Vakuum pumpar: Typer, tillämpningar och hur de fungerar

En vakuum pump är en enhet som borttar gasmolekyler från en tillstängd kammare eller behållare, vilket skapar ett partiellt eller fullständigt vakuum. Vakuum pumper används flitigt inom olika industrier och forskningsfält, såsom rymdteknik, elektronik, metallurgi, kemi, medicin och bioteknik. Vakuum pumper kan också användas för tillämpningar som vakuumförpackning, vakuumformning, vakuumbeläggning, vakuumtorkning och vakuumfiltrering.

I denna artikel kommer vi att förklara vad vakuum pumper är, hur de fungerar, vilka deras huvudfunktioner och typer är, samt vilka några av deras vanliga tillämpningar är.

Vad är en Vakuum Pump?

En vakuum pump definieras som en enhet som minskar trycket inuti en kammare eller behållare genom att ta bort gasmolekyler från den. Nivån av vakuum uppnådd av en vakuum pump beror på flera faktorer, såsom designen av pumpen, typen av gas som pumpas, volymen av kammaren, temperaturen på gasen och läckaget i systemet.

Den första vakuum pumpen uppfinnades av Otto von Guericke 1650. Han demonstrerade sin enhet genom att använda två halvklot som togs ut med hans pump och sedan slogs ihop. Han visade att ens hela hästhovar inte kunde separera dem på grund av atmosfärstrycket som verkar på dem. Senare förbättrade Robert Boyle och Robert Hooke Guerickes design och genomförde experiment på egenskaperna hos vakuum.

Vilka Är De Huvudfunktionerna Hos En Vakuum Pump?

Det finns tre huvudfunktioner som karakteriserar en vakuum pump:

• Avloppstryck

• Nivå av vakuum

• Pumpningshastighet

Avloppstryck

Avloppstryck är trycket mätt vid utloppet av pumpen. Det kan vara lika med eller lägre än atmosfärstrycket. Olika vakuum pumper är godkända för olika avloppstryck. Normalt har pumper för att skapa högt vakuum lågt avloppstryck. Till exempel, för att skapa ett mycket högt vakuum på 10-4 eller 10-7 Torr (en enhet för tryck), krävs ett mycket lågt avloppstryck av pumpen.

Vissa högvakuum pumper kräver en stödpump för att underhålla ett lågt avloppstryck innan de kan fungera. Stödpumpen kan vara en annan typ av vakuum pump eller en kompressor. Trycket skapat av stödpumpen kallas stödtryck eller förtryck.

Nivå av Vakuum

Nivån av vakuum är det minsta tryck som kan skapas av en vakuum pump inuti en kammare eller behållare. Den kallas också ultimate tryck eller bastryck. Teoretiskt sett är det omöjligt att skapa ett absolut vakuum (nolltryck) inuti en kammare, men praktiskt sett är det möjligt att skapa ett mycket lågt tryck på ungefär 10-13 Torr eller lägre.

Nivån av vakuum uppnådd av en vakuum pump beror på flera faktorer, såsom designen av pumpen, typen av gas som pumpas, volymen av kammaren, temperaturen på gasen och läckaget i systemet.

Pumpningshastighet

Pumpningshastighet definieras som hastigheten med vilken en pump kan ta bort gasmolekyler från en kammare eller behållare vid ett givet tryck. Den mäts i enheter av volym per tid, såsom liter per sekund (L/s), kubikfot per minut (CFM) eller kubikmeter per timme (m3/h). Pumpningshastighet kallas också sugkapacitet eller genomflöde.

Pumpningshastighet beror på flera faktorer, såsom designen av pumpen, typen av gas som pumpas, tryckskillnaden mellan inloppet och utloppet av pumpen, och ledningsförmågan av systemet.

Vilka Är Typerna Av Vakuum Pumper?

Det finns många typer av vakuum pumper tillgängliga på marknaden. De kan indelas i två huvudkategorier: positiva fördrivningspumper och kinetiska pumper.

Positiva Fördrivningspumper

Positiva fördrivningspumper fungerar genom att fängsla en fast volym av gas vid inloppet och sedan komprimerar den till ett högre tryck vid utloppet. De kan skapa låga till medelhöga vakuum (upp till 10-3 Torr). Några exempel på positiva fördrivningspumper är:

• Rotationsbladspumper

• Kolvspumpar

• Membranpumpar

• Skruvpumpar

• Skrullpumpar

• Roots-blowers

Rotationsbladspumpar

Rotationsbladspumpar är en av de vanligaste typerna av positiva fördrivningspumper.

De består av en cylindrisk rotor med radiella blad som glider in och ut när roteren roterar inuti en statör. Bladen delar utrymmet mellan roteren och statören in i kammare som ändrar i volym när de flyttar sig från inlopp till utlopp. När en kammare flyttar sig från inlopp till utlopp fångar den gas vid lågt tryck och sedan komprimerar den till högt tryck innan den släpper ut den till utloppet.

Rotationsbladspumpar kan vara antingen oljepluggade eller torra.

Oljepluggade rotationsbladspumpar använder olja som smörjmedel och pluggämne mellan bladen och statören. Oljan hjälper också till att kyla ner och ta bort vissa gasmolekyler från systemet. Torra rotationsbladspumpar använder inte olja utan litar på andra material eller beläggningar för att minska friktion och nötning mellan bladen och statören.

Rotationsbladspumpar kan skapa vakuum upp till 10-3 Torr med pumpningshastigheter som varierar mellan 0.5 och 1000 L/s.

Kolvspumpar

Kolvspumpar är en annan typ av positiv fördrivningspump som använder en eller flera kolvar för att komprimera gas inuti cylinder. Kolvarna rör sig fram och tillbaka inuti cylinder som har ventiler i båda ändarna för att styra gasflödet. När en kolv rör sig framåt, knuffar den ut gas ur ena änden av sin cylinder samtidigt som den drar in gas från den andra änden genom en inloppsväxel. När den rör sig bakåt, stänger den sin inloppsväxel samtidigt som den öppnar sin utloppsväxel för att släppa ut komprimerad gas.

Kolvspumpar kan vara antingen enstegs- eller flerstegs. Enstegs-kolvspumpar har endast en cylinder per kolv, medan flerstegs-kolvspumpar har två eller flera cylindrar anslutna i serie per kolv. Flerstegs-kolvspumpar kan skapa högre vakuum än enstegs-kolvspumpar genom att komprimera gas flera gånger innan de släpper ut den.

Kolvspumpar kan skapa vakuum upp till 10-3 Torr med pumpningshastigheter som varierar mellan 1 och 1000 L/s.

Membranpumpar

Membranpumpar är en annan typ av positiv fördrivningspump som använder flexibla membran för att komprimera gas inuti kammare. Membranen är fäst vid stavar som rör sig fram och tillbaka av en elektrisk motor eller en excentrisk cam. När ett membran rör sig framåt, knuffar det ut gas ur sin kammare genom en utloppsväxel samtidigt som det drar in gas från en annan kammare genom en inloppsväxel. När det rör sig bakåt, stänger det sin utloppsväxel samtidigt som den öppnar sin inloppsväxel för att tillåta gasflöde.

Membranpumpar är torra pumper som inte använder olja eller andra vätskor som smörjmedel eller pluggämnen. De är lämpliga för att pumpa korrosiva, brännbara eller känsliga gaser som inte kan förorenas av olja. De kan också fungera i alla orienteringar utan att påverka prestandan.

Membranpumpar kan skapa vakuum upp till 10-3 Torr med pumpningshastigheter som varierar mellan 0.1 och 100 L/s.

Skruvpumpar

Skruvpumpar är en annan typ av positiv fördrivningspump som använder två sammanpassade skruvar för att komprimera gas inuti kammare. Skruvarna roterar i motsatt riktning inuti cylindriska bockar som har in- och utlopp i båda ändarna. När skruvarna roterar, flyttar de gas längs sina trådar från inlopp till utlopp samtidigt som de minskar dess volym och ökar dess tryck.

Skruvpumpar kan vara antingen oljepluggade eller torra. Oljepluggade skruvpumpar använder olja som smörjmedel och pluggämne mellan skruvarna och bockarna. Oljan hjälper också till att kyla ner och ta bort vissa gasmolekyler från systemet. Torra skruvpumpar använder inte olja utan litar på andra material eller beläggningar för att minska friktion och nötning mellan skruvarna och bock