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펌핑 속도에 따라 배압 펌프를 선택하는 방법

고진공 펌프를 통해 운반되는 기체 또는 증기량 또한 배압 펌프를 통해 처리해야 합니다. 여기에 더해 고진공 펌프(확산 펌프, 터보 분자 펌프)의 작동 시 짧은 시간이라도 최대 허용 배압 압력을 초과해서는 안 됩니다. Q가 입구 압력 pA에서 유효 펌핑 속도 Seff로 고진공 펌프에 의해 펌핑되는 기체나 증기의 유효한 양인 경우, 이 기체량은 배압 압력 pV에서 펌핑 속도 SV의 펌핑 속도로 배압 펌프를 통해 운반되어야 합니다. 유효 처리량 Q의 경우 연속성 등식이 적용됩니다. 

Leybold - Vacuum Fundamentals graphics

(2.41)

배압 펌프에 필요한 펌핑 속도의 계산: 

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(2.41a)

펌핑 속도를 계산하는 방법의 예시

펌핑 속도가 400l/s인 확산 펌프의 경우 쉘 배플을 사용할 때 유효 펌핑 속도는 카탈로그에 명시된 값의 50%입니다. 최대 허용 배압 압력은 2 · 10-1mbar입니다. 배압 펌프의 필요한 최소 펌핑 속도는 등식 2.41a에 따른 흡기 압력 pA에 따라 달라집니다. 

pA = 1 · 10-2mbar의 흡기 압력에서 카탈로그에 명시된 대로 고진공 펌프의 펌핑 속도는 약 100l/s이며, 이후에는 그 절반인 50l/s입니다. 따라서 배압 펌프의 펌핑 속도는 최소 다음과 같아야 합니다. 

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pA = 1 · 10-3mbar의 흡기 압력에서 펌프는 이미 공칭 펌핑 속도 400l/s에 도달했습니다. 유효 펌프 속도는 이제 Seff = 200l/s입니다. 따라서 배압 펌프에 필요한 펌핑 속도는 다음과 같습니다. 

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압력 범위에 따라 보조 배압 펌프를 선택하는 방법

10-3~10-2mbar 사이의 증기 펌핑에 고진공 펌프를 사용하는 경우 공칭 펌프 속도가 12m3/h인 배압 펌프를 사용해야 하며, 어떠한 경우에도 펌프 속도가 2 · 10-1mbar에서 9m 3/h여야 합니다. 증기를 펌핑하지 않는 경우 대부분은 기체 밸러스트 없이 작동하는 1단계 로터리 베인 펌프가 사용됩니다. 약간의 증기의 구성 요소라도 펌핑되는 경우에는 2단계 기체 밸러스트 펌프를 배압 펌프로 사용해야 합니다. 이 펌프에는 기체 밸러스트가 사용되고 2 · 10-1mbar에서 필요한 펌핑 속도를 제공합니다.

고진공 펌프를 10-3mbar 미만의 흡기 압력에서만 사용할 경우 더 작은 배압 펌프를 사용합니다. 예를 들어, 펌핑 속도가 6m3/h인 펌프가 이러한 예에 해당합니다. 예를 들어 연속 흡기 압력이 10 -4mbar 미만으로 훨씬 낮을 경우 배압 펌프에 필요한 펌핑 속도는 다음 등식 2.41a에서 계산할 수 있습니다. 

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이론적으로 이 경우 약 1m3/h의 펌핑 속도를 갖는 더 작은 배압 펌프를 사용할 수 있습니다. 하지만 실제로는 더 큰 배압 펌프를 설치해야 합니다. 그 이유는 특히 진공 시스템을 시동할 때 많은 양의 기체가 짧은 시간 동안 발생할 수 있기 때문입니다. 배압 펌프를 통해 즉시 기체량을 펌핑할 수 없는 경우에는 고진공 펌프의 작동이 위험에 처할 수 있습니다. 입구 압력이 매우 낮은 상태에서 영구적으로 작동하는 경우 고진공 펌프와 배압 펌프 사이에 밸러스트 볼륨(배압 라인 용기 또는 서지 용기)을 설치하는 것이 좋습니다. 그런 다음 배압 펌프를 짧은 시간 동안만 작동시켜야 합니다. 단, 허용 가능한 최대 배압 압력을 초과해서는 안 됩니다. 

밸러스트 볼륨의 크기는 시간 단위당 펌핑될 총 기체량에 따라 다릅니다. 이 비율이 매우 낮은 경우 0.5l의 밸러스트 볼륨이 배압 펌프를 분리한 상태에서 1분의 펌핑 시간을 허용하는 것이 좋습니다. 

가장 적합한 크기의 배압 펌프를 찾기 위해 많은 경우에 그래픽 방법을 사용할 수 있습니다. 이 경우 시작 지점은 등식 2.41에 따른 펌프의 펌핑 속도 특성입니다. 

펌프의 펌핑 속도 특성은 6000l/s 확산 펌프에 대해 표시된 것과 같이 펌프의 측정된 펌핑 속도(체적 유량) 특성에서 쉽게 도출됩니다(그림 2.76의 곡선 S 참조). 처리량 특성에 도달하려면(그림 2.76의 곡선 Q) S의 각 좌표 값을 해당 pA 값을 곱하고 이 값에 표시해야 합니다. 확산 펌프의 입구 압력이 10-2mbar를 초과하지 않는 것으로 가정하면 최대 처리량은 9.5 mbar · l/s입니다. 

그림 2.76 적절한 배압 펌프를 그래픽으로 확인하기 위한 다이어그램

a) 6000l/s 확산 펌프의 펌핑 속도 특성
b) 2단계 로터리 플런저 펌프의 처리량 곡선(V.B. = 임계 전진공 압력)

따라서 배압 펌프의 크기는 이러한 처리량을 (배압 펌프의) 흡기 압력에서 펌프가 처리할 수 있을 정도여야 합니다. 그리고 이 압력은 확산 펌프의 최대 허용 배압 압력으로, 6000l/s 확산 펌프의 경우 4 · 10-1mbar입니다. 

시판되는 2단계 로터리 플런저 펌프의 펌핑 속도 특성을 고려한 후 각 펌프의 처리량 특성은 그림 2.76 a의 확산 펌프에 대한 곡선 Q를 찾는 데 사용되는 것과 유사한 방식으로 계산됩니다. 결과는 그림 2.76 b에서 1-4로 번호가 매겨진 Q 곡선 그룹입니다. 여기에서 4개의 2단계 로터리 플런저 펌프가 고려되었으며, 공칭 속도는 각각 200, 100, 50 및 25m 3/h였습니다. 6000l/s 확산 펌프의 임계 배압 압력은 V.B.(p = 4 · 10-1mbar)로 표시됩니다. 이제 최대 처리량 Q = 9.5 mbar · l/s가 수평선 a로 표시됩니다. 이 선은 4개의 처리량 곡선과 교차합니다. 오른쪽에서 왼쪽으로 4  · 10-1mbar의 임계 배압 압력 미만의 흡기 압력에 해당하는 교차점의 첫 번째 지점은 처리량 특성 2로 구성됩니다. 이는 공칭 펌핑 속도가 100m3/h인 2단계 로터리 플런저 펌프에 해당합니다. 따라서 이 펌프는 이전의 가정 하에서 6000l/s 확산 펌프에 대한 올바른 보조 펌프입니다.

하지만 펌핑 공정에서 최대 9.5mbar · l/ s 처리량을 달성할 가능성이 없는 경우에는 더 작은 백업 펌프를 사용할 수도 있습니다. 예를 들어 그림 2.76 b의 선 b로 설명이 가능한데, 이 선은 단 2mbar l/s의 최대 처리량에 해당합니다. 이 경우 25m3/h의 2단 로터리 플런저 펌프로 충분합니다. 

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진공 기호

진공 기술 다이어그램에서 펌프 유형 및 펌핑 시스템의 부품을 시각적으로 표현한 기호 용어집

 

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단위 용어집

진공 기술에 사용되는 측정 단위 개요 및 기호의 의미, 그리고 과거 단위와 현재의 등가 단위

 

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참고 자료 및 출처

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