پمپهای خلأ: انواع، کاربردها و نحوه عملکرد آنها
پمپ خلاء دستگاهی است که مولکولهای گاز را از یک کامره یا ظرف بستهشده حذف میکند و خلاء جزئی یا کامل ایجاد میکند. پمپهای خلاء در صنایع مختلف و زمینههای تحقیقاتی مانند هوافضا، الکترونیک، متالورژی، شیمی، پزشکی و بیوتکنولوژی به طور گسترده استفاده میشوند. پمپهای خلاء همچنین برای کاربردهایی مانند بستهبندی خلاء، قالبگیری خلاء، پوششدهی خلاء، خشک کردن خلاء و فیلتراسیون خلاء نیز مورد استفاده قرار میگیرند.
در این مقاله، ما توضیح میدهیم که پمپهای خلاء چیست، چگونه عمل میکنند، ویژگیها و نوعهای اصلی آنها چیست و کدام کاربردهای معمولی دارند.
پمپ خلاء چیست؟
پمپ خلاء به عنوان دستگاهی تعریف میشود که فشار داخل یک کامره یا ظرف را با حذف مولکولهای گاز از آن کاهش میدهد. میزان خلاء که یک پمپ خلاء میتواند ایجاد کند، به عوامل مختلفی مانند طراحی پمپ، نوع گازی که پمپشده، حجم کامره، دما گاز و نرخ لیکیج سیستم بستگی دارد.
اولین پمپ خلاء توسط اتو فون گوریکه در سال ۱۶۵۰ اختراع شد. او دستگاه خود را با استفاده از دو نیمکره که با پمپ او خلاء شده و به هم متصل شدهاند، نمایش داد. او نشان داد که حتی تیمهای اسب نیز قادر به جدا کردن آنها نیستند زیرا فشار جوی بر روی آنها عمل میکند. بعداً، رابرت بویل و رابرت هوک طراحی گوریکه را بهبود بخشیدند و آزمایشهایی در مورد ویژگیهای خلاء انجام دادند.
ویژگیهای اصلی پمپ خلاء چیست؟
سه ویژگی اصلی وجود دارد که یک پمپ خلاء را مشخص میکنند:
فشار خروجی
درجه خلاء
سرعت پمپاژ
فشار خروجی
فشار خروجی فشاری است که در محل خروج پمپ اندازهگیری میشود. میتواند برابر یا کمتر از فشار جو باشد. پمپهای خلاء مختلف برای فشارهای خروجی متفاوت طراحی شدهاند. به طور معمول، پمپهایی که برای ایجاد خلاء بالا طراحی شدهاند، فشار خروجی پایینی دارند. برای مثال، برای ایجاد خلاء بسیار بالا به میزان ۱۰-۴ یا ۱۰-۷ تور (واحدی از فشار)، نیاز به فشار خروجی بسیار پایین پمپ است.
برخی از پمپهای خلاء با فشار بالا نیاز به پمپ پشتیبانی دارند تا قبل از عملکردشان فشار خروجی پایینی حفظ کنند. پمپ پشتیبانی میتواند نوع دیگری از پمپ خلاء یا کمپرسور باشد. فشاری که توسط پمپ پشتیبانی ایجاد میشود، فشار پشتیبان یا فشار پیشین نامیده میشود.
درجه خلاء
درجه خلاء فشار حداقلی است که یک پمپ خلاء میتواند در یک کامره یا ظرف ایجاد کند. این فشار همچنین به عنوان فشار نهایی یا فشار پایه شناخته میشود. نظریاً، ایجاد یک خلاء مطلق (فشار صفر) در یک کامره غیرممکن است، اما عملیاً میتوان یک فشار بسیار پایین به میزان ۱۰-۱۳ تور یا کمتر ایجاد کرد.
درجه خلاء که یک پمپ خلاء میتواند ایجاد کند، به عوامل مختلفی مانند طراحی پمپ، نوع گازی که پمپشده، حجم کامره، دما گاز و نرخ لیکیج سیستم بستگی دارد.
سرعت پمپاژ
سرعت پمپاژ به معنای نرخی است که یک پمپ میتواند مولکولهای گاز را از یک کامره یا ظرف در یک فشار خاص حذف کند. این سرعت به واحدهای حجم بر زمان اندازهگیری میشود، مانند لیتر بر ثانیه (L/s)، فوت مکعب بر دقیقه (CFM) یا متر مکعب بر ساعت (m3/h). سرعت پمپاژ همچنین به عنوان ظرفیت جذب یا ضربهای شناخته میشود.
سرعت پمپاژ به عوامل مختلفی مانند طراحی پمپ، نوع گازی که پمپشده، اختلاف فشار بین ورودی و خروجی پمپ و جریانپذیری سیستم بستگی دارد.
نوعهای پمپ خلاء چیست؟
نوعهای مختلفی از پمپهای خلاء در بازار موجود است. آنها میتوانند به دو دسته اصلی تقسیمبندی شوند: پمپهای جابجایی مثبت و پمپهای کینتیک.
پمپهای جابجایی مثبت
پمپهای جابجایی مثبت با جابجایی حجم ثابتی از گاز در ورودی و سپس فشرده کردن آن به فشار بالاتر در خروجی کار میکنند. آنها میتوانند خلاءهای پایین تا متوسط (تا ۱۰-۳ تور) ایجاد کنند. برخی نمونههای پمپهای جابجایی مثبت عبارتند از:
پمپهای وانهای دورانی
پمپهای پیستونی
پمپهای میلهای
پمپهای پیچی
پمپهای پیچدار
بلواکهای روتز
پمپهای وانهای دورانی
پمپهای وانهای دورانی یکی از رایجترین نوعهای پمپهای جابجایی مثبت هستند.
این پمپها شامل یک روتر استوانهای با وانهای شعاعی که در حالی که روتر درون استاتور میچرخد، به داخل و خارج حرکت میکنند. وانها فضای بین روتر و استاتور را به کامرههایی تقسیم میکنند که حجم آنها در حالی که از ورودی به خروجی حرکت میکنند، تغییر میکند. وقتی یک کامره از ورودی به خروجی حرکت میکند، گاز را با فشار پایین جذب میکند و سپس آن را به فشار بالا فشرده کرده و از طریق خروجی آزاد میکند.
پمپهای وانهای دورانی میتوانند یا روغندار یا خشک باشند.
پمپهای وانهای دورانی روغندار از روغن به عنوان لوبریکانت و مسدودکننده بین وانها و استاتور استفاده میکنند. روغن همچنین به خنک کردن و حذف برخی از مولکولهای گاز از سیستم کمک میکند. پمپهای وانهای دورانی خشک از روغن استفاده نمیکنند بلکه از مواد دیگر یا پوششها برای کاهش اصطکاک و سایش بین وانها و استاتور استفاده میکنند.
پمپهای وانهای دورانی میتوانند خلاءهای تا ۱۰-۳ تور با سرعتهای پمپاژی از ۰.۵ تا ۱۰۰۰ L/s ایجاد کنند.
پمپهای پیستونی
پمپهای پیستونی نوع دیگری از پمپهای جابجایی مثبت هستند که از یک یا چند پیستون برای فشرده کردن گاز درون سیلندرها استفاده میکنند. پیستونها درون سیلندرها که در هر دو انتها دارای شیرهای کنترل جریان گاز هستند، جلو و عقب حرکت میکنند. وقتی یک پیستون به جلو حرکت میکند، گاز را از یک انتها سیلندر خود بیرون میفرستد و از طریق شیر ورودی گاز را از انتهای دیگر جذب میکند. وقتی به عقب حرکت میکند، شیر ورودی خود را میبندد و شیر خروجی را باز میکند تا گاز فشرده شده را آزاد کند.
پمپهای پیستونی میتوانند یک مرحلهای یا چند مرحلهای باشند. پمپهای پیستونی یک مرحلهای فقط یک سیلندر برای هر پیستون دارند، در حالی که پمپهای پیستونی چند مرحلهای دو یا چند سیلندر در سری به هر پیستون متصل شدهاند. پمپهای پیستونی چند مرحلهای میتوانند خلاءهای بالاتری نسبت به پمپهای پیستونی یک مرحلهای با فشرده کردن گاز چندین بار قبل از آزاد کردن آن ایجاد کنند.
پمپهای پیستونی میتوانند خلاءهای تا ۱۰-۳ تور با سرعتهای پمپاژی از ۱ تا ۱۰۰۰ L/s ایجاد کنند.
<
