หลักการทำงานของปั๊มน้ำ Turbomolecular

Turbomolecular ปั๊มเป็นปั๊มสูญญากาศ เผิน ๆ คล้ายกับ turbopump ใช้ในการรับ และรักษาแรงดูดสูงชนิดหนึ่ง ปั๊มเหล่านี้ทำงานบนหลักการที่โมเลกุลของก๊าซสามารถให้โมเมนตัมในทิศทางที่ต้องการ โดยซ้ำชนกับพื้นผิวของแข็งเคลื่อนไหว ในปั๊ม turbomolecular มีมากมายอย่างรวดเร็วใบพัดพัดลม 'ฮิต' โมเลกุลก๊าซจากทางเข้าของเครื่องสูบน้ำต่อท่อไอเสียเพื่อสร้าง หรือรักษาสุญญากาศ

ปฏิบัติการหลัก

ปั๊ม turbomolecular ส่วนใหญ่จ้างขั้นหลาย แต่ละประกอบด้วยหมุนอย่างรวดเร็วใบพัดใบมีดและเครื่องเขียนสเตเตอร์ใบมีดคู่ ระบบการทำงานเช่นคอมเพรสเซอร์ที่ทำให้พลังงานลงในก๊าซ แทนที่พามันออก ก๊าซที่จับตามขั้นตอนด้านบนคือผลักดันเป็นขั้นต่ำ และติด ๆ กันบีบอัดไปยังระดับของความดันสูญญากาศ (ปั๊มสำรอง) ข้างหน้า ขณะที่โมเลกุลก๊าซป้อนผ่านช่อง ใบพัด ซึ่งมีจำนวนของมุมใบมีด ฮิตโมเลกุล ดังนั้น พลังงานกลของใบมีดจะโอนย้ายไปโมเลกุลของก๊าซ กับโมเมนตัมนี้ซื้อมาใหม่ โมเลกุลก๊าซเข้ารูถ่ายก๊าซสเตเตอร์ นี้นำพวกเขาไปยังขั้นตอนถัดไปที่จะชนกันกับพื้นผิวใบพัดอีกครั้ง และกระบวนการนี้ต่อ ไป ในที่สุด นำออกข้างนอกผ่านไอเสีย

เนื่องจากการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของโรเตอร์และสเตเตอร์ โมเลกุลพิเศษตีด้านล่างของใบมีด เนื่องจากผิวใบมองลง กระจายโมเลกุลส่วนใหญ่จะทิ้งลง พื้นผิวจึงหยาบ ไม่สะท้อนจะเกิดขึ้น ใบมีดต้องมีหนา และมั่นคงสำหรับการดำเนินงานความดันสูง และบางเป็นไปได้ และโค้งเล็กน้อยสำหรับการบีบอัดสูงสุด สำหรับอัตราส่วนการอัดสูง คอระหว่างติดใบพัดจะชี้เป็นทิศทางไปข้างหน้า สำหรับอัตราการไหลสูง ใบมีด 45° และไปถึงใกล้แกน

เนื่องจากการบีบอัดของแต่ละขั้นตอน ~ 10 แต่ละขั้นตอนใกล้เต้าเสียบจะเล็กกว่าระยะช่องก่อนหน้านี้ นี้มีผลกระทบสอง การก้าวหน้าเรขาคณิตบอกเราว่า ระยะอนันต์อาจเหมาะพอดีกับความยาวแกนจำกัด ความยาวที่แน่นอนในกรณีนี้คือ เต็มความสูงของเรือนแบริ่ง มอเตอร์ และควบคุม และบางส่วนของตู้แช่ที่สามารถติดตั้งภายในแกน ส่วน จับแก๊สบางมากทางเข้า ใบพัดเข้าฝั่งจะเชิญมีรัศมีใหญ่กว่า และแรงเหวี่ยงที่สูงขึ้นตามลำดับ ใบมีดที่เหมาะจะได้รับทินเนอร์ชี้แจงต่อคำแนะนำ และเส้นใยคาร์บอนควรเสริมสร้างใบพัดอะลูมิเนียม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากค่าเฉลี่ยของความเร็วของ ใบมีดมีผลต่อสูบมากนี้จะทำ โดยการเพิ่มขนาดรากมากกว่าแนะนำขนาดปฏิบัติ

ประสิทธิภาพของเครื่องสูบน้ำ turbomolecular มีความเกี่ยวข้องกับความถี่ของโรเตอร์ เป็น rpm เพิ่ม ใบพัดปัดเพิ่มเติม เพื่อเพิ่มความเร็ว และลดการเสียรูป วัสดุแข็งและออกแบบใบมีดแตกต่างกันมีการแนะนำ

Turbomolecular ปั๊มต้องทำงานที่ความเร็วสูงมาก และการสะสมความร้อนเสียดสีกำหนดข้อจำกัดในการออกแบบ ปั๊มบาง turbomolecular ใช้เหล็กเพื่อลดการปนเปื้อนน้ำมันและแรงเสียดทาน เนื่องจากตลับลูกปืนแม่เหล็กและอุณหภูมิรอบอนุญาตให้เฉพาะพิธีการจำกัดระหว่างโรเตอร์และสเตเตอร์ ใบมีดในขั้นตอนความดันสูงเป็นปลาค่อนข้างเข้าเดียวขดลวดแต่ละ ไม่สามารถใช้นาร์ สูบ เพราะติด laminar กังหันเมื่อไม่ใช้ที่ไหลออก เครื่องสูบน้ำเย็นลงในการปรับปรุงการบีบอัด แต่ไม่ควรให้เย็นเพื่อบีบน้ำแข็งบนใบมีด เมื่อหยุดการ turbopump น้ำมันจากเครื่องดูดฝุ่นสำรองอาจ backstream ผ่านการ turbopump และปนเปื้อนในห้อง วิธีหนึ่งในการป้องกันนี้คือการ แนะนำเชื้อของไนโตรเจนผ่านปั๊ม การเปลี่ยน จากดูดให้ไนโตรเจน และทำการ turbopump ยังคงมีการหลีกเลี่ยงความเครียดเชิงกลเครื่องสูบน้ำและแรงดันเกินที่ไอเสียได้อย่างแม่นยำ เยื่อที่บางและวาล์วไอเสียที่ควรจะเพิ่มการป้องกันการ turbopump ความดันกลับมากเกินไป (เช่นหลังจากไฟฟ้าขัดข้องหรือรั่วไหลในเครื่องดูดฝุ่นสำรอง)

โรเตอร์จะมีความเสถียรในทุกองศาของหกของเสรีภาพ มอเตอร์ไฟฟ้าอยู่ภายใต้หนึ่งองศา Minimally ระดับนี้ต้องมีความเสถียรทางอิเล็กทรอนิกส์ (หรือ วัสดุ diamagnetic ซึ่งไม่เสถียรเกินไปที่จะใช้ในแบริ่งปั๊มน้ำที่มีความแม่นยำ) อีกวิธีหนึ่ง (ละเว้นการสูญเสียในแกนแม่เหล็กที่ความถี่สูง) คือการ สร้างปืนนี้เป็นแกนกับทรงกลมแต่ละด้าน ทรงกลมเหล่านี้อยู่ภายในทรงกลมกลวงที่คง บนพื้นผิวของแต่ละทรงกลมลายตารางหมากรุกของสไลด์ และว่อนไปเส้นสนามแม่เหล็กได้ เป็นลายตารางหมากรุกของทรงกลมคงหมุน ใบพัดหมุน ในการก่อสร้างนี้แกนไม่มีเสถียรภาพทำต้นทุนของการไม่เสถียรอีกแกน แต่แกนเป็นกลาง และการควบคุมอิเล็กทรอนิกส์น้อยเครียด และจะเป็นแบบไดนามิกมากขึ้นมั่นคง ฮอลล์เซนเซอร์ใช้ตรวจจับตำแหน่งการหมุน และอื่น ๆ องศาความเป็นอิสระสามารถวัด capacitively

ความดันสูงสุด

ที่ความดันบรรยากาศ เส้นทางฟรีหมายถึงอากาศคือ ประมาณ 70 nm ปั๊ม turbomolecular สามารถทำงานเฉพาะถ้าโมเลกุลเหล่านั้นโดนใบมีดเคลื่อนถึงใบพัดหยุดนิ่งก่อนที่จะชนกับโมเลกุลอื่น ๆ ในการเดินทาง เพื่อให้บรรลุ ช่องว่างระหว่างใบมีดเคลื่อนที่และใบมีดนิ่งต้องมีใกล้กับ หรือน้อยกว่าหมายถึงเส้นทางฟรี จากมุมมองก่อสร้างจริง ช่องว่างเหมาะสมในระหว่างชุดใบมีดว่า 1 มม. เพื่อ turbopump จะติด (ไม่สุทธิสูบ) หากหมดไปบรรยากาศโดยตรง ตั้งแต่เส้นทางฟรีเฉลี่ยเป็นสัดส่วนตรงกันข้ามกับแรงดัน turbopump จะปั๊มเมื่อความดันของไอเสียมีน้อยกว่าประมาณ 10 Pa (0.10 mbar) ซึ่งหมายถึงเส้นทางฟรีเป็น 0.7 mm

Turbopumps ส่วนใหญ่มีปั๊ม Holweck (หรือปั๊มลากโมเลกุล) เป็นขั้นสุดท้ายจะเพิ่มสูงสุดสำรองแรงดัน (แรงดันไอเสีย) เกี่ยวกับ mbar 1 – 10 ในทางทฤษฎี ปั๊มหอยโข่ง ปั๊มช่องด้านข้าง หรือปั๊มซ้ำสามารถใช้เพื่อกลับไปที่ความดันบรรยากาศโดยตรง แต่ขณะนี้มี turbopump ไม่มีจำหน่ายที่ระบายสู่บรรยากาศ ในกรณีส่วนใหญ่ ไอเสียเชื่อมต่อกับปั๊มกลสำรอง (มักจะเรียกว่าปั๊มหยาบ) ที่ผลิตต่ำความดันเพียงพอสำหรับปั๊ม turbomolecular ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยทั่วไป ความดันสำรองนี้เป็นด้าน ล่าง 0.1 mbar และมัก เกี่ยวกับ 0.01 mbar ความดันสำรองมีแทบด้านล่าง 10−3 mbar (หมายถึง เส้นทางฟรี≈ 70 มม.) เนื่องจากความต้านทานการไหลของท่อสูญญากาศระหว่าง turbopump ปั๊ม roughing กลายเป็นสำคัญ

ปั๊ม turbomolecular ปั๊มหลากหลายมากก็ได้ มันสามารถสร้างหลายองศาของสูญญากาศจากกลางสุญญากาศ (~ 10−2 Pa) ได้ถึงระดับสุญญากาศสูง (~ 10−8 Pa)

ปั๊ม turbomolecular หลายในห้องปฏิบัติการหรือโรงงานผลิตสามารถเชื่อมต่อ โดยท่อกับปั๊มสำรองขนาดเล็ก อัตโนมัติวาล์วและปั๊มแพร่เหมือนฉีดลงในบัฟเฟอร์หลอดใหญ่ที่หน้าปั๊มสำรองป้องกันแรงดันเกินใด ๆ จากปั๊มเดียวอีกปั๊มถ่วง