Basiswerkingsprincipes van diffusiepompen 28 mei 2020

Kennis van de basisprincipes van de werking van diffusiepompen is de beste manier om de vinger aan de pols te houden van het bedrijf, ongeacht in welke divisie u werkt of hoe nauw u betrokken bent bij hun dagelijkse werking. Als uw bedrijf er gebruik van maakt, loont het om de basis te kennen. Het helpt bijvoorbeeld om procesinefficiënties te voorkomen en zorgt ervoor dat u weet hoe u een kwaliteitsproduct kunt opsporen of wanneer onderhoud nodig is. Hier volgt een korte inleiding om u op weg te helpen. 

Diffusiepompolie wordt in het ketelgedeelte van de pomp omgezet in damp (zie figuur 1) en versneld tot sonische snelheid (als damp) door nauwkeurig geregelde stralen.

Deze sproeiers zijn ontworpen om een oliegordijn te produceren dat de volledige diameter van de pomp bedekt (zie afbeelding 2). 

Meestal hebben moderne diffusiepompen vier of vijf compressiefasen, wat betekent dat er vier of vijf afzonderlijke oliegordijnen in een serie zijn. Elke trap vangt gas op boven het oliegordijn en stoot het onder het oliegordijn uit, en elke volgende trap heeft sproeiers met geleidelijk aan kortere gordijnen. Een langer gordijn biedt een groot oppervlak om moleculen erboven op te vangen, maar ten koste van de sterkte van het gordijn. Stelt u zich voor dat u uw duim over het uiteinde van een tuinslang houdt om te sproeien. Je merkt dat het water een tijdje in een laken blijft voordat het in kleine druppeltjes uiteenvalt. Hetzelfde geldt voor de oliegordijnen in een diffusiepomp. Als het gordijn breekt, wordt een deel van het gas eronder naar achteren geblazen, waardoor het pompen verloren gaat.

Naarmate de druk tijdens de compressiefasen hoger wordt, worden de gordijnen dus steeds korter. In een vijftrapspomp is de laatste trap een hoge-volume, snelle dampstroom die de verpompte gassen naar de uitlaat leidt. De vijfde trap vermindert de tegendruk op elk van de vier trappen erboven, waardoor het oliegordijn zijn integriteit behoudt bij hogere pompinlaatdrukken.

Diffusiepompen hebben twee primaire factoren die ervoor zorgen dat de pomp werkt: warmte en interne geometrie. Het heeft een zeer eenvoudig werkingsprincipe, maar kan zeer uitdagend zijn om te ontwerpen en te produceren vanwege de strikte beperkingen waaronder deze twee factoren werken. Strakkere spuitmonden zorgen ervoor dat de pompketel bij een hogere druk en temperatuur werkt, wat een sterker oliegordijn kan creëren, maar het vatbaarder kan maken voor turbulentie en verlies van prestaties als er te veel vermogen door de verwarmingselementen in de ketel wordt gevoerd. Grotere spelingen op de sproeiers kunnen ervoor zorgen dat de ketel bij een lagere druk en temperatuur werkt, maar kunnen meer vermogen verbruiken om een hogere oliedampstroom aan te drijven. Ze zijn uitstekend in het verpompen van de meeste gassen, hoewel ze moeite hebben om waterdamp te verpompen. Enkele factoren die van invloed zijn op de prestaties van de pomp zijn:

• Inlaatgrootte: veruit de belangrijkste drijfveer voor de pompsnelheid in alle hoogvacuümpompen.

• Olietype: Er zijn een aantal verschillende gespecialiseerde oliën die van invloed zijn op het eindvacuüm en de prestaties in verschillende toepassingen. 

• Koelwater: Koelwater maakt deel uit van de warmtecyclus van deze pomp. U moet warmte toevoegen om de olie te verdampen en vervolgens warmte verwijderen om deze opnieuw te condenseren voor de volgende cyclus door de pomp. Een toereikende koeling van de pomp kan de werking verstoren of onderbreken.

De pompsnelheid is het prestatiegetal van de pomp dat de meeste mensen zullen zien gepubliceerd door fabrikanten van diffusiepompen. Het is een volumetrische snelheid, wat betekent dat naarmate de druk verandert, de hoeveelheid daadwerkelijk verpompte gasmoleculen proportioneel verandert. Met andere woorden, de pomp neemt elke seconde dezelfde grootte van de lus, maar met weinig gasmoleculen bij lagere drukwaarden is elke lus minder geconcentreerd. De doorvoer is daarentegen een massadebiet. Het is een maat voor het aantal gasmoleculen dat per seconde van de inlaat van de pomp naar de uitlaat van de pomp wordt verplaatst. Een pomp met een hogere doorvoer zal een kamer altijd sneller leegpompen, omdat hij meer pompt bij hogere drukwaarden, waarbij er meer gas moet worden verwijderd.  Als u dus naar specificaties kijkt om de beste pomp voor uw systeem te bepalen, moet u de doorvoer vergelijken. 

Enkele decennia geleden creëerde de American Vacuum Society een standaard voor het meten van de pompsnelheid van diffusiepompen. Helaas berekent de methode achter deze standaard een pompsnelheid die ongeveer 70% hoger is dan de werkelijke werkelijke pompsnelheid. Alle diffusiepompsnelheden die de AVS-standaard gebruiken, worden dus met een factor van bijna 1,7 overschat.

Later werd een internationale norm gecreëerd om de diffusiepompsnelheid te meten, de ISO (International Standards Organization). Deze nieuwe norm van ISO komt veel dichter bij de werkelijkheid, maar is nog steeds ongeveer 25% te hoog opgegeven ten opzichte van de werkelijke pompsnelheid in de echte wereld. De reden voor de afwijking van de ISO-norm is dat metingen voor deze norm worden uitgevoerd in een laboratorium met een enkel gas, zoals stikstof, onder laboratoriumomstandigheden. In de praktijk zijn de kamers die worden gepompt meestal gevuld met atmosferische lucht. Lucht bevat veel gassen, waaronder waterdamp, die voor de meeste vacuümpompen moeilijk snel te verwijderen zijn. Als u een hoge incidentie van waterdamp op uw locatie hebt, is de beste pomp een cryogene pomp, die de condenseerbare aard van de waterdamp in zijn voordeel benut door de moleculen op enorme oppervlakken te bevriezen. Bekijk onze selectie cryogene vacuümpompen op onze productpagina. 

Soms gaan uw vragen verder dan de basis. Als dat het geval is, praat je best met de experts. Klik op onderstaande knop en chat met het Leybold-team – wij staan altijd klaar om u te helpen!