Bơm chân không: Các loại, Ứng dụng và Cách hoạt động
Bơm chân không là thiết bị loại bỏ phân tử khí từ buồng hoặc thùng kín, tạo ra chân không một phần hoặc hoàn toàn. Bơm chân không được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực nghiên cứu, như hàng không vũ trụ, điện tử, luyện kim, hóa học, y tế và sinh học. Bơm chân không cũng có thể được sử dụng cho các ứng dụng như đóng gói chân không, tạo hình chân không, phủ màng chân không, sấy khô chân không và lọc chân không.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích về bơm chân không, cách hoạt động của chúng, các đặc điểm chính và loại, cũng như một số ứng dụng phổ biến của chúng.
Định nghĩa bơm chân không?
Bơm chân không được định nghĩa là thiết bị giảm áp suất bên trong buồng hoặc thùng bằng cách loại bỏ phân tử khí từ đó. Độ chân không đạt được bởi bơm chân không phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như thiết kế của bơm, loại khí đang được hút, thể tích của buồng, nhiệt độ của khí và tốc độ rò rỉ của hệ thống.
Bơm chân không đầu tiên được phát minh bởi Otto von Guericke vào năm 1650. Ông đã chứng minh thiết bị của mình bằng cách sử dụng hai bán cầu được rút chân không bởi bơm của ông và sau đó gắn chúng lại với nhau. Ông đã chứng minh rằng ngay cả những đội ngựa cũng không thể tách chúng do áp suất khí quyển tác động lên chúng. Sau đó, Robert Boyle và Robert Hooke đã cải tiến thiết kế của Guericke và tiến hành các thí nghiệm về các tính chất của chân không.
Những đặc điểm chính của bơm chân không?
Có ba đặc điểm chính để mô tả bơm chân không:
Áp suất xả
Độ chân không
Tốc độ bơm
Áp suất xả
Áp suất xả là áp suất đo được tại cửa xả của bơm. Nó có thể bằng hoặc thấp hơn áp suất khí quyển. Các loại bơm chân không khác nhau được đánh giá theo các áp suất xả khác nhau. Thông thường, các bơm tạo chân không cao có áp suất xả thấp. Ví dụ, để tạo ra chân không rất cao 10-4 hoặc 10-7 Torr (đơn vị đo áp suất), cần một áp suất xả rất thấp của bơm.
Một số bơm chân không cao yêu cầu một bơm hỗ trợ để duy trì áp suất xả thấp trước khi chúng có thể hoạt động. Bơm hỗ trợ có thể là một loại bơm chân không khác hoặc máy nén. Áp suất tạo ra bởi bơm hỗ trợ được gọi là áp suất hỗ trợ hoặc áp suất phía trước.
Độ chân không
Độ chân không là áp suất tối thiểu có thể tạo ra bởi bơm chân không bên trong buồng hoặc thùng. Nó còn được gọi là áp suất cuối cùng hoặc áp suất cơ bản. Theo lý thuyết, không thể tạo ra chân không tuyệt đối (áp suất bằng không) bên trong buồng, nhưng thực tế có thể tạo ra áp suất rất thấp khoảng 10-13 Torr hoặc thấp hơn.
Độ chân không đạt được bởi bơm chân không phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như thiết kế của bơm, loại khí đang được hút, thể tích của buồng, nhiệt độ của khí và tốc độ rò rỉ của hệ thống.
Tốc độ bơm
Tốc độ bơm được định nghĩa là tỷ lệ mà bơm có thể loại bỏ phân tử khí từ buồng hoặc thùng ở áp suất nhất định. Nó được đo bằng đơn vị thể tích trên thời gian, như lít mỗi giây (L/s), feet khối mỗi phút (CFM) hoặc mét khối mỗi giờ (m3/h). Tốc độ bơm còn được gọi là dung lượng hút hoặc lưu lượng.
Tốc độ bơm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như thiết kế của bơm, loại khí đang được hút, sự chênh lệch áp suất giữa cửa vào và cửa ra của bơm, và độ dẫn của hệ thống.
Các loại bơm chân không?
Có nhiều loại bơm chân không có sẵn trên thị trường. Chúng có thể được phân loại thành hai danh mục chính: bơm dịch chuyển dương và bơm động lực.
Bơm dịch chuyển dương
Bơm dịch chuyển dương hoạt động bằng cách giữ một thể tích cố định của khí ở cửa vào và sau đó nén nó đến áp suất cao hơn ở cửa ra. Chúng có thể tạo ra chân không thấp đến trung bình (lên đến 10-3 Torr). Một số ví dụ về bơm dịch chuyển dương là:
Bơm cánh quay
Bơm piston
Bơm màng
Bơm vít
Bơm cuộn
Bơm Roots
Bơm cánh quay
Bơm cánh quay là một trong những loại bơm dịch chuyển dương phổ biến nhất.
Chúng bao gồm một rotor hình trụ với các cánh quay di chuyển ra vào khi rotor quay bên trong stator. Các cánh quay chia không gian giữa rotor và stator thành các buồng có thể thay đổi thể tích khi di chuyển từ cửa vào đến cửa ra. Khi một buồng di chuyển từ cửa vào đến cửa ra, nó giữ khí ở áp suất thấp và sau đó nén nó đến áp suất cao trước khi xả ra cửa ra.
Bơm cánh quay có thể là loại dùng dầu hoặc khô.
Bơm cánh quay dùng dầu sử dụng dầu làm chất bôi trơn và niêm phong giữa các cánh quay và stator. Dầu cũng giúp làm mát và loại bỏ một số phân tử khí khỏi hệ thống. Bơm cánh quay khô không sử dụng dầu mà dựa vào các vật liệu hoặc lớp phủ khác để giảm ma sát và mài mòn giữa các cánh quay và stator.
Bơm cánh quay có thể tạo ra chân không lên đến 10-3 Torr với tốc độ bơm từ 0.5 đến 1000 L/s.
Bơm piston
Bơm piston là một loại bơm dịch chuyển dương sử dụng một hoặc nhiều piston để nén khí bên trong xy-lanh. Các piston di chuyển qua lại bên trong xy-lanh có van ở cả hai đầu để kiểm soát dòng chảy của khí. Khi piston di chuyển về phía trước, nó đẩy khí ra khỏi một đầu của xy-lanh trong khi hút khí vào từ đầu kia thông qua van cửa vào. Khi di chuyển ngược lại, nó đóng van cửa vào trong khi mở van cửa ra để xả khí nén.
Bơm piston có thể là loại một giai đoạn hoặc nhiều giai đoạn. Bơm piston một giai đoạn có chỉ một xy-lanh cho mỗi piston, trong khi bơm piston nhiều giai đoạn có hai hoặc nhiều xy-lanh nối tiếp nhau cho mỗi piston. Bơm piston nhiều giai đoạn có thể tạo ra chân không cao hơn bơm piston một giai đoạn bằng cách nén khí nhiều lần trước khi xả.
Bơm piston có thể tạo ra chân không lên đến 10-3 Torr với tốc độ bơm từ 1 đến 1000 L/s.
Bơm màng
Bơm màng là một loại bơm dịch chuyển dương sử dụng màng đàn hồi để nén khí bên trong buồng. Các màng được gắn vào thanh di chuyển qua lại bởi động cơ điện hoặc bánh đà lệch tâm. Khi màng di chuyển về phía trước, nó đẩy khí ra khỏi buồng thông qua van cửa ra trong khi hút khí vào từ buồng khác thông qua van cửa vào. Khi di chuyển ngược lại, nó đóng van cửa ra trong khi mở van cửa vào để cho phép dòng khí.
Bơm màng là bơm khô không sử dụng dầu hoặc các chất lỏng khác làm chất bôi trơn hoặc niêm phong. Chúng phù hợp để bơm khí ăn mòn, dễ cháy hoặc nhạy cảm không thể bị nhiễm bẩn bởi dầu. Chúng cũng có thể hoạt động ở bất kỳ hướng nào mà không ảnh hưởng đến hiệu suất.
Bơm màng có thể tạo ra chân không lên đến 10-3 Torr với tốc độ bơm từ 0.1 đến 100 L/s.
Bơm vít
Bơm vít là một loại bơm dịch chuyển dương sử dụng hai vít xoắn để nén khí bên trong buồng. Các vít quay theo chiều ngược lại bên trong vỏ hình trụ có các cổng cửa vào và cửa ra ở cả hai đầu. Khi các vít quay, chúng di chuyển khí dọc theo các rãnh từ cửa vào đến cửa ra trong khi giảm thể tích và tăng áp suất.
Bơm vít có thể là loại dùng dầu hoặc khô. Bơm vít dùng dầu sử dụng dầu làm chất bôi trơn và niêm phong giữa các vít và vỏ. Dầu cũng giúp làm mát và loại bỏ một số phân tử khí khỏi hệ thống. Bơm vít khô không sử dụng dầu mà dựa vào các vật liệu hoặc lớp phủ khác để giảm ma sát và mài mòn giữa các vít và vỏ.
Bơm vít có thể tạo ra chân không lên đến 10-3 Torr với tốc độ bơm từ 10 đến 1000 L/s.
Bơm cuộn
