Ένας βοηθητής κενού είναι ένα συστηματικό όργανο που αφαιρεί μόρια αερίων από ένα σφραγισμένο δεξαμενόχωρο ή συσσωρευτή, δημιουργώντας μερικά ή πλήρες κενό. Οι βοηθητές κενού χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορες βιομηχανίες και ερευνητικά πεδία, όπως η αεροδιάσταση, η ηλεκτρονική, η μεταλλουργία, η χημεία, η ιατρική και η βιοτεχνολογία. Οι βοηθητές κενού μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές όπως η εμπάκαγη υλικών, η μορφοποίηση υλικών με κενό, η επιβάλλουσα επεξεργασία, η αφύγρανση, η εξάρτηση και η φίλτρωση με κενό.
Σε αυτό το άρθρο, θα εξηγήσουμε τι είναι οι βοηθητές κενού, πώς λειτουργούν, τι είναι τα βασικά τους χαρακτηριστικά και τα είδη τους, καθώς και ποιες είναι μερικές από τις κοινές εφαρμογές τους.
Ο βοηθητής κενού ορίζεται ως ένα συστηματικό όργανο που μειώνει την πίεση μέσα σε ένα δεξαμενόχωρο ή συσσωρευτή, αφαιρώντας τα μόρια των αερίων. Το επίπεδο κενού που επιτυγχάνει ο βοηθητής κενού εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως την κατασκευή του, το είδος του αερίου που εκτελείται, το όγκο του δεξαμενόχωρου, τη θερμοκρασία του αερίου και το ρυθμό διαρροής του συστήματος.
Ο πρώτος βοηθητής κενού εφηύρθη από τον Otto von Guericke το 1650. Έδειξε το όργανό του χρησιμοποιώντας δύο ημισφαίρια που εκτελέστηκαν από τον βοηθητή κενού του και συνδέστηκαν μαζί. Επέδειξε ότι ακόμη και ομάδες ίππων δεν μπορούσαν να τα χωρίσουν λόγω της ατμοσφαιρικής πίεσης που ασκείτο σε αυτά. Αργότερα, ο Robert Boyle και ο Robert Hooke βελτίωσαν την κατασκευή του Guericke και διεξήγαγαν πειράματα στις ιδιότητες του κενού.
Υπάρχουν τρία βασικά χαρακτηριστικά που χαρακτηρίζουν έναν βοηθητή κενού:
Πίεση εξαγωγής
Βαθμός κενού
Ταχύτητα εκτελέσεως
Η πίεση εξαγωγής είναι η πίεση που μετριέται στην έξοδο του βοηθητή. Μπορεί να είναι ίση ή χαμηλότερη από την ατμοσφαιρική πίεση. Διαφορετικοί βοηθητές κενού έχουν διαφορετικές πιέσεις εξαγωγής. Συνήθως, οι βοηθητές για τη δημιουργία υψηλού κενού έχουν χαμηλή πίεση εξαγωγής. Για παράδειγμα, για τη δημιουργία εξαιρετικά υψηλού κενού 10-4 ή 10-7 Torr (μονάδα πίεσης), απαιτείται εξαιρετικά χαμηλή πίεση εξαγωγής του βοηθητή.
Κάποιοι βοηθητές υψηλού κενού απαιτούν έναν βοηθητή υποστήριξης για να διατηρήσουν χαμηλή πίεση εξαγωγής πριν από τη λειτουργία τους. Ο βοηθητής υποστήριξης μπορεί να είναι άλλος τύπος βοηθητή κενού ή συμπιέστης. Η πίεση που δημιουργεί ο βοηθητής υποστήριξης ονομάζεται πίεση υποστήριξης ή προπίεση.
Ο βαθμός κενού είναι η ελάχιστη πίεση που μπορεί να δημιουργηθεί από έναν βοηθητή κενού μέσα σε ένα δεξαμενόχωρο ή συσσωρευτή. Επίσης γνωστό ως τελική πίεση ή βασική πίεση. Θεωρητικά, είναι αδύνατο να δημιουργηθεί απόλυτο κενό (μηδενική πίεση) μέσα σε ένα δεξαμενόχωρο, αλλά πρακτικά είναι δυνατό να δημιουργηθεί εξαιρετικά χαμηλή πίεση περίπου 10-13 Torr ή χαμηλότερη.
Ο βαθμός κενού που επιτυγχάνει ένας βοηθητής κενού εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως την κατασκευή του, το είδος του αερίου που εκτελείται, το όγκο του δεξαμενόχωρου, τη θερμοκρασία του αερίου και το ρυθμό διαρροής του συστήματος.
Η ταχύτητα εκτελέσεως ορίζεται ως ο ρυθμός με τον οποίο ένας βοηθητής μπορεί να αφαιρέσει μόρια αερίων από ένα δεξαμενόχωρο ή συσσωρευτή σε μια δεδομένη πίεση. Μετριέται σε μονάδες όγκου ανά χρόνο, όπως λίτρα ανά δευτερόλεπτο (L/s), τετραγωνικά πόδια ανά λεπτό (CFM) ή τετραγωνικά μέτρα ανά ώρα (m3/h). Η ταχύτητα εκτελέσεως είναι επίσης γνωστή ως δυναμικό απόσυρσης ή ροή.
Η ταχύτητα εκτελέσεως εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως την κατασκευή του βοηθητή, το είδος του αερίου που εκτελείται, τη διαφορά πίεσης μεταξύ της είσοδου και της έξοδου του βοηθητή, και την ανταλλαγή του συστήματος.
Υπάρχουν πολλά είδη βοηθητών κενού στην αγορά. Μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο βασικές κατηγορίες: βοηθητές με σταθερή διάταξη και κινητικοί βοηθητές.
Οι βοηθητές με σταθερή διάταξη λειτουργούν αποθηκεύοντας ένα σταθερό όγκο αερίου στην είσοδο και στη συνέχεια συμπιέζοντάς το σε υψηλότερη πίεση στην έξοδο. Μπορούν να δημιουργήσουν χαμηλό έως μεσαίο κενό (έως 10-3 Torr). Κάποια παραδείγματα βοηθητών με σταθερή διάταξη είναι:
Ροτατίδιοι βοηθητές
Πιστονικοί βοηθητές
Μεμβρανοί βοηθητές
Ελικοειδείς βοηθητές
Βοηθητές με συλλογικές ελικοειδείς
Βοηθητές Roots
Οι ροτατίδιοι βοηθητές είναι ένα από τα πιο κοινά είδη βοηθητών με σταθερή διάταξη.
Αποτελούνται από έναν κυλινδρικό ρότορα με ακτινικές πτερύγιες που συστρεφούνται εμβαδικά όπως ο ρότορας περιστρέφεται μέσα σε ένα στάτορ. Τα πτερύγια χωρίζουν το χώρο μεταξύ του ρότορα και του στάτορ σε διαμερίσματα που αλλάζουν σε όγκο όπως κινούνται από την είσοδο στην έξοδο. Όταν ένα διαμέρισμα κινείται από την είσοδο στην έξοδο, αποθηκεύει αέριο σε χαμηλή πίεση και στη συνέχεια το συμπιέζει σε υψηλή πίεση πριν το αποδεσμεύσει στην έξοδο.
