة نشر البخار (رطب ، ثانوي): الضغط 7.5 × 10-11 Torr ، سرعة ضخ 10-50000 i/s.
تستخدم مضخة نشر البخار بخار زيت مسخن سريع السرعة يستخدم الطاقة الحركية لسحب جزيئات الغاز من المدخل إلى المخرج. لا توجد أجزاء متحركة وهناك ضغط مخفض في المدخل.
مضخات النزوح الإيجابية
الشكل الآخر من نوع النقل هو الإزاحة الإيجابية. يتمثل المبدأ الأساسي لمضخة الإزاحة الإيجابية في توسيع مستوى الصوت الأصلي في الغرفة التي يحركونها وحدات تخزين صغيرة معزولة من الغاز في مراحل مختلفة ، مما يضغط على حجم أصغر وعلى ضغط أعلى تم طرده إلى الخارج. تعمل هذه المضخات عند نطاقات الضغط المنخفض ويتم تصنيفها تحت المضخات الأولية أو المعززة وتدمج التقنيات الرطبة أو الجافة. فيما يلي أنواع مختلفة من مضخات الفراغ الأولية للإزاحة الإيجابية:
مضخة دوارة مغلقة بالزيت (رطب ، أولي): الضغط 1 × 10-3 ميغابايت ، سرعة الضخ 0.7-275 م 3/ساعة (0.4-162 قدمًا/دقيقة)
مضخات دوارة مزدوجة الزيت مضخات ضغط الغازات مع دوار مثبت على الأطوار يحول مجموعة من الدول. بسبب قوة الطرد المركزي ، تنزلق هذه الدوارات وتشكل غرفًا بينها وبين السكن. الوسيط الضخ محاصر داخل هذه الغرف. خلال مزيد من الدوران ، يتم تقليل حجمها باستمرار. وبالتالي ، يتم ضغط الوسط الضخ ونقله إلى المخرج. تتوفر مضخات الفراغ الدوارة في إصدارات أحادية وذات مرحلتين.

مضخة حلقة سائلة (رطبة ، أولية): ضغط 30 ميغابايت ، سرعة الضخ من 25 إلى 30،000 م 3/ساعة (15 - 17700 قدم 3/دقيقة)
تحتوي مضخات الحلقة السائلة على المكره خارج المركز مع دوارات عازمة نحو الدوران التي تشكل حلقة أسطواني متحركة من السائل حول الغلاف من تسارع الطرد المركزي. تخلق الدوارات مساحات على شكل هلال بأحجام مختلفة أثناء تدويرها ومختومة بواسطة الحلقة السائلة. بالقرب من الشفط أو المدخل ، يصبح الحجم أكبر مما يتسبب في انخفاض الضغط في كل واحد وسحب الغاز. أثناء تدويره ، تنخفض وحدات التخزين بين كل فرص بسبب المكره الموقوف الغريب وتكوين حلقة سائلة. هذا يضغط الغاز أثناء تصريفه ، مما يخلق تدفقًا مستمرًا.

مضخة الحجاب الحاجز (جاف ، أولي): ضغط 5 × 10-8 ميغابايت ، سرعة الضخ 0.6-10 م 3/ساعة (0.35-5.9 قدم 3/دقيقة)
مضخات الحجاب الحاجز هي طريقة جافة مضخات الإزاحة الإيجابية. يجلس الحجاب الحاجز على قضيب متصل عبر العمود المرفقي الذي يحرك الحجاب الحاجز رأسياً أثناء تدويره. عندما يكون الحجاب الحاجز في الموضع المنخفض ، يزداد حجم في الغرفة ، مما يقلل من الضغط وسحب جزيئات الهواء فيها. مع تحرك الحجاب الحاجز ، ينخفض ​​الحجم ، ويتم ضغط جزيئات الغاز أثناء التدفق إلى المخرج. يتم تحميل كل من صمامات المدخل والمخرج للرد على التغيرات في الضغط.
SCROLL PUMP (جاف ، أولي): ضغط 1 × 10-2 MBAR ، سرعة الضخ 5.0-46 M3/ساعة (3.0-27 قدمًا/دقيقة)
تستخدم مضخات التمرير مخطوطتين غير دوريتين في تصميم حلزوني ، حيث يدور المدار الداخلي ويصفر غاز في مساحة الحجم الخارجي. نظرًا لأنه يدور حول حجم الغاز يصبح أصغر وأصغر بشكل متوقع ، حيث يتم ضغطه حتى يصل إلى الحد الأدنى من الحجم والحد الأقصى للضغط المسموح به ويتم طرده في المنفذ الموجود في وسط دوامة.
مضخات نمط الجذور (الجافة ، الداعم): الضغط <10-3 Torr ، سرعة ضخ 100،000 م 3/ساعة (58،860 قدمًا/دقيقة)
مضخات الجذر تدفع الغاز في اتجاه واحد من خلال فصين متشابكين دون لمس مع تدوير العداد. يخلق هذا العداد دوران معدل التدفق القصوى مع زيادة حجم الحجم عند المدخل عند التناقص في وقت واحد عند المخرج الذي يضغط على الضغط. تم تصميم هذه المضخات للتطبيقات التي يلزم إزالة كميات كبيرة من الغاز.
مضخات المخلب (الجافة ، الداعم): الضغط 1 × 10-3 ميغابايت ، سرعة ضخ 100-800 م 3/ساعة (59-472 قدمًا في الدقيقة)
مضخات المخلب لها مخالب دوارة تدور. فهي فعالة للغاية وموثوقة ومنخفضة الصيانة ، وغالبا ما تستخدم في البيئات الصناعية القاسية. تأتي المخالب في غضون 2/1000 "من بعضها البعض ، ولكن لا تلمس في الواقع. هذا التخليص الحد الأدنى بين المخالب وسكن الغرفة يعمل على تحسين الختم الداخلي ، مما يلغي التآكل والحاجة إلى مواد التشحيم أو الزيوت.

مضخات المسمار (جافة ، داعم): الضغط 1 × 10-2 Torr ، سرعة الضخ 750 م 3/ساعة (440 قدمًا/دقيقة)
تستخدم مضخات المسمار مسامير دوارة موضوعة أفقياً على طول الجزء الداخلي من الغرفة ، واحدة أعسر وواحدة يميلية ، والتي تتشبك أيضًا دون اتصال. يتم احتجاز جزيئات الغاز التي تم إدخالها في إحدى الطرفين بين البراغيين ، وبينما تتحول في اتجاهين متعاكسة يتم دفع الغاز إلى الفضاء مع انخفاض حجمها ، وضغطه عند وصوله إلى المخرج ويخلق ضغطًا مخفضًا بواسطة المدخل.

خاتمة
كما ترون ، يمكن تحديد مضخة الفراغ التي قد تحتاجها لعملية إزالة الغاز الخاصة بك على العديد من العوامل. وتشمل هذه الضخ في نطاقات الضغط وسرعة السرعة ، ومعدل التدفق ، وتطبيق نوع الغاز ، وحجم الحجم ، ومتوقع العمر المتوقع وموقع نظامك. يمكن أن تكون هذه مهمة شاقة يمكن أن تستغرق وقتًا طويلاً ومكلفة إن لم يتم اختيارها. يمكن أن تجعل عملية Anderson عملية الاختيار هذه بسيطة مع معرفة الخبراء ، ومجموعة واسعة من مخزون المضخات والمعدات ومرافق الهندسة والتصنيع الكاملة إذا كان نظامك يحتاج إلى حل مخصص.
عملية أندرسون هي مزود معتمد لمجموعة فريدة من المنتجات التي يمكن أن تلبي الطلب على التطبيقات المتنوعة في كل صناعة. أنواع المضخات هذه هي الرغبة الدوارة ، الفص الدوار ، الحلقة السائلة ، التمرير ، مضخات المسمار الجاف والمخلب مع اختيار كامل من نطاقات الضغط وسرعات الضخ للتعامل مع معدلات التدفق التي يتطلبها تطبيق فراغك.
العلامات: مضخة الداعم ، مضخات الالتقاط ، مضخة المخلب ، مضخات الغاز ، المضخات الحركية ، مضخة حلقة سائلة ، مضخات الإزاحة الإيجابية ، المضخة الأولية ، مضخة دوارة ، مضخة ثانوية ، مضخات نقل ، مضخة فراغ.