پمپ خلاء

باسمه تعالی

پمپ خلاء چیست?

پمپ خلاء (vacuum pump) دستگاهی است که با هدف ایجاد یک خلاء نسبی، مولکول‌های گاز را از یک حجم آب‌بندی شده خارج می‌کند.

انواع پمپ‌های خلاء :

پمپ‌های خلاء را به صورت کلی می‌توان به سه روش دسته‌بندی کرد: • پمپ‌های خلاء جابه‌جایی مثبت (positive displacement vacuum pumps) از مکانیزمی برای انبساط یک حفره استفاده می‌کنند که به گازها امکان جریان از محفظه به سمت حفره را می‌دهند؛ پس از آن حفره را آب‌بندی و آن را به اتمسفر تخلیه می‌کنند. • پمپ‌های خلاء انتقال مومنتوم (momentum transfer vacuum pumps) یا پمپ‌های مولکولی (molecular pumps) از جت پر سرعت سیال پر چگالی و یا پره‌های دوار پر سرعت برای پرتاب مولکول‌های گاز به خارج از محفظه استفاده می‌کنند. • پمپ‌های خلاء تله‌ای (entrapment vacuum pumps) گازها را در حالت جامد و یا جذب شده به دام می‌اندازند. پمپ‌های تله‌ای شامل پمپ‌های برودتی (cryopumps)، گترها (getters) و پمپ‌های یونی (ion pumps) می‌شوند. پمپ‌های جابه‌جایی مثبت برای خلاء‌های پایین موثرترین هستند. پمپ‌های انتقال مومنتوم در کنار یک یا دو پمپ جابه‌جایی مثبت، رایج‌ترین پیکربندی مورد استفاده برای رسیدن به خلاء‌های بالا هستند. در این پیکربندی پمپ جابه‌جایی مثبت دو وظیفه را بر عهده دارد. نخست به دست آوردن یک خلاء تقریبی در مخزن در حال تخلیه قبل از این که پمپ‌های انتقال مومنتوم بتوانند برای به دست آوردن خلاء بالا شروع به کار کنند، زیرا پمپ‌های انتقال مومنتوم نمی‌تواند در فشار اتمسفر شروع به پمپاژ کنند. دوم این که پمپ جابه‌جایی مثبت با تخلیه مولکول‌های تجمع یافته در خلاء بالا به خلاء پایین، از پمپ انتقال مومنتوم پشتیبانی می‌کند. پمپ‌های تله‌ای می‌توانند برای رسیدن به خلاء بسیار زیاد اضافه شوند؛ اما نیاز به بازسازی مداوم سطوحی دارند که مولکول‌های هوا یا یون‌ها را به دام می‌اندازند. با توجه به این شرط، زمان کارکرد موجود این پمپ‌ها به طرز غیر قابل قبولی کوتاه است که باعث محدود شدن استفاده از آنها به وکیوم‌های بسیار بالا می‌شود. پمپ‌های خلاء در جزییاتی همانند تلرانس‌های ساخت، جنس آب‌بندها (sealing)، فشار، دبی، پذیرش و یا عدم پذیرش بخار روغن، فواصل تعمیرات، قابلیت اطمینان، تحمل نسبت به گرد و غبار، تحمل نسبت به مواد شیمیایی، تحمل نسبت به مایعات و ارتعاش با هم متفاوت هستند.

سنجش عمل‌کرد پمپ‌های خلاء:

سرعت پمپاژ (pumping speed) اشاره به دبی حجمی جریان در ورودی یک پمپ دارد که اغلب بر حسب حجم در واحد زمان اندازه‌گیری می‌شود. پمپ‌های انتقال مومنتوم و پمپ‌های تله‌ای در برخی از گازها نسبت به گازهای دیگر موثرتر هستند؛ به طوری که نرخ پمپاژ می‌تواند برای هر یک از گازهای پمپ شده متفاوت باشد. متوسط نرخ حجمی جریان پمپ بر حسب ترکیب شیمیایی گازهای باقی مانده در محفظه متفاوت خواهد بود. توان عملیاتی (throughput) اشاره به حاصل‌ضرب سرعت پمپاژ در فشار گاز ورودی دارد. در یک دمای ثابت، توان عملیاتی متناسب با تعداد مولکول‌های در حال پمپاژ در واحد زمان و در نتیجه دبی جرمی پمپ است. وقتی در مورد نشتی در سیستم و یا جریان بازگشتی درون پمپ صحبت می‌کنیم، توان عملیاتی به معنی نرخ حجمی نشتی ضرب در فشار در سمت خلاء نشتی می‌باشد، بنابراین توان عملیاتی نشتی را می‌توان با توان عملیاتی پمپ مقایسه کرد. پمپ‌های جابجایی مثبت و پمپ‌های انتقال مومنتوم دارای یک دبی حجمی جریان (سرعت پمپاژ) ثابت هستند ولی زمانی که فشار محفظه افت می‌کند، این حجم شامل جرم کمتر و کمتری می‌شود. بنابراین با این که سرعت پمپاژ ثابت باقی می‌ماند، توان عملیاتی و دبی جرمی جریان به صورت نمایی کاهش می‌یابند. در همین حال نرخ‌های نشتی، تبخیر، تصعید و جریان بازگشتی همچنان به تولید توان عملیاتی ثابت به درون سیستم ادامه می‌دهند.

پمپ‌های جابه‌جایی مثبت:

می‌توان یک خلاء نسبی را با افزایش حجم یک محفظه تولید کرد. برای ادامه تخلیه نامحدود محفظه بدون نیاز به رشد بی نهایت، یک بخش از خلا را می‌توان بارها و بارها بست، تخلیه کرد و دوباره منبسط کرد. این اصل پشت سر پمپ‌های جابه‌جایی مثبت (positive displacement pumps) همانند پمپ دستی است. در داخل پمپ، یک مکانیزم باعث انبساط یک حفره کوچک آب‌بندی شده می‌شود تا فشار آن به زیر فشار اتمسفر کاهش یابد. به دلیل اختلاف فشار، بخشی از سیال محفظه به درون حفره کوچک پمپ هل داده می‌شود. سپس حفره پمپ نسبت به محفظه آب‌بندی و به اتمسفر باز می‌شود و سپس برای رسیدن به اندازه کوچک اولیه منقبض می‌گردد. برای بیش‌تر کاربردهای صنعتی از سیستم‌های پیچیده‌تری استفاده می‌شود اما اصل اساسی سیکل یکسان می‌ماند. پمپ‌های خلاء جابه‌جایی مثبت موجود عبارت‌اند از:

پمپ پره‌ای روتاری (rotary vane pump):

پر کاربردترین پمپ

اتوکلاو

اتوکلاو

 

پمپ دیافراگمی (diaphragm pump):

پمپ بدون آلودگی روغن

اتوکلاو

اتوکلاو

 

پمپ رینگ مایع (liquid ring pump):

مقاومت بالا به گرد و غبار

اتوکلاو

اتوکلاو

اتوکلاو

پمپ پیستونی (piston pump):

خلاء دارای نوسان

اتوکلاو

.اتوکلاو

پمپ اسکرال (scroll pump):

پمپ خشک با بالاترین سرعت

اتوکلاو

اتوکلاو

پمپ اسکرو (screw pump):

اتوکلاو

اتوکلاو

پمپ ونکل (wankel pump):

اتوکلاو

دمنده ریشه‌ای (roots blower) یا بوستر پمپ (booster pump):

دارای بالاترین سرعت پمپاژ اما نسبت تراکم کم

اتوکلاو

اتوکلاو

اتوکلاو

پمپ چند مرحله‌ای ریشه‌ای (multistage roots pump):

چند مرحله را برای تامین سرعت پمپاژ بالا و نسبت تراکم بهتر ترکیب می‌کند

اتوکلاو

اتوکلاو

پمپ لوب (lobe pump):

اتوکلاو

اتوکلاو

فشار پایه یک سیستم پمپ پیستونی با آب‌بندی لاستیکی یا پلاستیکی به طور معمول در حدود 1 تا 50 کیلو پاسکال است، در حالی که یک پمپ اسکرال (scroll pump) می‌تواند در زمان نو بودن به 10 پاسکال و یک پمپ روتاری روغنی پره‌ای با یک محفظه فلزی تمیز و خالی به راحتی می‌تواند به 0.1 پاسکال دست یابد. یک پمپ خلاء جابه‌جایی مثبت حجم یکسانی از گاز را در هر سیکل جابه‌جا می‌کند و بنابراین سرعت پمپاژ آن ثابت است مگر این که تحت تاثیر جریان برگشتی (backstreaming) قرار گیرد.

پمپ‌های انتقال مومنتوم

در یک پمپ انتقال مومنتوم (momentum transfer pump)، مولکول‌های گاز از سمت خلاء به سمت خروجی پرتاب می‌شوند. خروجی معمولا توسط یک پمپ جابه‌جایی مثبت (positive displacement pump) در فشار کم‌تری قرار می‌گیرد. پمپاژ انتقال مومنتوم تنها در زیر فشارهای حدود 0.1 کیلو پاسکال انجام پذیر است. بر اساس قوانین دینامیک سیالات، ماده در فشار‌های مختلف به صورت‌های مختلفی جریان می‌یابد. در فشار اتمسفر و خلاء‌های ملایم، مولکول‌ها با یکدیگر تعامل می‌کنند و مولکول‌های همسایه خود را هل می‌دهند که به این شرایط جریان ویسکوز (viscous flow) گفته می‌شود. هنگامی که فاصله بین مولکول‌ها افزایش می‌یابد، مولکول با دیواره‌های محفظه بیش‌تر از مولکول‌های دیگر تعامل می‌کنند و پمپاژ مولکولی (molecular pumping) موثر‌تر از پمپاژ جابه‌جایی مثبت می‌شود. این رژیم خلاء بالا (high vacuum) نامیده می‌شود.

اتوکلاو

اتوکلاو

اتوکلاو

پمپ‌های توربومولکولی

پمپ‌های مولکولی نسبت به پمپ‌های مکانیکی منطقه بزرگتری را جاروب و خلاء بیش‌تری ایجاد می‌کنند که این باعث می‌شود که توانایی ایجاد سرعت‌های پمپاژ بسیار بالاتری را داشته باشند. پمپ‌های مولکولی برای این کار باید هزینه آب‌بندی بالا بین خلاء و خروجی خود را پرداخت کنند. از آن‌جایی که هیچ آب‌بندی وجود ندارد، فشار کوچکی در خروجی به راحتی می‌تواند باعث برگشت جریان از درون پمپ شود که این باعث استال (stall) به معنی خفگی جریان می‌شود. البته در خلاء بالا، گرادیان‌های فشار اثر اندکی بر جریان سیال می‌گذارند و پمپ‌های مولکولی می‌توانند به پتانسیل کامل خود برسند. دو نوع اصلی از پمپ‌های مولکولی شامل پمپ‌های دیفیوژن (diffusion pumps) و پمپ‌های توربومولکولی (turbomolecular pumps) می‌شود. هر دو نوع پمپ با اعمال مومنتوم به مولکول‌های گاز، مولکول‌های گازی که به داخل پمپ نفوذ می‌کنند را پرتاب می‌کنند. پمپ‌های دیفیوژن به وسیله جت روغن و یا جیوه به مولکول‌های گاز ضربه می‌زنند. پمپ‌های توربومولکولی با استفاده از فن سرعت بالا گاز را هل می‌دهند. در صورتی که خروجی این پمپ‌ها مستقیما به اتمسفر متصل باشد، هر دو پمپ دچار خفگی (stall) شده و توانایی پمپاژ را از دست می‌دهند. بنابراین پمپ‌های مولکولی باید به خلاء با یک درجه پایین‌تر ایجاد شده توسط یک پمپ مکانیکی تخلیه شوند.

اتوکلاو

اتوکلاو

اتوکلاو

پمپ‌های دیفیوژن همان طور که در مورد پمپ‌های جابه‌جایی مثبت بیان شد، فشار پایه زمانی به دست خواهد آمد که نرخ نشتی، تصعید گاز و جریان برگشتی با سرعت پمپاژ برابر شود. در این شرایط به حداقل رساندن نشتی و تصعید به یک سطح قابل مقایسه با جریان برگشتی بسیار مشکل می‌شود.

پمپ‌های بازیاب

پمپ‌های بازیاب (regenerative pumps) از رفتار گردابی سیال (هوا) استفاده می‌کنند. ساختار پمپ‌های بازیاب بر اساس ترکیب مفهوم پمپ‌های سانتریفوژ (centrifugal pumps) و توربوپمپ‌ها (turbopumps) بنا نهاده شده است. پمپ‌های بازیاب معمولا از چند مجموعه از دندانه‌های عمود بر روی روتور تشکیل شده‌اند که همانند پمپ‌های سانتریفوژ چند مرحله‌ای، مولکول‌های هوا را در داخل شیارهای توخالی به چرخش در می‌آورند. پمپ‌های بازیاب می‌توانند به خلاء‌های 5-10 میلی‌بار دست یابند و به طور مستقیم به فشار اتمسفر تخلیه شوند. با توجه به نرخ پمپاژ بالا از اتمسفر به خلاء بالا و آلودگی کمتر به دلیل نصب بیرینگ (bearing) در سمت خروجی، این نوع از پمپ‌ها برای قفل بار در فرآیندهای تولید نیمه‌رساناها استفاده می‌شوند.

اتوکلاو

پمپ‌های بازیاب در فشارهای کم از مصرف زیاد توان (در حد 1 کیلووات) در مقایسه با پمپ‌های توربو مولکولی (زیر 100 وات) رنج می‌برند زیرا بیش‌ترین توان برای فشار پشتی اتمسفری مصرف می‌شود. این مشکل را می‌توان با پشتیبانی یک پمپ دیافراگمی (diaphragm pump) کوچک نزدیک به 10 برابر کم کرد.

اتوکلاو

اتوکلاو

پمپ‌های تله‌ای:

پمپ‌های تله‌ای (entrapment pumps) دارای انواع زیر هستند:

پمپ‌های برودتی (cryopumps): از دمای سرد برای چگالش گازها به حالت جامد و یا جذب آن‌ها استفاده می‌کنند.

اتوکلاو

پمپ‌های شیمیایی (chemical pumps):

با گازها واکنش نشان می‌دهند و یک پسماند جامد تولید می‌کنند

اتوکلاو

اتوکلاو

پمپ‌های یونی(ion pumps):

از میدانهای الکتریکی قوی برای یونیزه کردن گازها و راندن یون‌ها به یک لایه جامد استفاده می‌کنند

اتوکلاو

پمپ‌های جذبی (sorption pump): 

اتوکلاو

اتوکلاو

گتر غیر تبخیری (non-evaporative getter):

اتوکلاو

 

دیگر انواع پمپ‌های خلاء

پمپ خلاء ونچوری (venturi vacuum pump) یا آسپیراتور (aspirator):

فشار 10 تا 30 کیلو پاسکال

اتوکلاو

اجکتور بخار (steam ejector):

میزان خلاء بستگی به تعداد مراحل دارد، اما می‌تواند بسیار کم باشد.

اتوکلاو

 

شرکت سلامت صنعت بوعلی

تولید وفروش انواع دستگاه های اتوکلاو و استریلیزاسیون در ایران

آدرس: جاده قدیم قم-تهران، شهرک صنعتی شکوهیه ، میدان شهید همت،خیابان شهید کلاهدوز

نبش کلاهدوز 13، پلاک FN456

شماره تماس: 33346429- 33346428 - 025