Turbomoleculaire pompen: wat u moet weten 11 november 2020
6 MIN READ
Als u een hoogvacuümtoepassing hebt die een pompsnelheid tussen 50 l/s en 3000 l/s vereist en minimale verontreiniging door de pomp, dan is een turbomoleculaire pomp de voor de hand liggende keuze.
Turbomoleculaire pompen vs. andere pompen
De laagste pompsnelheden van de andere belangrijke soorten hoogvacuümpompen, namelijk diffusie- en cryopompen, zijn ongeveer 3000 l/s. Bovendien kunnen diffusiepompen een bron van olieverontreiniging zijn, terwijl cryopompen regelmatig moeten worden geregenereerd.
Turbopompen zijn geclassificeerd als kinetische pompen en vereisen een voorvacuümpomp.
Turbo's werken door de gasmoleculen en -atomen door botsing met de oppervlakken van de snel draaiende rotor een momentum te geven, waardoor de gasstroom zodanig wordt geregeld dat deze naar de uitlaatpoort van de pomp wordt getransporteerd.
Principe van een turbomoleculaire pomp
Een turbomoleculaire pomp (TMP) is een moleculaire pomp waarvan de rotor bestaat uit schijven met gastransportkanalen. Deze schijven draaien tussen de bijbehorende schijven van de stator.
Schijf met transportkanalen = vlak van de draaiende messen
Schijf van de stator = vlak van stationaire schoepen
De snelheid van de uiteinden van de rotoren benadert een waarde die dicht bij de gemiddelde vrije snelheid van de verpompte gassoort ligt. Hoe lichter het gas, hoe hoger de thermische snelheid. Zo heeft helium een snelheid van 1245 m/s, terwijl lucht met een hogere dichtheid een gemiddelde snelheid van 463 m/s heeft. Dit resulteert in TMP's met een lagere compressieverhouding voor lichtere gassen.
Oorspronkelijk waren de 2 sets lagers in onderstaand schema van een conventioneel mechanisch ontwerp. Deze lagers moesten periodiek worden vervangen – gewoonlijk om de 2-3 jaar, afhankelijk van de toepassing. Dit ontwerp is tegenwoordig echter zeldzaam en er worden nu twee soorten lagers gebruikt:
Een hybride versie bestaande uit een mechanisch lager en een permanent magnetisch wrijvingsvrij lager
2 sets wrijvingsloze, actieve magnetische lagers
De hybride versie zorgt voor lagere onderhoudskosten, omdat slechts één mechanisch wrijvingslager vervangen hoeft te worden.
De actieve magnetische variant biedt over het algemeen de hoogste pompsnelheden en wordt bij voorkeur gebruikt in veeleisende processen zoals halfgeleideretsprocessen of wanneer pompsnelheden van meer dan 1000 l/s vereist zijn.
Zoals opgemerkt zijn beide varianten minder effectief bij het verpompen van lichte gassen. Voor coatingtoepassingen waarbij de gasdoorvoer in plaats van de einddruk van cruciaal belang is, is het 'klassieke' ontwerp zoals hierboven weergegeven ideaal.
De belangrijke analytische markt vereist een hoge compressie, zelfs voor lichte gassen. Dit wordt bereikt door de toevoeging van een extra compressietrap dicht bij de uitlaatpoort van de pomp. Dit verbetert de pompsnelheid van licht gas aanzienlijk. Een dergelijk ontwerp staat bekend als een samengestelde turbopomp. Onderstaand diagram illustreert het principe van een Holweck-trap die deze verhoogde compressie bereikt.
Moleculaire pomp – holweck-ontwerp
Een ander voordeel van deze verhoogde compressie is dat de TMP hogere voordrukken kan verdragen, zelfs tot enkele mbar. Bijgevolg kunnen sommige membraanpompen nu fungeren als voorvacuümpomp voor dit pompontwerp. Membraanpompen worden vaak gebruikt in draagbare 'droge' lekdetectoren en compacte hoogvacuümpompsystemen.
Alle turbopompen hebben een frequentieregelaar nodig om de hoge toerentallen te leveren die deze pompen vereisen. Traditioneel waren dit stand-alone units, maar in toenemende mate zijn de controllers in de pomp geïntegreerd als zogenaamde onboard controllers. Deze innovatie heeft de benodigde ruimte in het rack verminderd – vaak een belangrijke factor voor OEM's.
Het is vermeldenswaard dat afstandsbedieningen nog steeds de voorkeur genieten als de pomp wordt blootgesteld aan hoge straling waarbij de ingebouwde elektronica kan worden aangetast. Dit is een vereiste voor toepassingen met hoge energiestralen waar een dergelijke omgeving aanwezig is.
De nieuwste ontwikkeling maakt 'slimme' ingebouwde controllers mogelijk die kleppen, pompen en meters in een geautomatiseerd vacuümsysteem bewaken en regelen.
Conclusie:
- Turbomoleculaire pompen bieden een betrouwbare, verontreinigingsvrije hoogvacuümoptie.
- Pompsnelheden variëren van 50 l/s tot 3000 l/s.
- Pompen kunnen worden aangepast voor een hoge doorvoer of hoge compressie van lichte gassen.
- Slimme ingebouwde frequentieomvormers bieden regelfuncties voor hoogvacuümsystemen.
