ปั๊มสุญญากาศคืออุปกรณ์ที่ใช้ในการกำจัดโมเลกุลของแก๊สออกจากห้องหรือภาชนะที่ถูกปิดสนิท ทำให้เกิดสภาพสุญญากาศบางส่วนหรือเต็มที่ ปั๊มสุญญากาศถูกใช้อย่างกว้างขวางในหลายอุตสาหกรรมและสาขาการวิจัย เช่น อวกาศ เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ การผลิตโลหะเคมี ทางการแพทย์ และเทคโนโลยีชีวภาพ นอกจากนี้ ปั๊มสุญญากาศยังสามารถใช้สำหรับการบรรจุภัณฑ์แบบสุญญากาศ การหล่อแบบสุญญากาศ การเคลือบผิวด้วยสุญญากาศ การอบแห้งด้วยสุญญากาศ และการกรองด้วยสุญญากาศ
ในบทความนี้ เราจะอธิบายว่าปั๊มสุญญากาศคืออะไร ทำงานอย่างไร มีคุณสมบัติและประเภทหลักอะไรบ้าง และมีการใช้งานที่พบบ่อยอย่างไร
ปั๊มสุญญากาศถูกกำหนดเป็นอุปกรณ์ที่ลดความดันภายในห้องหรือภาชนะโดยการกำจัดโมเลกุลของแก๊สออกจากมัน ระดับสุญญากาศที่ปั๊มสุญญากาศสร้างขึ้นขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น การออกแบบของปั๊ม ชนิดของแก๊สที่ถูกสูบ ปริมาณของห้อง ความร้อนของแก๊ส และอัตราการรั่วไหลของระบบ
ปั๊มสุญญากาศเครื่องแรกถูกประดิษฐ์ขึ้นโดย Otto von Guericke ในปี ค.ศ. 1650 เขาได้สาธิตอุปกรณ์ของเขาโดยใช้สองครึ่งทรงกลมที่ถูกสูบอากาศออกแล้วนำมาต่อกัน เขาแสดงให้เห็นว่าแม้แต่ทีมม้าก็ไม่สามารถแยกพวกมันออกจากกันได้เนื่องจากแรงดันบรรยากาศที่กระทำบนมัน ต่อมา Robert Boyle และ Robert Hooke ได้ปรับปรุงการออกแบบของ Guericke และทำการทดลองเกี่ยวกับคุณสมบัติของสุญญากาศ
มีคุณสมบัติหลักสามอย่างที่ใช้ระบุปั๊มสุญญากาศ:
ความดันที่ปล่อยออก
ระดับสุญญากาศ
ความเร็วในการสูบ
ความดันที่ปล่อยออกคือความดันที่วัดได้ที่ทางออกของปั๊ม ความดันนี้อาจเท่ากับหรือน้อยกว่าความดันบรรยากาศ ปั๊มสุญญากาศที่แตกต่างกันมีความดันที่ปล่อยออกที่แตกต่างกัน ปกติแล้ว ปั๊มที่สร้างสุญญากาศสูงจะมีความดันที่ปล่อยออกต่ำ ตัวอย่างเช่น สำหรับการสร้างสุญญากาศสูงมากถึง 10-4 หรือ 10-7 โทร (หน่วยความดัน) จะต้องใช้ความดันที่ปล่อยออกต่ำมาก
บางปั๊มสุญญากาศสูงจำเป็นต้องใช้ปั๊มรองเพื่อรักษาความดันที่ปล่อยออกต่ำก่อนที่จะสามารถทำงานได้ ปั๊มรองสามารถเป็นปั๊มสุญญากาศประเภทอื่นหรือคอมเพรสเซอร์ ความดันที่สร้างขึ้นโดยปั๊มรองเรียกว่าความดันรองหรือความดันก่อนหน้า
ระดับสุญญากาศคือความดันต่ำสุดที่ปั๊มสุญญากาศสามารถสร้างขึ้นภายในห้องหรือภาชนะ ยังเรียกว่าความดันสุดท้ายหรือความดันฐาน ในทางทฤษฎี เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างสุญญากาศที่สมบูรณ์ (ความดันศูนย์) ภายในห้อง แต่ในทางปฏิบัติ สามารถสร้างความดันต่ำประมาณ 10-13 โทร หรือต่ำกว่านั้น
ระดับสุญญากาศที่ปั๊มสุญญากาศสร้างขึ้นขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น การออกแบบของปั๊ม ชนิดของแก๊สที่ถูกสูบ ปริมาณของห้อง ความร้อนของแก๊ส และอัตราการรั่วไหลของระบบ
ความเร็วในการสูบหมายถึงอัตราที่ปั๊มสามารถกำจัดโมเลกุลของแก๊สออกจากห้องหรือภาชนะที่ความดันที่กำหนด วัดเป็นหน่วยของปริมาตรต่อเวลา เช่น ลิตรต่อวินาที (L/s) ลูกบาศก์ฟุตต่อนาที (CFM) หรือลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง (m3/h) ความเร็วในการสูบยังเรียกว่าความจุการดูดหรือความจุการผ่าน
ความเร็วในการสูบขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น การออกแบบของปั๊ม ชนิดของแก๊สที่ถูกสูบ ความแตกต่างของความดันระหว่างทางเข้าและทางออกของปั๊ม และความนำพาของระบบ
มีปั๊มสุญญากาศหลายประเภทในตลาด สามารถแบ่งออกเป็นสองหมวดหลัก: ปั๊มแรงดันบวกและปั๊มพลังงานจลน์
ปั๊มแรงดันบวกทำงานโดยการกักกันปริมาณแก๊สคงที่ที่ทางเข้า จากนั้นบีบอัดให้มีความดันสูงขึ้นที่ทางออก สามารถสร้างสุญญากาศต่ำถึงกลาง (สูงสุด 10-3 โทร) ตัวอย่างของปั๊มแรงดันบวกได้แก่:
ปั๊มใบพัดหมุน
ปั๊มสูบ
ปั๊มไดอะแฟรม
ปั๊มสกรู
ปั๊มสกรอล
ปั๊มโรตส์
ปั๊มใบพัดหมุนเป็นหนึ่งในปั๊มแรงดันบวกที่พบบ่อยที่สุด
ประกอบด้วยโรเตอร์ทรงกระบอกที่มีใบพัดแนวรัศมีที่เลื่อนเข้าและออกขณะที่โรเตอร์หมุนภายในสเตเตอร์ ใบพัดแบ่งพื้นที่ระหว่างโรเตอร์และสเตเตอร์ออกเป็นช่องที่เปลี่ยนแปลงขนาดเมื่อเคลื่อนจากทางเข้าไปทางออก เมื่อช่องเคลื่อนจากทางเข้าไปทางออก ช่องนั้นจะกักกันแก๊สที่ความดันต่ำแล้วบีบอัดให้มีความดันสูงก่อนปล่อยออกทางออก
ปั๊มใบพัดหมุนสามารถเป็นแบบใช้น้ำมันหรือแบบแห้ง
ปั๊มใบพัดหมุนแบบใช้น้ำมันใช้น้ำมันเป็นสารหล่อลื่นและป้องกันการรั่วระหว่างใบพัดและสเตเตอร์ น้ำมันยังช่วยในการทำความเย็นและกำจัดโมเลกุลของแก๊สบางส่วนออกจากระบบ ปั๊มใบพัดหมุนแบบแห้งไม่ใช้น้ำมัน แต่พึ่งพาวัสดุหรือสารเคลือบอื่น ๆ เพื่อลดการเสียดทานและการสึกหรอระหว่างใบพัดและสเตเตอร์
ปั๊มใบพัดหมุนสามารถสร้างสุญญากาศได้สูงสุดถึง 10-3 โทร ด้วยความเร็วในการสูบตั้งแต่ 0.5 ถึง 1000 L/s
ปั๊มสูบเป็นอีกประเภทหนึ่งของปั๊มแรงดันบวกที่ใช้สูบหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งสูบเพื่อบีบอัดแก๊สภายในสูบ สูบเคลื่อนที่ไปและกลับภายในสูบที่มีวาล์วที่ทั้งสองปลายเพื่อควบคุมการไหลของแก๊ส เมื่อสูบเคลื่อนที่ไปข้างหน้า มันจะดันแก๊สออกจากปลายหนึ่งของสูบในขณะที่ดึงแก๊สเข้าจากปลายอื่นผ่านวาล์วทางเข้า เมื่อมันเคลื่อนที่กลับ มันจะปิดวาล์วทางเข้าในขณะที่เปิดวาล์วทางออกเพื่อปล่อยแก๊สที่ถูกบีบอัด
ปั๊มสูบสามารถเป็นแบบเดี่ยวหรือแบบหลายระยะ ปั๊มสูบแบบเดี่ยวมีสูบเพียงหนึ่งสูบต่อสูบ ขณะที่ปั๊มสูบแบบหลายระยะมีสองหรือมากกว่าสูบเชื่อมต่อกันเป็นลำดับต่อสูบ ปั๊มสูบแบบหลายระยะสามารถสร้างสุญญากาศสูงกว่าปั๊มสูบแบบเดี่ยวโดยการบีบอัดแก๊สมากกว่าหนึ่งครั้งก่อนปล่อยออก
ปั๊มสูบสามารถสร้างสุญญากาศได้สูงสุดถึง 10-3 โทร ด้วยความเร็วในการสูบตั้งแต่ 1 ถึง 1000 L/s
ปั๊มไดอะแฟรมเป็นอีกประเภทหนึ่งของปั๊มแรงดันบวกที่ใช้ไดอะแฟรมที่ยืดหยุ่นเพื่อบีบอัดแก๊สภายในช่อง ไดอะแฟรมติดตั้งบนแกนที่เคลื่อนที่ไปและกลับโดยมอเตอร์ไฟฟ้าหรือแ كاملเอ็กซ์เซนทริก เมื่อไดอะแฟรมเคลื่อนที่ไปข้างหน้า มันจะดันแก๊สออกจากช่องผ่านวาล์วทางออกในขณะที่ดึงแก๊สเข้าจากช่องอื่นผ่านวาล์วทางเข้า เมื่อมันเคลื่อนที่กลับ มันจะปิดวาล์วทางออกในขณะที่เปิดวาล์วทางเข้าเพื่อให้แก๊สไหล
