En vakuum pomp er en enhed, der fjerner gasmolekyler fra et tæt lukket kammer eller beholder, og opretter en delvis eller fuld vakuum. Vakuum pumper bruges bredt i forskellige industrier og forskningsområder, såsom luftfart, elektronik, metallurgi, kemi, medicin og bioteknologi. Vakuum pumper kan også anvendes til applikationer som vakuum emballage, vakuum formning, vakuum overfladebehandling, vakuum tørring og vakuum filtrering.
I denne artikel vil vi forklare, hvad vakuum pumper er, hvordan de fungerer, hvad deres hovedtræk og typer er, og hvad nogle af deres almindelige anvendelser er.
En vakuum pomp defineres som en enhed, der reducerer trykket inden i et kammer eller en beholder ved at fjerne gasmolekyler fra det. Grad af vakuum, der opnås af en vakuum pomp, afhænger af flere faktorer, såsom designet af pompen, typen af gas, der pumpe, volumen af kammeret, temperaturen af gassen, og leckageraten af systemet.
Den første vakuum pomp blev opfundet af Otto von Guericke i 1650. Han demonstrerede sin enhed ved at bruge to halvkugler, der blev evakueret af hans pomp, og derefter monteret sammen. Han viste, at selv hold med heste kunne ikke adskille dem på grund af atmosfæriske tryk, der virkede på dem. Senere forbedrede Robert Boyle og Robert Hooke Guerickes design og foretog eksperimenter på egenskaberne af vakuum.
Der er tre hovedtræk, der karakteriserer en vakuum pomp:
Udledningstryk
Grad af vakuum
Pumpehastighed
Udledningstryk er trykket, der måles ved udgangen af pompen. Det kan være lig med eller lavere end atmosfæriske tryk. Forskellige vakuum pumper er beregnet for forskellige udledningstryk. Normalt har pomper, der skaber høj vakuum, lavt udledningstryk. For eksempel, for at skabe et meget højt vakuum på 10-4 eller 10-7 Torr (en enhed for tryk), kræves et meget lavt udledningstryk af pompen.
Nogle højvakuum pumper kræver en understøttelsespomp for at fastholde et lavt udledningstryk, før de kan fungere. Understøttelsespommen kan være en anden type vakuum pomp eller en kompressor. Trykket, der oprettes af understøttelsespommen, kaldes understøttelsestryk eller fortryk.
Grad af vakuum er det mindste tryk, der kan oprettes af en vakuum pomp inden i et kammer eller en beholder. Det er også kendt som ultimate tryk eller basetryk. Teoretisk er det umuligt at oprette et absolut vakuum (nul tryk) inden i et kammer, men praktisk set er det muligt at oprette et meget lavt tryk på omkring 10-13 Torr eller lavere.
Grad af vakuum, der opnås af en vakuum pomp, afhænger af flere faktorer, såsom designet af pompen, typen af gas, der pumpe, volumen af kammeret, temperaturen af gassen, og leckageraten af systemet.
Pumpehastighed defineres som hastigheden, hvormed en pomp kan fjerne gasmolekyler fra et kammer eller en beholder ved et givent tryk. Den måles i enheder af volumen pr. tid, såsom liter pr. sekund (L/s), kubikfod pr. minut (CFM) eller kubikmeter pr. time (m3/h). Pumpehastighed er også kendt som sugekapacitet eller throughput.
Pumpehastighed afhænger af flere faktorer, såsom designet af pompen, typen af gas, der pumpe, trykforskellen mellem indgangen og udgangen af pompen, og konduktancen af systemet.
Der findes mange typer vakuum pumper på markedet. De kan inddeles i to hovedkategorier: positive forskydningspumper og kinetiske pumper.
Positive forskydningspumper arbejder ved at fange en fast volumen af gas ved indgangen og derefter komprimere den til et højere tryk ved udgangen. De kan skabe lav til medium vakuum (op til 10-3 Torr). Nogle eksempler på positive forskydningspumper er:
Rotationsplade pumper
Kolbepumper
Membranpumper
Skruetråde pumper
Rullepumper
Roots-blowere
Rotationsplade pumper er en af de mest almindelige typer positive forskydningspumper.
De består af en cylindrisk rotor med radiale plader, der glider ind og ud, mens rotoren roterer indeni en stator. Pladerne deler rummet mellem rotoren og statoren op i kamre, der ændrer sig i volumen, når de bevæger sig fra indgangen til udgangen. Når en kamer bevæger sig fra indgangen til udgangen, fanger den gas ved lavt tryk og komprimerer den derefter til højt tryk, før den frigiver den til udgangen.
Rotationsplade pumper kan være enten olie-sealed eller dry.
Olie-sealed rotationsplade pumper bruger olie som smøring og tætningsmiddel mellem pladerne og statoren. Olien hjælper også med at køle ned og fjerne nogle gasmolekyler fra systemet. Dry rotationsplade pumper bruger ikke olie, men regner med andre materialer eller overfladebehandlinger for at reducere friktion og slid mellem pladerne og statoren.
Rotationsplade pumper kan skabe vakuum op til 10-3 Torr med pumpehastigheder, der varierer fra 0,5 til 1000 L/s.
Kolbepumper er en anden type positive forskydningspumper, der bruger en eller flere kolber til at komprimere gas indeni cylindere. Kolberne bevæger sig frem og tilbage indeni cylindere, der har ventiler på begge ender for at kontrollere gasstrømmen. Når en kolbe bevæger sig fremad, skubber den gas ud af en ende af sin cylinder, mens den trækker gas ind fra en anden ende gennem en indgangsventil. Når den bevæger sig bagud, lukker den sin indgangsventil, mens den åbner sin udgangsventil for at frigive komprimeret gas.
Kolbepumper kan være enten enestages eller flerestages. Enestages kolbepumper har kun en cylinder per kolbe, mens flerestages kolbepumper har to eller flere cylindere forbundet i serie per kolbe. Flerestages kolbepumper kan skabe højere vakuum ved at komprimere gas flere gange, før den frigives.
Kolbepumper kan skabe vakuum op til 10-3 Torr med pumpehastigheder, der varierer fra 1 til 1000 L/s.
Membranpumper er en anden type positive forskydningspumper, der bruger fleksible membraner til at komprimere gas indeni kamre. Membranerne er fastgjort til stænger, der bevæger sig frem og tilbage ved en elektrisk motor eller en ekscentrisk cam. Når en membran bevæger sig fremad, skubber den gas ud af sin kamer gennem en udgangsventil, mens den trækker gas ind fra en anden kamer gennem en indgangsventil. Når den bevæger sig bagud, lukker den sin udgangsventil, mens den åbner sin indgangsventil for at tillade gasstrøm.
Membranpumper er dry pumper, der ikke bruger olie eller andre væsker som smøring eller tætningsmiddel. De er egnet til at pumpe korrosive, brandfarlige eller følsomme gasser, der ikke kan forurenes af olie. De kan også fungere i enhver orientering uden at påvirke deres ydeevne.
Membranpumper kan skabe vakuum op til 10-3 Torr med pumpehastigheder, der varierer fra 0,1 til 100 L/s.
Skruetråde pumper er en anden type positive forskydningspumper, der bruger to inddragningskruer til at komprimere gas indeni kamre. Kruerne roterer i modsat retning indeni cylindriske huse, der har indgangs- og udgangsportaler på begge ender. Når kruerne roterer, flytter de gas langs deres tråde fra indgangen til udgangen, mens de reducerer dets volumen og øger dets tryk.
Skruetråde pumper kan være enten olie-sealed eller dry. Olie-sealed skruetråde pumper bruger olie som smøring og tætningsmiddel mellem kruerne og huserne. Olien hjælper også med at køle ned og fjerne nogle gasmolekyler fra systemet. Dry skruetråde pumper bruger ikke olie, men regner med andre materialer eller overfladebehandlinger for at reducere friktion og slid mellem kruerne og huserne.
