Pumpi za vakuum: Vrste primjene i način rada

Vakuumski pumpa je uređaj koji uklanja molekule plinova iz zatvorenog prostora ili spremnika, stvarajući djelomičan ili potpuni vakuum. Vakuumski pompe široko se koriste u različitim industrijskim i istraživačkim područjima, poput aerokosmike, elektronike, metalurgije, kemije, medicine i biotehnologije. Vakuumski pompe mogu se koristiti i za aplikacije poput vakuumiranja ambalaže, vakuumiranja oblikovanja, vakuumiranja nanosenja, vakuumiranja sušenja i vakuumiranja filtriranja.

U ovom članku objasniti ćemo što su vakuumski pompe, kako funkcioniraju, kakve su njihove glavne značajke i vrste, te kakve su neke od njihovih uobičajenih primjena.

Što je vakuumski pumpa?

Vakuumski pumpa definira se kao uređaj koji smanjuje tlak unutar prostora ili spremnika uklanjajući molekule plinova. Nivo vakuum koji postiže vakuumski pumpa ovisi o nekoliko faktora, poput dizajna pompe, vrste plina koji se pumpa, volumena prostora, temperature plina i stopa curenja sustava.

Prva vakuumski pumpa izumljena je od strane Otto von Guericke 1650. godine. On je demonstrirao svoj uređaj korištenjem dvije hemisfere koje je evakuirao svojom pumpom i zatim ih spojio. Pokazao je da čak i timovi konja ne mogu ih razdvojiti zbog atmosferskog tlaka koji na njih djeluje. Kasnije su Robert Boyle i Robert Hooke poboljšali Guerickeov dizajn i provodili eksperimente na svojstvima vakuum.

Kakve su glavne značajke vakuumskih pompa?

Postoje tri glavne značajke koje karakteriziraju vakuumsku pumpu:

• Izlazni tlak

• Nivo vakuum

• Brzina pumpiranja

Izlazni tlak

Izlazni tlak mjeri se na izlazu pompe. Može biti jednak ili manji od atmosferskog tlaka. Različite vakuumskie pompe imaju različite ocijenjenosti za izlazni tlak. Obično, pompe za stvaranje visokog vakuum imaju niski izlazni tlak. Na primjer, za stvaranje vrlo visokog vakuum od 10-4 ili 10-7 Torr (jedinica za tlak), potreban je vrlo niski izlazni tlak pompe.

Neki visokovakuumski pompe zahtijevaju podršnu pumpu kako bi održavale niski izlazni tlak prije nego što mogu raditi. Podršna pumpa može biti druga vrsta vakuumskog pompe ili kompresor. Tlak stvoren od strane podršne pompe naziva se podršni tlak ili predtlak.

Nivo vakuum

Nivo vakuuma je minimalni tlak koji vakuumski pumpa može stvoriti unutar prostora ili spremnika. Poznat je i kao krajnji tlak ili bazni tlak. Teoretski, nemoguće je stvoriti apsolutni vakuum (nula tlak) unutar prostora, ali praktično je moguće stvoriti vrlo niski tlak od oko 10-13 Torr ili niže.

Nivo vakuuma postignut od strane vakuumskog pompe ovisi o nekoliko faktora, poput dizajna pompe, vrste plina koji se pumpa, volumena prostora, temperature plina i stopa curenja sustava.

Brzina pumpiranja

Brzina pumpiranja definira se kao stopa na kojoj pumpa može ukloniti molekule plinova iz prostora ili spremnika na zadani tlak. Mjeri se u jedinicama volumena po vremenu, poput litara po sekundi (L/s), kubičnih stopa po minuti (CFM) ili kubičnih metara po satu (m3/h). Brzina pumpiranja poznata je i kao kapacitet suha ili protoka.

Brzina pumpiranja ovisi o nekoliko faktora, poput dizajna pompe, vrste plina koji se pumpa, razlike tlaka između ulaza i izlaza pompe, i provodnosti sustava.

Kakve su vrste vakuumskih pompa?

Postoji mnogo vrsta vakuumskih pompa dostupnih na tržištu. Mogu se klasificirati u dvije glavne kategorije: pozitivne pompe s rasporedom i kinetičke pompe.

Pozitivne pompe s rasporedom

Pozitivne pompe s rasporedom funkcioniraju tako što zaprave fiksni volumen plina na ulazu, a zatim ga komprimiraju na viši tlak na izlazu. Mogu stvoriti niske do srednje vakume (do 10-3 Torr). Neke primjere pozitivnih pompa s rasporedom su:

• Rotacijske lamelne pompe

• Pistonske pompe

• Membranske pompe

• Screw pompe

• Scroll pompe

• Roots bloweri

Rotacijske lamelne pompe

Rotacijske lamelne pompe su jedne od najčešćih vrsta pozitivnih pompa s rasporedom.

Sastoje se od cilindričnog rotor s radijalnim lamelama koje se klizu u i iz dok se rotor rotira unutar statora. Lamele dijele prostor između rotor i stator na komore koje mijenjaju volumen dok se kreću od ulaza do izlaza. Kako se komora kreće od ulaza do izlaza, zahvaća plin na niskom tlaku, a zatim ga komprimira na visoki tlak prije puštanja na izlaz.

Rotacijske lamelne pompe mogu biti bušene uljem ili suhe.

Rotacijske lamelne pompe bušene uljem koriste ulje kao smazalj i sigurnosnik između lamela i statora. Uljem također pomaže hlađenje i uklanjanje nekih molekula plina iz sustava. Suhe rotacijske lamelne pompe ne koriste ulje, već se oslanjaju na druge materijale ili pregrade kako bi smanjile trenje i abraziju između lamela i statora.

Rotacijske lamelne pompe mogu stvoriti vakume do 10-3 Torr s brzinama pumpiranja koje se kreću od 0.5 do 1000 L/s.

Pistonske pompe

Pistonske pompe su još jedna vrsta pozitivnih pompa s rasporedom koje koriste jedan ili više pistona za komprimiranje plina unutar cilindara. Pistoni se kreću naprijed i nazad unutar cilindara koji imaju ventile na oba kraja za kontrolu toka plina. Dok se piston kreće naprijed, ispušta plin na jednom kraju svog cilindra dok upušta plin s drugog kraja kroz ulazni ventil. Dok se kreće nazad, zatvara svoj ulazni ventil, a otvara izlazni ventil kako bi ispušteni komprimirani plin.

Pistonske pompe mogu biti jednostepene ili višestepene. Jednostepene pistonske pompe imaju samo jedan cilindar po pistonu, dok višestepene pistonske pompe imaju dva ili više cilindara povezanih u seriju po pistonu. Višestepene pistonske pompe mogu stvoriti veće vakume od jednostepenih pistonskih pompa komprimirajući plin više puta prije puštanja.

Pistonske pompe mogu stvoriti vakume do 10-3 Torr s brzinama pumpiranja koje se kreću od 1 do 1000 L/s.

Membranske pompe

Membranske pompe su još jedna vrsta pozitivnih pompa s rasporedom koje koriste fleksibilne membrane za komprimiranje plina unutar komora. Membrane su pričvršćene na štapiće koji se kreću naprijed i nazad električnim motorom ili ekscentričnim kamom. Dok se membrana kreće naprijed, ispušta plin iz svog komora kroz izlazni ventil dok upušta plin s drugog komora kroz ulazni ventil. Dok se kreće nazad, zatvara svoj izlazni ventil, a otvara ulazni ventil kako bi omogućila tok plina.

Membranske pompe su suhe pompe koje ne koriste ulje ili druge tekućine kao smazalj ili sigurnosnik. Pogodne su za pumpiranje korozivnih, vatrih ili osjetljivih plinova koji ne mogu biti kontaminirani uljem. Mogu također raditi u bilo kojoj orijentaciji bez utjecaja na svoj performans.

Membranske pompe mogu stvoriti vakume do 10-3 Torr s brzinama pumpiranja koje se kreću od 0.1 do 100 L/s.

Screw pompe

Screw pompe su još jedna vrsta pozitivnih pompa s rasporedom koje koriste dva intermeshing skrovi za komprimiranje plina unutar komora. Skrovi se vrte u suprotnim smjerovima unutar cilindričnih kućica koje imaju ulaz