پمپ های خلاء انواع، کاربردها و نحوه کار

همه چیز درباره پمپ خلا و کاربردهای آن

پمپ خلاء وسیله ای است که مولکول های گاز را از محفظه یا ظرف مهر و موم شده خارج می کند و خلاء جزئی یا کامل ایجاد می کند. پمپ های خلا به طور گسترده در صنایع و زمینه های تحقیقاتی مختلف مانند هوافضا، الکترونیک، متالورژی، شیمی، پزشکی و بیوتکنولوژی استفاده می شود. این وسیله همچنین می تواند برای کاربردهایی مانند بسته بندی، شکل دهی ، پوشش، خشک کردن و فیلتراسیون خلاء استفاده شوند. در این مقاله از وبسایت آداک، شرکت سازنده تابلو برق صنعتی توضیح خواهیم داد که پمپ های وکیوم چیست، چگونه کار می کنند، ویژگی ها و انواع اصلی آنها چیست و برخی از کاربردهای رایج آنها چیست.

پمپ خلا چیست؟

پمپ خلا به وسیله ای گفته می شود که فشار داخل محفظه یا ظرف را با حذف مولکول های گاز از آن کاهش می دهد. درجه خلاء حاصل از پمپ به عوامل مختلفی از جمله طراحی پمپ، نوع گاز پمپاژ شده، حجم محفظه، دمای گاز و میزان نشتی سیستم بستگی دارد.

تاریخچه پمپ های خلا 

اولین پمپ خلاء توسط Otto von Guericke در سال 1650 اختراع شد. او دستگاه خود را با استفاده از دو نیمکره نشان داد که توسط پمپ او تخلیه شده و سپس به یکدیگر متصل شده بودند. او نشان داد که حتی تیم‌هایی از اسب‌ها به دلیل فشار اتمسفری که بر روی آنها وارد می‌شود، نمی‌توانند آنها را از هم جدا کنند. بعدها، رابرت بویل و رابرت هوک طراحی گوریکه را بهبود بخشیدند و آزمایشاتی را روی خواص خلاء انجام دادند.

ویژگی های اصلی پمپ خلا چیست؟

سه ویژگی اصلی وجود دارد که پمپ خلا را مشخص می کند:

• فشار اگزوز
• درجه خلاء
• سرعت پمپاژ

فشار اگزوز در پمپ وکیوم

فشار اگزوز فشاری است که در خروجی پمپ اندازه گیری می شود. می تواند برابر یا کمتر از فشار اتمسفر باشد. پمپ های مختلف برای فشارهای اگزوز مختلف درجه بندی می شوند. به طور معمول، پمپ های ایجاد خلاء بالا، فشار اگزوز پایینی دارند. به عنوان مثال، برای ایجاد خلاء بسیار بالا 10-4 یا 10-7 Torr (یک واحد فشار)، فشار خروجی بسیار پایین پمپ مورد نیاز است. برخی از پمپ‌های با خلاء بالا به پمپ پشتیبان نیاز دارند تا فشار اگزوز پایین را حفظ کند تا بتوانند کار کنند. پمپ پشتیبان می تواند نوع دیگری از پمپ خلاء یا کمپرسور باشد. فشار ایجاد شده توسط پمپ پشتیبان را فشار پشتی یا پیش فشار می نامند.

درجه خلاء

درجه خلا حداقل فشاری است که می تواند توسط یک پمپ در داخل یک محفظه یا ظرف ایجاد شود. همچنین به عنوان فشار نهایی یا فشار پایه شناخته می شود. از نظر تئوری، ایجاد خلاء مطلق (فشار صفر) در داخل یک محفظه غیرممکن است، اما عملاً می توان فشار بسیار پایینی در حدود 10-13 Torr یا کمتر ایجاد کرد. درجه خلاء حاصل از پمپ به عوامل مختلفی از جمله طراحی پمپ، نوع گاز پمپاژ شده، حجم محفظه، دمای گاز و میزان نشتی سیستم بستگی دارد.

همچنین بخوانید: سروو موتور چیست؟

سرعت پمپاژ

سرعت پمپاژ به عنوان سرعتی تعریف می شود که در آن یک پمپ می تواند مولکول های گاز را از یک محفظه یا ظرف در یک فشار معین حذف کند. در واحدهای حجم در هر زمان، مانند لیتر در ثانیه (L/s)، فوت مکعب در دقیقه (CFM)، یا متر مکعب در ساعت (m3/h) اندازه‌گیری می‌شود. سرعت پمپاژ نیز به عنوان ظرفیت مکش یا توان عملیاتی شناخته می شود. سرعت پمپاژ به عوامل مختلفی از جمله طراحی پمپ، نوع گاز پمپاژ شده، اختلاف فشار بین ورودی و خروجی پمپ و رسانایی سیستم بستگی دارد.

انواع پمپ های خلاء 

انواع مختلفی از پمپ های وکیوم در بازار موجود است. آنها را می توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد: پمپ های جابجایی مثبت و پمپ های جنبشی.

پمپ های جابجایی مثبت

پمپ های جابجایی مثبت با به دام انداختن حجم ثابتی از گاز در ورودی و سپس فشرده سازی آن به فشار بالاتر در خروجی کار می کنند. آنها می توانند خلاءهای کم تا متوسط (تا 10-3 Torr) ایجاد کنند. چند نمونه از پمپ های جابجایی مثبت عبارتند از:

• پمپ های پره ای دوار
• پمپ های پیستونی
• پمپ های دیافراگمی
• پمپ های پیچ
• پمپ های اسکرول
• دمنده های ریشه

پمپ های پره ای دوار

پمپ های پره ای دوار یکی از رایج ترین انواع پمپ های جابجایی مثبت هستند. آنها از یک روتور استوانه ای با پره های شعاعی تشکیل شده اند که با چرخش روتور در داخل استاتور به داخل و خارج می لغزند. پره ها فضای بین روتور و استاتور را به محفظه هایی تقسیم می کنند که با حرکت از ورودی به خروجی، حجم آنها تغییر می کند.

همانطور که یک محفظه از ورودی به خروجی حرکت می کند، گاز را در فشار کم به دام می اندازد و سپس آن را قبل از رها کردن آن به خروجی به فشار بالا فشرده می کند.

پمپ های پره ای دوار می توانند روغنی یا خشک باشند.

پمپ های پره ای دوار مهر و موم شده روغن از روغن به عنوان روان کننده و درزگیر بین پره ها و استاتور استفاده می کنند. روغن همچنین به خنک شدن و حذف برخی از مولکول های گاز از سیستم کمک می کند. پمپ های پره ای دوار خشک از روغن استفاده نمی کنند بلکه به مواد یا پوشش های دیگر برای کاهش اصطکاک و سایش بین پره ها و استاتور متکی هستند.

پمپ‌های پره‌ای چرخشی می‌توانند خلاءهایی تا 10-3 Torr با سرعت پمپاژ 0.5 تا 1000 لیتر در ثانیه ایجاد کنند.

پمپ های پیستونی

پمپ های پیستونی نوع دیگری از پمپ های جابجایی مثبت هستند که از یک یا چند پیستون برای فشرده سازی گاز داخل سیلندرها استفاده می کنند. پیستون ها در داخل سیلندرهایی که در دو انتها سوپاپ هایی برای کنترل جریان گاز دارند به جلو و عقب حرکت می کنند. هنگامی که یک پیستون به سمت جلو حرکت می کند، گاز را از یک سر سیلندر خود به بیرون می راند در حالی که گاز را از انتهای دیگر از طریق دریچه ورودی به داخل می کشد. همانطور که به سمت عقب حرکت می کند، دریچه ورودی خود را می بندد در حالی که دریچه خروجی خود را باز می کند تا گاز فشرده آزاد شود.

همچنین بخوانید: صفر تا صد تابلو برق صنعتی

پمپ های پیستونی می توانند تک مرحله ای یا چند مرحله ای باشند. پمپ های پیستونی تک مرحله ای تنها یک سیلندر در هر پیستون دارند، در حالی که پمپ های پیستونی چند مرحله ای دارای دو یا چند سیلندر به صورت سری در هر پیستون هستند. پمپ‌های پیستونی چند مرحله‌ای می‌توانند با فشرده‌کردن چندین بار گاز قبل از رها کردن، خلاء بیشتری نسبت به پمپ‌های پیستونی تک مرحله‌ای ایجاد کنند.

پمپ‌های پیستونی می‌توانند خلاء تا 10-3 Torr با سرعت پمپاژ 1 تا 1000 لیتر در ثانیه ایجاد کنند.

پمپ های دیافراگمی

پمپ های دیافراگمی نوع دیگری از پمپ های جابجایی مثبت هستند که از دیافراگم های انعطاف پذیر برای فشرده سازی گاز داخل محفظه ها استفاده می کنند. دیافراگم ها به میله هایی متصل می شوند که توسط یک موتور الکتریکی یا یک بادامک غیرعادی به جلو و عقب حرکت می کنند. همانطور که دیافراگم به سمت جلو حرکت می کند، گاز را از طریق یک دریچه خروجی از محفظه خود خارج می کند در حالی که گاز را از محفظه دیگر از طریق دریچه ورودی به داخل می کشد. همانطور که به سمت عقب حرکت می کند، دریچه خروجی خود را می بندد در حالی که دریچه ورودی خود را باز می کند تا جریان گاز جریان یابد.

پمپ های دیافراگمی پمپ های خشکی هستند که از روغن یا سیالات دیگر به عنوان روان کننده یا درزگیر استفاده نمی کنند. آنها برای پمپاژ گازهای خورنده، قابل اشتعال یا حساس که نمی توانند توسط روغن آلوده شوند، مناسب هستند. آنها همچنین می توانند در هر جهتی بدون تأثیر بر عملکرد خود عمل کنند.

پمپ های دیافراگمی می توانند خلاءهایی تا 10-3 Torr با سرعت پمپاژ 0.1 تا 100 لیتر در ثانیه ایجاد کنند.

پمپ های پیچی

پمپ های پیچی نوع دیگری از پمپ های جابجایی مثبت هستند که از دو پیچ بهم پیوسته برای فشرده سازی گاز داخل محفظه ها استفاده می کنند. پیچ ها در جهات مخالف در داخل محفظه های استوانه ای که دارای پورت های ورودی و خروجی در دو انتها هستند می چرخند. با چرخش پیچ ها، گاز را در امتداد رزوه های خود از ورودی به خروجی حرکت می دهند و در عین حال حجم آن را کاهش داده و فشار آن را افزایش می دهند.

پمپ های پیچی می توانند روغنی یا خشک باشند. پمپ های اسکرو سیلد روغن از روغن به عنوان روان کننده و درزگیر بین پیچ ها و محفظه ها استفاده می کنند. روغن همچنین به خنک شدن و حذف برخی از مولکول های گاز از سیستم کمک می کند. پمپ های پیچ خشک از روغن استفاده نمی کنند بلکه به مواد یا پوشش های دیگر برای کاهش اصطکاک و سایش بین پیچ ها و محفظه ها متکی هستند.

پمپ های پیچی می توانند خلاءهایی تا 10-3 Torr با سرعت پمپاژ 10 تا 1000 لیتر در ثانیه ایجاد کنند.

پمپ های اسکرول

پمپ های اسکرول نوع دیگری از پمپ های جابجایی مثبت هستند که از دو اسکرول مارپیچی شکل برای فشرده سازی گاز داخل محفظه ها استفاده می کنند. یک طومار ثابت است در حالی که طومار دیگر به دور آن می چرخد و محفظه های هلالی شکل ایجاد می کند که با حرکت از ورودی به خروجی، حجم آنها تغییر می کند. همانطور که یک محفظه از ورودی به خروجی حرکت می کند، گاز را در فشار کم به دام می اندازد و سپس آن را قبل از رها کردن آن به خروجی به فشار بالا فشرده می کند.

پمپ های اسکرول پمپ های خشکی هستند که از روغن یا سیالات دیگر به عنوان روان کننده یا درزگیر استفاده نمی کنند. آنها برای پمپاژ گازهای خورنده، قابل اشتعال یا حساس که نمی توانند توسط روغن آلوده شوند، مناسب هستند. آنها همچنین می توانند در هر جهتی بدون تأثیر بر عملکرد خود عمل کنند.

پمپ های اسکرول می توانند خلاءهایی تا 10-3 Torr با سرعت پمپاژ 1 تا 100 لیتر در ثانیه ایجاد کنند.

روت دمنده ها

روت دمنده ها نوع دیگری از پمپ های جابجایی مثبت هستند که از روتورهای دو لوبی استفاده می کنند که در جهات مخالف در داخل محفظه های استوانه ای می چرخند که دارای درگاه های ورودی و خروجی در دو انتها هستند. همانطور که روتورها می چرخند، گاز را در امتداد لوب های خود از ورودی به خروجی بدون فشرده سازی حرکت می دهند. فشرده‌سازی زمانی اتفاق می‌افتد که گاز از محفظه خارج می‌شود و به یک مرحله پایین‌دست مانند دمنده ریشه‌ای دیگر، پمپ پره‌ای دوار یا پمپ پیستونی می‌رود.

دمنده ها اغلب به عنوان پمپ های پشتیبان برای پمپ های با خلاء بالا، مانند پمپ های توربومولکولی، پمپ های انتشار یا پمپ های برودتی استفاده می شوند. آنها می توانند سرعت پمپاژ را افزایش داده و فشار پشتی سیستم را کاهش دهند.

دمنده ها اغلب به عنوان پمپ های پشتیبان برای پمپ های با خلاء بالا مانند پمپ های توربومولکولی، پمپ های انتشار یا پمپ های برودتی استفاده می شوند. آنها می توانند سرعت پمپاژ را افزایش داده و فشار پشتی سیستم را کاهش دهند. روت دمنده ها می توانند خلاءهایی تا 10-3 Torr با سرعت پمپاژ 10 تا 10000 لیتر در ثانیه ایجاد کنند.

پمپ های جنبشی

پمپ های جنبشی با انتقال تکانه به مولکول های گاز توسط تیغه ها، جت ها یا آهنرباهای پرسرعت عمل می کنند. آنها می توانند خلاءهای متوسط تا زیاد (تا 10-11 Torr) ایجاد کنند. چند نمونه از پمپ های جنبشی عبارتند از:

• پمپ های توربومولکولی
• پمپ های انتشار
• پمپ های درگ مولکولی
• پمپ های اجکتوری

پمپ های توربومولکولی

پمپ های توربومولکولی یکی از رایج ترین انواع پمپ های جنبشی هستند. آنها از یک سری پره های دوار و استاتورهای ثابت تشکیل شده اند که مولکول های گاز را از ورودی به خروجی پمپ تسریع می کنند. تیغه های دوار به مولکول های گاز در جهت خروجی حرکت می دهند، در حالی که استاتورها مولکول های گاز را به مرحله بعدی پره ها هدایت می کنند. بنابراین، مولکول های گاز فشرده شده و به یک پمپ پشتی منتقل می شوند که آنها را به اتمسفر تخلیه می کند.

پمپ های توربومولکولی برای کار کردن به یک پمپ پشتی نیاز دارند، زیرا نمی توانند در فشار اتمسفر شروع به کار کنند. آنها همچنین به سیستم های خنک کننده برای جلوگیری از گرمای بیش از حد در اثر اصطکاک و فشرده سازی نیاز دارند. پمپ های توربومولکولی می توانند خلاء تا 10-11 Torr با سرعت پمپاژ 10 تا 4000 لیتر در ثانیه ایجاد کنند.

پمپ های انتشاری

پمپ های انتشار نوع دیگری از پمپ های جنبشی هستند که از یک جت بخار برای انتقال تکانه به مولکول های گاز استفاده می کنند. بخار معمولاً روغن یا جیوه است که توسط یک بخاری الکتریکی در پایین پمپ گرم می شود. بخار بالا می رود و از طریق یک سری نازل که آن را به سمت دیواره های پمپ هدایت می کند، منبسط می شود. مولکول های گاز داخل پمپ توسط جت بخار به سمت خروجی پمپ پخش می شوند و در آنجا توسط یک پمپ پشتی جذب می شوند.

پمپ های انتشار همچنین برای کار کردن به یک پمپ پشتی نیاز دارند، زیرا نمی توانند در فشار اتمسفر شروع به کار کنند. آنها همچنین به سیستم های خنک کننده برای متراکم کردن بخار و بازیافت آن به بخاری نیاز دارند. پمپ های دیفیوژن می توانند خلاءهایی تا 10-10 Torr با سرعت پمپاژ 100 تا 20000 لیتر در ثانیه ایجاد کنند.

پمپ های درگ مولکولی

پمپ‌های درگ مولکولی نوع دیگری از پمپ‌های جنبشی هستند که از ترکیبی از پره‌های دوار و جت‌های بخار برای انتقال تکانه به مولکول‌های گاز استفاده می‌کنند.

آنها از دو مرحله تشکیل شده اند: مرحله توربومولکولی و مرحله انتشار. مرحله توربومولکولی مشابه پمپ توربومولکولی عمل می کند، در حالی که مرحله انتشار مشابه پمپ انتشار عمل می کند. بنابراین، مولکول های گاز فشرده شده و به یک پمپ پشتی منتقل می شوند که آنها را به اتمسفر تخلیه می کند.

پمپ های کششی مولکولی نیز برای کار کردن به پمپ پشتی نیاز دارند، زیرا نمی توانند در فشار اتمسفر شروع به کار کنند. آنها همچنین به سیستم های خنک کننده برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد و متراکم شدن بخار نیاز دارند. پمپ‌های درگ مولکولی می‌توانند خلاء تا 10-11 Torr با سرعت پمپاژ 1000 تا 100000 L/s ایجاد کنند.

پمپ های اجکتوری

پمپ های اجکتوری نوع دیگری از پمپ های جنبشی هستند که از جت سیال (مایع یا گاز) برای ایجاد خلاء با به دام انداختن مولکول های گاز از یک محفظه یا ظرف استفاده می کنند. سیال توسط یک کمپرسور یا پمپ با فشار بالا تامین می شود و از طریق نازلی جریان می یابد که فشار آن را به سرعت تبدیل می کند. جت سیال سپس از یک لوله ونتوری عبور می کند که یک ناحیه کم فشار در گلوی آن ایجاد می کند، جایی که مولکول های گاز را از محفظه یا ظرف متصل به خود به داخل می برد. سپس مخلوط مایع و گاز از طریق یک دیفیوزر خارج می شود که سرعت آن را دوباره به فشار تبدیل می کند.

پمپ های اجکتوری نیازی به قطعات متحرک یا روغن ندارند، بنابراین آنها را ساده، قابل اعتماد و کم تعمیر می کند. آنها همچنین می توانند گازهای خورنده، قابل اشتعال یا کثیف را بدون آسیب مدیریت کنند. اما در حین کار انرژی زیادی مصرف می کنند و صدا و گرما تولید می کنند. پمپ های اجکتوری می توانند خلاء تا 10-2 Torr با سرعت پمپاژ 1 تا 10000 لیتر در ثانیه ایجاد کنند.

کاربردهای پمپ های خلاء چیست؟

پمپ های وکیوم کاربردهای زیادی در صنایع و زمینه های مختلف تحقیقاتی دارند، از جمله:

هوافضا:

پمپ های خلاء برای شبیه سازی ارتفاع، شبیه سازی فضا، تشخیص نشت، لحیم کاری خلاء، جوش خلاء، ریخته گری خلاء، پوشش خلاء و اشباع خلاء استفاده می شود.

الکترونیک:

پمپ های خلاء برای ساخت نیمه هادی، رسوب لایه نازک، اچ پلاسما، کاشت یون، فوتولیتوگرافی، میکروسکوپ الکترونی و پردازش لیزر استفاده می شود.

متالورژی:

پمپ های خلاء برای ذوب، بازپخت، گاز زدایی، کربوریزاسیون، نیتروژن خلاء، سخت شدن و خاموش کردن خلاء استفاده می شود.

شیمی:

پمپ های خلاء برای تقطیر، تبخیر، تبلور، فیلتراسیون، خشک کردن، تصعید و استخراج استفاده می شود.

داروسازی:

پمپ های خلاء برای عقیم سازی، جراحی، روش های دندانپزشکی، ترمیم زخم، انتقال خون و دارورسانی استفاده می شود.

بیوتکنولوژی:

پمپ های خلاء برای خشک کردن انجمادی، لیوفیلیزاسیون، کشت سلولی، تعیین توالی DNA و خالص سازی پروتئین استفاده می شوند.

نتیجه گیری و خلاصه مقاله

پمپ های خلاء دستگاه هایی هستند که مولکول های گاز را از محفظه یا ظرف مهر و موم شده خارج می کنند و خلاء جزئی یا کامل ایجاد می کنند. پمپ های خلاء دارای سه ویژگی اصلی هستند: فشار اگزوز، درجه خلاء و سرعت پمپاژ. پمپ های خلاء را می توان به دو دسته اصلی پمپ های جابجایی مثبت و پمپ های جنبشی طبقه بندی کرد. پمپ‌های جابجایی مثبت با به دام انداختن و فشرده‌سازی گاز در داخل محفظه‌ها کار می‌کنند، در حالی که پمپ‌های جنبشی با انتقال تکانه به مولکول‌های گاز توسط پره‌ها، جت‌ها یا آهن‌رباها با سرعت بالا کار می‌کنند. پمپ های خلاء کاربردهای زیادی در صنایع و زمینه های تحقیقاتی مختلف مانند هوافضا، الکترونیک، متالورژی، شیمی، پزشکی و بیوتکنولوژی دارند.

ساخت و تولید انواع تابلو برق با فناوری روز دنیا 

آیا می دانید آداک در راستای ارائه جدیدترین فناوری ها در صنعت تابلو برق، طیف وسیعی از محصولات را طراحی و تولید می کند؟ برای آشنایی بیشتر با راهکارهای حرفه ای آداک در این زمینه و دریافت مشاوره جهت طراحی و ساخت تابلو برق فشار ضعیف و تابلو برق فشار متوسط برای پروژه صنعتی یا مسکونی خود، هم اکنون با کارشناسان ما تماس بگیرید.

دفتر مرکزی: کرج، عظیمیه. بلوار 45 متری کاج، پلاک 199، واحد 1 و 3

تلفن: 02634156000

ایمیل: info@adakbn-co.com

دفتر تهران: بزرگراه اشرفی اصفهانی، خیابان مخبری، پلاک 10 واحد 6

تلفن: 02144491255

ایمیل: sales@adakbn-co.com

کارخانه: شهرک صنعتی صفادشت، بلوار فروردین، خیابان فروردین نهم غربی، پلاک 104

تلفن: 02634156000