Vakuumspumper: Typer, anvendelser og hvordan de fungerer

En vakuum-pumpe er et enhet som fjerner gassmolekyler fra en lukket kammer eller beholder, og skaper en delvis eller fullstendig vakuum. Vakuum-pumper brukes vidt i ulike industri- og forskningsfelt, som romfart, elektronikk, metallurgi, kjemi, medisin og bioteknologi. Vakuum-pumper kan også brukes for applikasjoner som vakuum-forpakking, vakuum-forming, vakuum-belægging, vakuum-tørking og vakuum-filtrering.

I denne artikkelen vil vi forklare hva vakuum-pumper er, hvordan de fungerer, hva deres hovedegenskaper og typer er, og hva noen av de vanlige anvendelsene er.

Hva er en vakuum-pumpe?

En vakuum-pumpe defineres som en enhet som reduserer trykket inne i en kammer eller beholder ved å fjerne gassmolekyler fra den. Grad av vakuum oppnådd av en vakuum-pumpe avhenger av flere faktorer, som pumpe-design, typen gass som pumper, volumet av kammeret, temperaturen på gassen, og lekkasje-raten i systemet.

Den første vakuum-pumpen ble oppfunnet av Otto von Guericke i 1650. Han demonstrerte sin enhet ved å bruke to halvkuler som ble evakuert av hans pumpe og deretter festet sammen. Han viste at selv team av hester ikke kunne separere dem på grunn av atmosfærtrykket som virket på dem. Senere forbedret Robert Boyle og Robert Hooke Guerickes design og gjennomførte eksperimenter på egenskapene til vakuumet.

Hva er de hovedtrekkene til en vakuum-pumpe?

Det er tre hovedtrekk som karakteriserer en vakuum-pumpe:

• Avløpstrykk

• Grad av vakuum

• Pumpesnitt

Avløpstrykk

Avløpstrykk er trykket målt ved utgangen av pumpe. Det kan være likt eller lavere enn atmosfærtrykket. Forskjellige vakuum-pumper er kategorisert for ulike avløpspresser. Normalt har pumper for å lage høyt vakuum lavt avløpstrykk. For eksempel, for å lage et svært høyt vakuum på 10-4 eller 10-7 Torr (en enhet for trykk), kreves et svært lavt avløpstrykk av pumpe.

Noen høyvakuum-pumper krever en bakgrunns-pumpe for å opprettholde et lavt avløpstrykk før de kan operere. Bakgrunns-pumpen kan være en annen type vakuum-pumpe eller en kompressor. Trykket opprettet av bakgrunns-pumpen kalles bakgrunns-trykk eller fore-trykk.

Grad av vakuum

Grad av vakuum er det laveste trykket som kan opprettes av en vakuum-pumpe inne i en kammer eller beholder. Det er også kjent som ultimate-trykk eller base-trykk. Teoretisk er det umulig å opprette et absolutt vakuum (null trykk) inne i en kammer, men praktisk er det mulig å opprette et svært lavt trykk på omtrent 10-13 Torr eller lavere.

Grad av vakuum oppnådd av en vakuum-pumpe avhenger av flere faktorer, som pumpe-design, typen gass som pumper, volumet av kammeret, temperaturen på gassen, og lekkasje-raten i systemet.

Pumpesnitt

Pumpesnitt defineres som hastigheten pumper kan fjerne gassmolekyler fra en kammer eller beholder ved et gitt trykk. Det måles i enheter av volum per tid, som liter per sekund (L/s), kubikkmeter per time (m3/h). Pumpesnitt er også kjent som suksjonsevne eller gjennomstrømning.

Pumpesnitt avhenger av flere faktorer, som pumpe-design, typen gass som pumper, trykkdifferansen mellom inngang og utgang av pumpe, og konduktiviteten i systemet.

Hva er typer av vakuum-pumper?

Det finnes mange typer vakuum-pumper på markedet. De kan deles inn i to hovedkategorier: positive forskyvingspumper og kinetiske pumper.

Positive forskyvingspumper

Positive forskyvingspumper fungerer ved å fange et fast volum gass ved inngangen og deretter komprimere det til et høyere trykk ved utgangen. De kan skape lavt til medium vakuum (opp til 10-3 Torr). Noen eksempler på positive forskyvingspumper er:

• Rotary vane-pumper

• Kolbe-pumper

• Membranpumper

• Skru-pumper

• Rull-pumper

• Roots-blower

Rotary vane-pumper

Rotary vane-pumper er en av de mest vanlige typene positive forskyvingspumper.

De består av en sylindrisk rotor med radielle vane som glir inn og ut mens roteren roterer inni en stator. Vanene deler området mellom roteren og stator inn i kammer som endrer volum når de beveger seg fra inngang til utgang. Når et kammer beveger seg fra inngang til utgang, fanger det gass ved lavt trykk og komprimerer det til høyt trykk før det slipper det ut til utgangen.

Rotary vane-pumper kan være enten oljeseglede eller tørre.

Oljeseglede rotary vane-pumper bruker olje som smørestoff og seglingsmiddel mellom vanene og stator. Oljen hjelper også med å kylte ned og fjerne noen gassmolekyler fra systemet. Tørre rotary vane-pumper bruker ikke olje, men støtter seg på andre materialer eller belægninger for å redusere friksjon og slitasje mellom vanene og stator.

Rotary vane-pumper kan skape vakuum opp til 10-3 Torr med pumpesnitt som varierer fra 0.5 til 1000 L/s.

Kolbe-pumper

Kolbe-pumper er en annen type positive forskyvingspumper som bruker én eller flere kolber for å komprimere gass inne i sylinder. Kolbene beveger seg frem og tilbake i sylinder som har ventiler på begge ender for å kontrollere gassflyt. Når en kolbe beveger seg fremover, presser den gass ut av en ende av sin sylinder samtidig som den trekker gass inn fra en annen ende gjennom en inngangsventil. Når den beveger seg bakover, lukker den sin inngangsventil mens den åpner sin utgangsventil for å slippe ut komprimert gass.

Kolbe-pumper kan være enten enetapige eller flertapige. Enetapige kolbe-pumper har bare en sylinder per kolbe, mens flertapige kolbe-pumper har to eller flere sylinder forbundet i serie per kolbe. Flertapige kolbe-pumper kan skape høyere vakuum enn enetapige kolbe-pumper ved å komprimere gass flere ganger før de slipper den ut.

Kolbe-pumper kan skape vakuum opp til 10-3 Torr med pumpesnitt som varierer fra 1 til 1000 L/s.

Membranpumper

Membranpumper er en annen type positive forskyvingspumper som bruker fleksible membraner for å komprimere gass inne i kammer. Membranene er festet til staver som beveger seg frem og tilbake av en elektrisk motor eller en eksentriske kam. Når en membran beveger seg fremover, presser den gass ut av sitt kammer gjennom en utgangsventil samtidig som den trekker gass inn fra et annet kammer gjennom en inngangsventil. Når den beveger seg bakover, lukker den sin utgangsventil mens den åpner sin inngangsventil for å tillate gassflyt.

Membranpumper er tørre pumper som ikke bruker olje eller andre væsker som smøre- eller seglingsmidler. De er egnet for å pumpe korrosive, flammebare eller følsomme gasser som ikke kan forurenset av olje. De kan også operere i hvilken som helst retning uten å påvirke prestasjonen.

Membranpumper kan skape vakuum opp til 10-3 Torr med pumpesnitt som varierer fra 0.1 til 100 L/s.

Skru-pumper

Skru-pumper er en annen type positive forskyvingspumper som bruker to innestående skrur for å komprimere gass inne i kammer. Skrurene roterer i motsatt retning inni sylindriske hus som har inngangs- og utgangsport ved begge ender. Når skrurene roterer, flytter de gass langs deres tråder fra inngangen til utgangen samtidig som de reduserer volumet og øker trykket.

Skru-pumper kan være enten oljeseglede eller tørre. Oljeseglede skru-pumper bruker olje som smøre- og seglingsmiddel mellom skrurene og husene. Oljen hjelper også med å kylte ned og fjerne noen gassmolekyler fra systemet. Tørre skru-pumper bruker ikke olje, men støtter seg på andre materialer eller belægninger for å redusere friksjon og slitasje mellom skrurene og husene.

Skru-pumper kan skape vakuum opp til 10