Asas Vakum Kasar & Sederhana
Dalam dunia vakum, terdapat perbezaan yang ketara antara mereka yang berada di hujung rendah spektrum dan mereka yang menduduki tahap yang lebih tinggi (iaitu vakum tinggi). Dari segi definisi: vakum yang berada antara tekanan atmosfera dan 1 mbar dikenali sebagai vakum "kasar", manakala tekanan dari 1 hingga 10-3 mbar dikenali sebagai vakum "sederhana". Selepas itu, definisi vakum berkembang dari tinggi ke ultra-tinggi (UHV) hingga ke vakum tinggi ekstrem (XHV) dan berkisar dari 10-3 hingga <10-12 mbar.
Bekerja dalam Keadaan Vakum Kasar dan Sederhana
Apabila bekerja dalam keadaan vakum kasar dan sederhana, terdapat satu kebenaran asas yang perlu diterima: tiada pam tunggal yang akan memenuhi semua keperluan atau harapan anda.
Oleh itu, adalah penting untuk menyenaraikan keperluan yang mesti dipenuhi, bersama dengan yang diingini (tetapi tidak penting). Adalah logik untuk menganggap bahawa seseorang perlu mencapai tahap vakum dan aliran tertentu. Selepas itu, pelbagai kriteria lain harus dipertimbangkan termasuk pertimbangan bunyi dan getaran, kemudahan penyelenggaraan, kos modal dan kos berterusan., saiz (iaitu jejak) pam itu sendiri, ketahanannya terhadap kejutan, toleransi terhadap kemasukan zarah dan, sama ada pencemaran minyak akan menjadi isu.
Penghasilan Vakum Kasar dan Sederhana
Apabila dibandingkan dengan HV hingga XHV, jenis pam yang digunakan untuk vakum kasar dan sederhana adalah agak mudah dari segi operasi. Namun, itu tidak bermakna meremehkan kejuruteraan yang teliti atau tepat yang diperlukan (atau sebenarnya sains) di sebalik operasi mereka. Selain itu, tidak boleh dilupakan bahawa banyak daripada pam ini digunakan sebagai pam hadapan (atau pam sokongan), yang digunakan untuk "mengisi vakum" atau menyokong pam vakum tahap yang lebih tinggi. Tanpa manfaat daripada pam awal tersebut, unit vakum yang lebih tinggi ini akan--pada tahap terbaik--beroperasi dengan perlahan dan lambat, dan--pada tahap terburuk--tidak beroperasi sama sekali.
Pam diafragma
Pam diafragma beroperasi dalam rejim vakum rendah. Disebabkan reka bentuk mereka, ia tidak mencapai nisbah pemampatan yang tinggi pada satu peringkat. Oleh itu, seseorang sering menemui pam diafragma dua, tiga, dan bahkan empat peringkat. Konfigurasi sebegini menjadikannya berguna sebagai unit yang padat dan mesra alam, contohnya, dalam aplikasi makmal dan untuk menyokong pam turbomolekul (TMP). Pam diafragma boleh menghasilkan julat operasi standard dari 103 hingga ke julat mbar yang rendah.
Pam-pam ini menggunakan diafragma (yang membentuk satu sisi ruang) yang digerakkan ke belakang dan ke depan oleh sebuah rod. Gerakan bergetar ini memampatkan gas dan mengaktifkan injap. Gas masuk melalui injap masuk dan (apabila diafragma bergerak ke belakang), injap masuk ditutup dan gas ditekan sebelum dibebaskan melalui injap keluar.
Diafragma dan injap biasanya diperbuat daripada PTFE, yang menjadikannya tahan terhadap bahan korosif, dan kurang terdedah kepada kerosakan wap. Oleh kerana pam diafragma direka bentuk sebagai "kering", ia menyediakan vakum tanpa hidrokarbon. Kelebihan lain pam diafragma adalah ia mudah dibersihkan dan diselenggara, sesuai untuk mengepam banyak gas dan bahan kimia makmal, dan kerana ia tidak menggunakan minyak, kos operasi dan penyelenggaraannya adalah rendah.
Pam gulung
Pam skrol, yang mempunyai julat tekanan dari 103 hingga 10-2 mbar, menggunakan dua skrol berbentuk spiral Archimedean yang saling bertindih untuk mengepam atau memampatkan gas. Salah satu gulungan tetap, sementara yang lain berputar secara eksentrik di dalam ruang tanpa berputar, yang menjebak dan memampatkan kantung gas di antara gulungan-gulungan tersebut. Ini seterusnya memindahkan gas yang terperangkap dari bahagian luar (iaitu inlet) ke bahagian dalam (iaitu outlet) ruang.
SCROLLVAC (Pam skrol)
- Belos keluli tahan karat
- Injap ballast gas
- Tatal tetap
- Gulungan mengorbit
Pam skrol digunakan dalam pelbagai aplikasi seperti dalam instrumen analitik (contohnya spectrometri jisim dan dalam mikroskop elektronik) di mana vakum yang bersih, kering dan senyap diperlukan. Selain itu, pam skrol sering digunakan sebagai pam sokongan untuk TMP.
Pam skrol mempunyai banyak kelebihan berbanding pam vakum lain: yang paling ketara adalah kos operasi mereka yang rendah kerana ia tidak memerlukan minyak (yang juga menjadikannya mesra alam). Selain itu, keperluan penyelenggaraan mereka adalah rendah. Walau bagaimanapun, pemakaian penutup hujung boleh menyebabkan pelepasan zarah.
Pam sudu putar
Pam vane putar yang mempunyai julat 103 hingga 10-4 mbar, adalah jenis pam vakum pemindahan positif yang paling biasa. Mereka berfungsi dengan cara berikut: rotor offset (dilengkapi dengan sirip yang meluncur masuk dan keluar dari tempatnya) berputar dalam sebuah ruang. Bilah-bilah yang menutup bahagian dalam ruang bulat, "menangkap" sejumlah gas yang masuk melalui port kemasukan. Apabila rotor berputar, jumlah yang terkandung antara bilah dan permukaan dalam ruang berkurang, jadi tekanan gas yang "ditangkap" juga meningkat, sehingga ia keluar melalui port keluar.
Pam vane putar menawarkan kebolehpercayaan yang sangat baik, ketahanan, reka bentuk kompak dan kos pelaburan yang rendah, menjadikannya ideal untuk pelbagai aplikasi industri dan salutan, termasuk untuk instrumen analitik serta aplikasi R&D dan industri.
Selain itu, julat tekanan operasi mereka menjadikannya pam sokongan yang ideal untuk sebarang jenis pam vakum sederhana dan tinggi. Walaupun operasi yang menggunakan minyak adalah kelemahan bagi beberapa aplikasi, penggunaan minyak membolehkan nisbah mampatan yang lebih tinggi, tingkah laku penyejukan dalaman yang lebih baik dan menjadikan pam serasi dengan kotoran, debu dan pemeluwapan. Sudah tentu, keperluan untuk menyelenggara pam secara berkala (iaitu, penukaran minyak) bermakna kos pemilikan yang lebih tinggi (berbanding dengan pam kering yang saiznya sama), dan ia tidak menyediakan vakum tanpa minyak (hidrokarbon atau PFPE dan lain-lain).
Pam skru
Pam skru, yang mempunyai julat 103 hingga 10-2 mbar, beroperasi menggunakan dua rotor skru yang berputar bertentangan yang direka supaya mereka berputar "ke dalam satu sama lain", dengan itu menjebak gas dalam volume antara "skru" rotor mereka. Apabila skru berputar, isipadu yang terperangkap ini (semasa ia bergerak ke arah port keluar) berkurangan yang bukan sahaja memampatkan gas tetapi juga menggerakkannya ke arah keluar. Pam skru sering digunakan sebagai pam hadapan untuk pam Roots.
Pam skru mempunyai banyak ciri penting: walaupun terdapat ruang mikro antara dua skru yang berputar, tiada bahagian yang bersentuhan dan tidak ada keperluan untuk pelinciran dan, akibatnya, tiada pencemaran medium yang dipam. Selain itu, kehausan rotor dihapuskan, mereka mempunyai toleransi tinggi terhadap partikel, menggunakan kelajuan pam yang tinggi dan, sangat efisien kerana pemampatan dalaman. Walau bagaimanapun, mereka kurang sesuai untuk mengepam gas ringan, dan tidak boleh diperkecilkan kepada kelajuan pengepaman yang kecil. Kos operasi dan keperluan penyelenggaraan juga agak rendah. Pam skru sesuai untuk pelbagai aplikasi, seperti relau industri, sistem metalurgi, pembungkusan dan pelapisan.
Pam penggalak akar
Pam Roots yang mempunyai julat tekanan 10 hingga 10-4 mbar, biasanya digunakan sebagai pam ‘penambah’ untuk meningkatkan tekanan akhir dan kelajuan pam. Pam Roots menggunakan dua unit yang berputar berlawanan arah yang saling berhubungan yang berputar dalam sebuah ruang. Gas masuk melalui flens pengambilan dan "ditekan" di antara dua unit yang berputar dengan cepat dan dinding ruang, kemudian dibuang melalui port keluar.
Kelebihan pam penggalak Roots adalah ia sangat senyap dan padat, mempunyai jangka hayat yang panjang, tiada bahagian yang bersentuhan, dan ia menyediakan pam yang bersih (iaitu tiada zarah atau minyak yang boleh mencemari sistem vakum).
Pam depan multi-Roots yang berfungsi bersama dengan pam HV, UHV atau XHV biasanya merupakan pilihan yang lebih ekonomik untuk mencapai vakum tinggi, berbanding dengan pam depan berukuran lebih besar kerana kelajuan pam yang lebih baik dan tekanan akhir yang lebih rendah.
Pam Roots sering digunakan dalam aplikasi industri (iaitu industri laser, relau, metalurgi dan lain-lain). disebabkan oleh kelajuan pam yang tinggi mereka, di angkasa, R&D, dan pembuatan semikonduktor dan panel solar.
Pengukuran Vakum Kasar dan Sederhana
Vakuum kasar dan sederhana biasanya diukur dengan apa yang disebut sebagai "pengukur langsung", yang mengukur tekanan tanpa mengira komposisi gas yang terlibat.
Pengukur langsung terbahagi kepada dua kategori: yang bergantung kepada beberapa bentuk ubah bentuk mekanikal, seperti diafragma, tiub Bourdon, rintangan piezo atau kapasitans elektrik; dan yang menggunakan ketinggian lajur cecair, yang dikenali sebagai pengukur "hidrostatik".
Alat pengukur mekanikal menggunakan komponen dalaman logam yang mengubah bentuknya bergantung kepada tekanan, dengan lenturan ini dikaitkan dengan jarum pengukur. Variasi daripada ini adalah manometer kapasitans, di mana diafragma (yang merupakan sebahagian daripada kapasitor) melentur dengan perubahan tekanan, menghasilkan perubahan kapasitans yang (boleh diukur).
Dari segi cabaran yang berkaitan dengan pengukuran tekanan, perlu diingat bahawa sifat fizikal gas berubah dengan tekanan. Sebagai contoh, konduktiviti terma dan geseran dalaman gas adalah sedemikian rupa sehingga penggunaannya bergantung kepada pelbagai faktor termasuk: julat tekanan; gas-gas yang terlibat (yang akan menentukan sebarang faktor pembetulan, kesesuaian media dan potensi untuk reaksi kimia), ketepatan yang diperlukan; keadaan operasi (kotor vs. bersih, getaran, suhu, kejutan - mungkin disebabkan oleh pelepasan tekanan - radiasi dan medan magnet); kedudukan pemasangan alat pengukur;dan, bagaimana tekanan itu perlu dibaca (dan direkod).
Pengesanan Kebocoran dalam Vakum Kasar dan Sederhana
Pengesanan kebocoran, serta penghapusan, pengurusan dan/atau tanggungjawabnya, adalah sama pentingnya dalam vakum seperti dalam sistem bertekanan. Oleh kerana gas boleh dimampatkan, tekanan (atau vakum) mempengaruhi jumlah kebocoran yang dinyatakan dalam mbar.liter/detik, dengan kadar kebocoran adalah jumlah gas yang "mengalir keluar" melalui kebocoran dalam perbezaan tekanan tertentu per unit masa.
Terdapat beberapa cara umum untuk mengukur kebocoran, masing-masing bergantung pada kadar kebocoran terendah yang dapat dikesan: ujian gelembung; pengukuran tekanan berbeza; pengurangan tekanan; ujian peningkatan tekanan; mod penyedut helium; dan, mod vakum helium. Kaedah ujian dua yang terakhir ini juga dirujuk sebagai kaedah "pengesanan gas penjejak". Semua kaedah boleh digunakan dalam vakum kasar dan sederhana.
Ujian gelembung melibatkan memberi tekanan pada sistem, mengoleskan titik kebocoran yang berpotensi dengan sabun dan melihat jika ia berbuih, sementara pengukuran tekanan diferensial melibatkan mengukur kehilangan tekanan dalam jangka waktu tertentu.
Walau bagaimanapun, ujian kebocoran yang paling menarik melibatkan "sniffer" helium dan ujian "vakum" helium.
Dalam istilah yang mudah, ujian "sniffer" helium melibatkan probe sniffer yang dipindahkan di sekitar unit yang diperhatikan dengan gas yang "dihidu" dipindahkan melalui spektrometer jisim untuk pengenalan dan pengukuran helium.
Ujian pengesan mempunyai kelebihan kerana ia menunjukkan di mana kebocoran sebenarnya berlaku. Namun, kepekatan helium sebanyak 5ppm dalam udara ambien/atmosfera bermakna sukar untuk membezakan antara isyarat latar belakang dan kadar kebocoran yang sangat rendah.
Ujian "vakum" helium biasanya digunakan pada unit yang terdedah kepada aplikasi HV dan UHV. Dalam istilah yang mudah, unit ini diletakkan di dalam sebuah bekas, dan ditekan dengan helium. Gas dalam kapal tersebut kemudian akan menjalani ujian spektrometer jisim, dan sebarang helium yang dikesan akan menunjukkan kebocoran. Kekurangan utama—walaupun bukan satu-satunya—adalah unit tersebut perlu diletakkan dalam bekas yang bersaiz sesuai. Sebagai alternatif, kapal itu dievakuasi oleh pengesan kebocoran dan helium digunakan untuk ‘menghidu’ dari luar.
Artikel berkaitan
