Funcţionarea principiului turbomoleculară pompa

O pompă de turbomoleculară este un tip de pompa de vid, superficial similară cu o cavitația, folosit pentru a obţine şi menţine mare vid. Aceste pompe funcţionează pe principiul că molecule de gaz poate fi dat impuls într-o anumită direcţie dorită de coliziuni repetate cu o suprafaţă solidă în mişcare. Într-o pompă de turbomoleculară, un rapid filare fan rotor 'loveste' molecule de gaz la intrarea pompei spre evacuare în scopul de a crea sau de a menţine un vid.

Principii de funcţionare

Cele mai multe pompe de turbomoleculară să angajeze mai multe etape, fiecare constând dintr-o repede rotaţie rotor blade şi staţionare stator lama pereche. Sistemul funcţionează ca un compresor care pune energia în gaz, mai degrabă decât luând-l. Capturat de la etape superioare de gaz este împins în jos etape şi succesiv comprimat la nivelul presiunii de prim-plan-vid (suport pompa). Molecule de gaz intrarea prin admisie, rotor, care are un număr de lame de unghi, hit-uri moleculelor. Astfel energia mecanică paletelor este transferat la molecule de gaz. Cu acest impuls nou-dobândite, molecule de gaz intra în gaz transferul găuri în stator. Acest lucru le duce la etapa următoare în cazul în care ei din nou se ciocnesc cu suprafaţa de rotor, şi acest proces este continuată, în cele din urmă, conducându-i spre exterior prin evacuare.

Datorită mişcării relative dintre rotor şi stator, molecule lovit preferential în partea inferioară a lame. Deoarece suprafaţa lamei se uită în jos, majoritatea moleculelor împrăştiate va lăsa în jos. Suprafaţă este dur, astfel încât nici o reflecţie va apărea. O lamă trebuie să fie gros și stabil pentru operaţiunea de înaltă presiune şi cât de subţire este posibil şi uşor îndoit pentru compresie maximă. Pentru raporturile de compresie mare gât între lame rotorului adiacente este îndreptată cât mai mult posibil în direcția înainte. Pentru debite mari lame sunt la 45° si ajunge aproape de axa.

Deoarece compresie a fiecărei etape este de ~ 10, fiecare etapă mai aproape la priza este considerabil mai mic decât etapele anterioare de admisie. Acest lucru are două consecinţe. Progresie geometrică ne spune că infinit etape ideal ar putea potrivi într-o lungime finită axiale. Lungime finită în acest caz este înălţime completă a carcasei ca rulmenti, motorul, și şi unele dintre coolerele poate fi instalat în interiorul pe axa. Radial, pentru a înţelege cât de mult de gaz subţire la intrarea, rotoare admisie-partea ideal avea o rază mai mare, şi în mod corespunzător mai mare forţa centrifugă; lame ideal ar obţine exponenţial mai subtire spre vârfurile lor şi fibrele de carbon ar trebui să consolideze lamele de aluminiu. Cu toate acestea, pentru că viteza medie de o lamă afectează atât de mult acest lucru se face prin creşterea diametrului rădăcină, mai degrabă decât diametrul vârfului în cazul în care practică de pompare.

Performanţa o pompă de turbomoleculară este strâns legate de frecvenţa de rotor. Pe măsură ce creşte rpm, lame rotorului devia mai mult. Pentru a mări viteza şi pentru a reduce deformarea, au fost sugerate mai acerbă materiale şi lamă de diferite modele.

Pompe de turbomoleculară trebuie să opereze la viteze foarte mari, şi acumularea de căldură de frecare impune limitări de design. Unele pompe de turbomoleculară folosesc lagare magnetice pentru a reduce frecarea şi ulei de contaminare. Deoarece lagare magnetice şi temperatura cicluri permite numai un clearance limitat dintre rotor şi stator, lame la etapele de înaltă presiune sunt oarecum degenerat într-o singură elicoidale folie fiecare. Curgere laminară nu se poate utiliza pentru pomparea, deoarece laminar turbine stand atunci când nu folosit la fluxul de proiectat. Pompa poate fi răcit pentru a îmbunătăţi compresie, dar nu ar trebui să fie atât de frig încât să condenseze gheaţă pe lame. Atunci când o cavitația este oprit, ulei de vid de suport poate backstream prin cavitația şi contamina camera. O modalitate de a preveni acest lucru este de a introduce un flux laminar de azot prin pompa. Trecerea la vid a azotului şi de la o funcţionare să o cavitația încă trebuie să fie sincronizate tocmai pentru a evita stresul mecanică la pompă şi suprapresiunii la evacuare. O membrana subtire și o supapă de evacuare ar trebui adăugate pentru a proteja cavitația de presiunii excesive pe spate (de exemplu, după o pană de curent sau scurgeri de informaţii în suport vid).

Rotorul este stabilizat în toate sale şase grade de libertate. Un grad este reglementată de electric motor. Minim, acest grad trebuie să fie stabilizat electronic (sau de un material diamagnetice, care este prea instabil pentru a fi utilizate într-un rulment pompa de precizie). Un alt mod (ignorând pierderi în miezuri magnetice la frecvenţe înalte) este de a construi această poartă ca o axă cu o sferă de la fiecare capăt. Aceste sfere sunt în interiorul gol sfere statice. Pe suprafaţa sferei fiecare este un model tip tablă de şah de interior și spre exterior merge liniile de câmp magnetic. Ca model de tablă de şah de sfere statice este rotit, se roteşte rotorul. În această construcţie axa nu este stabil făcute pe costul de a face o altă axă instabile, dar toate axele sunt neutre şi Regulamentul electronic este mai puţin accentuat şi va fi mai dinamic stabil. Efectul Hall senzori pot fi folosite pentru sens poziţia de rotaţie şi alte grade de libertate poate fi măsurat capacitively.

Presiunea maximă

La presiunea atmosferică, calea gratuit medie a aerului este aproximativ 70 nm. O pompă de turbomoleculară poate lucra numai în cazul în care aceste molecule lovit de lamele în mişcare ajunge la lamele fixe înainte de coliziunea cu alte molecule pe drumul lor. Pentru a realiza acest lucru, decalajul dintre lamele în mişcare şi lame de staţionare trebuie să fie apropiate sau mai puţin decât calea gratuit medie. Din punct de vedere practic constructii, un decalaj posibil între seturi de lama este ordinea de 1 mm, deci un cavitația va stand (nici un net de pompare) dacă epuizat direct la atmosfera. Deoarece calea gratuit medie este invers proporţională cu presiune, o cavitația va pompa cand presiunea de evacuare este mai mică de aproximativ 10 Pa (0,10 mbar) în cazul în care calea gratuit medie este de aproximativ 0,7 mm.

Majoritatea turbopumps au o pompă de Holweck (sau moleculare drag pompa) ca lor Ultima etapă pentru a creşte la maxim sprijinul presiuni (presiunea de evacuare) la aproximativ 1-10 mbar. Teoretic, o pompă centrifugă, o pompă de canal lateral sau o pompa regenerativa ar putea fi folosit pentru a înapoi la presiunea atmosferică direct, dar în prezent nu există nici o cavitația disponibile în comerţ, care epuizează direct în atmosferă. În majoritatea cazurilor, evacuare este conectat la o pompă mecanic backing (numit de obicei pompa oblici), care produce o presiune suficient de scăzut pentru pompa turbomoleculară să lucreze eficient. De obicei, această presiune de suport este sub 0,1 mbar şi frecvent despre 0.01 mbar. Presiunea de suport este rareori sub 10−3 mbar (înseamnă calea gratuit ≈ 70 mm) pentru că rezistenţa fluxului conducta vid între cavitația şi oblici pompei devine semnificativă.

Turbomoleculară pompa poate fi o pompa foarte versatil. Acesta poate genera mai multe grade de vid de la intermediar vid (~ 10−2 Pa) până la nivelurile de vid ultra-înaltă (~ 10−8 Pa).

Mai multe pompe de turbomoleculară într-un laborator sau o unitate de producţie pot fi conectate de tuburi la o pompă de mic suport. Automată supape şi pompe de difuzie ca injecţie într-un tampon mare-tub în faţa pompei suport previne orice suprapresiunii din pompa o să se stagneze o altă pompă.