وکیوم جنبشی توربومولکولار

پمپ وکیوم توربو مولکولار

پمپ توربو مولکولار یک نوع پمپ انتقال گاز است که شبیه یک کمپرسور جریان محوری که در موتور های جت استفاده می شود عمل می کند. این پمپ ها مجموعه ای از پره های متحرک هستند که بوسیله پره های ساکن از یکدیگر بصورت یک در میان جدا شده اند و با سرعت بالا می چرخند و گاز را از داخل یک محفظه خلاء می مکند و به طرف یک پمپ روتاری که به دهانه خروجی آن متصل شده است هدایت می کنند. سرعت چرخش پره های متحرک در این پمپ ها بسته به اندازه پمپ و طراحی شرکت سازنده از ۵۰۰۰۰ الی ۹۰۰۰۰ دور بر دقیقه می رسد.

اصل فیزیکی حاکم بر عملکرد این پمپها همان اصل عمل و عکس العمل است که میان یک مولکول گاز و یک سطح متحرک حادث می شود. وقتیکه یک مولکول به یک سطح متحرک برخورد می کند در جهت حرکت سطح (پره های متحرک ) شتاب می گیرد و با توجه به جهت حرکت پره و زاویه آن به سمت جلو هدایت می شود و از میان پره ساکن عبور می کند و به پره متحرک بعدی می رسد. شیب پره های ساکن بگونه ای طراحی می شود که مانع حرکت بازگشت به عقب مولکولها ی گاز شوند و تاثیر مهم دیگر این پره ها این است که مانع حرکت جانبی مولکول می شوند که بوسیله پره متحرک ایجاد شده است و بدینوسیله مولکولها را به سمت جلو هدایت می کنند.

سرعت چرخش پره و سرعت خطی ایجاد شده بوسیله ان باید متناسب با سرعت حرکت مولکول ها باشد. برای مثال هنگامی که یک پره متحرک (روتور) با سرعت ۶۰۰۰۰ دور بر دقیقه می چرخد و قطر متوسط پره های آن ۵/۷ سانتی متر است سرعت خطی در نوک پره ۲۳۶ متر بر ثانیه خواهد بود. برای مقایسه ، سرعت حرکت مولکول نیتروژن در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد ۴۷۰ متر بر ثانیه است. مولکول های سنگین آرامتر حرکت می کنند و مولکول های سبک سریعتر (سرعت حرکت هیدروژن ۱۹۰۰ متر بر ثانیه است ).

به همین دلیل تخلیه گازهای سبک بوسیله پمپ توربو مولکولار بسیار مشکل است. زیرا احتمال زیادی وجود دارد که بدون برخورد به پره های متحرک به سمت عقب برگردند. بنابراین هندسه پره ها و سرعت حرکت انها نقش بسزایی در کارایی این پمپ ها دارد. استفاده از یک پمپ روتاری دو مرحله ای برای رساندن فشار پشتیبان پمپ توربو مولکولار به کمتر از ۰٫۱ میلی بار بسیار ضروری است بخصوص وقتیکه گاز های دارای وزن مولکولی پائین در حال پمپ شدن هستند.

عموما ساختار مکانیکی این پمپها به دو گونه است :

۱- جریان تکی : در این نوع پمپ گاز از طریق یک فلنج بزرگ ( دهانه ورودی ) وارد پمپ شده و از طرف دیگر پمپ که به پمپ روتاری متصل است خارج می شود.

۲- جریان دوگانه : در این نوع پمپها گاز از نقطه میانی پمپ وارد شده ودر دو جهت مخالف جریان می یابد (بالا و پائین) سپس بوسیله مجرایی که در دو انتهای پره ها قرار دارد به پمپ روتاری متصل می شود.

با توجه به سرعت زیاد این پمپها در محل یاتاقان بندی گرمای زیادی تولید می شود که در پمپهای بزرگتر بوسیله جریان اب و در پمپهای کوچک بوسیله هوای ناشی از یک فن خنک کاری صورت می پذیرد.

با توجه به سرعت بالای روتور در این پمپها بالانس دینامیکی آن از اهمیت زیادی برخوردار است بطوریکه ایجاد یک عدم بالانس و یا ورود جریان بیش از حد گاز در سرعت های بالا ممکن است موجب از بین رفتن بیرینگها ی پمپ شود. (به همین منظور استفاده از توری محافظ در ورودی این پمپها قویا توصیه می شود.)

عموما بیرینگهای این پمپ ها روغنی هستند و بگونه ای طراحی می شوند که در زمان طول عمر کاری خود مرتبا خود را روغنکاری نمایند تا پمپ بتواند در سرعت ها ی بالا به کار بپردازد. با توجه به وزن زیاد مولکول های روغن پمپ اکثر آنها را تخلیه می نماید و آلودگی چندانی وارد محفظه خلاء نمی شود.

ولی در برخی از کاربرد های خاص نظیر فیزیک هسته ای، آزمایشات علوم سطح، آنالیز از طریق اندازه گیری طیف جرم و لیتو گرافی با استفاده از باریکه الکترون نیاز به سیستمی با خلاء فو ق العاده تمیز داریم در نتیجه در این موارد از پمپهایی با یاتاقان های مغناطیسی استفاده می شود. در این روش روتور بوسیله میدان مغناطیسی ایجاد شده بصورت معلق بین استاتور قرار می گیرد در نتیجه هر گونه الودگی هیدروکربنی حذف می شود. استفاده از پمپهای توربو مولکولار با یاتاقان مغناطیسی نتایج زیر را به همراه دارد:

• عدم تماس اصطکاکی بیرینگها
• عدم نیاز به روانکاری
• ایجاد خلا بدون آلودگی
• سرو صدا و لرزش کم
• عدم نیاز به خنک کاری
• می توان پمپ را در هر جهتی نصب نمود.

گرچه این پمپها یک خلا بالای تمیز برای کاربردهای خاص ایجاد می کنند و مصرف انرژی آنها هم نسبت به پمپ دیفیوژن با سرعت تخلیه برابر کمتر است ولی قیمت تمام شده آنها بسیار بالاست و نسبت به ورود جسم خارجی به محدوده پمپ بسیار حساسند و ممکن است آسیب های جبران ناپذیر ببینند .