ปั๊มเทอร์โบโมเลกุล: สิ่งที่คุณจําเป็นต้องรู้ 11 พฤศจิกายน 2020

6 MIN READ

หากคุณมีการใช้งานสุญญากาศสูงที่ต้องการความเร็วในการปั๊มระหว่าง 50 ลิตร/วินาทีและ 3000 ลิตร/วินาที และการปนเปื้อนขั้นต่ําจากปั๊ม ปั๊มเทอร์โบโมเลกุลคือตัวเลือกที่ชัดเจน

ปั๊มเทอร์โบโมเลกุลเทียบกับปั๊มอื่นๆ

ความเร็วในการปั๊มที่ต่ําที่สุดของปั๊มสุญญากาศสูงประเภทอื่นๆ ที่สําคัญ ได้แก่ ปั๊มกระจายและปั๊มไครโอ อยู่ที่ประมาณ 3000 ลิตร/วินาที นอกจากนี้ ปั๊มกระจายอาจเป็นแหล่งที่มาของการปนเปื้อนน้ํามัน ในขณะที่ปั๊มไครโอต้องมีการปรับสภาพเป็นประจํา

ปั๊มเทอร์โบจัดอยู่ในประเภทปั๊มไดนามิกและจะต้องใช้ปั๊มสุญญากาศขั้นต้น

เทอร์โบทํางานโดยการมอบแรงกระตุ้นให้กับโมเลกุลก๊าซและอะตอมโดยการชนกับพื้นผิวของโรเตอร์ที่หมุนอย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงควบคุมการไหลของก๊าซในลักษณะที่ก๊าซจะถูกส่งไปยังพอร์ตไอเสียของปั๊ม

หลักการของปั๊มเทอร์โบโมเลกุลาร์

ปั๊มเทอร์โบโมเลกุล (TMP) เป็นปั๊มโมเลกุลที่มีโรเตอร์ประกอบด้วยดิสก์ที่มีช่องทางการลําเลียงก๊าซ แผ่นดิสก์เหล่านี้หมุนระหว่างแผ่นดิสก์ที่เกี่ยวข้องของสเตเตอร์

ดิสก์ที่มีช่องทางการลําเลียง = ระนาบของใบมีดหมุน

ดิสก์ของสเตเตอร์ = ระนาบของใบพัดที่อยู่กับที่

ความเร็วของปลายโรเตอร์เข้าใกล้ค่าที่ใกล้เคียงกับความเร็วอิสระเฉลี่ยของก๊าซชนิดต่างๆ ที่ถูกปั๊ม ยิ่งก๊าซมีน้ําหนักเบาเท่าไร ความเร็วความร้อนก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ดังนั้น ฮีเลียมจึงมีความเร็ว 1245 ม./วินาที ในขณะที่อากาศที่มีความหนาแน่นสูงกว่ามีความเร็วเฉลี่ย 463 ม./วินาที ซึ่งส่งผลให้ TMP มีอัตราส่วนการบีบอัดที่ต่ํากว่าสําหรับก๊าซที่มีน้ําหนักเบากว่า

ตลับลูกปืน 2 ชุดที่แสดงในแผนผังด้านล่างเป็นตลับลูกปืนที่มีการออกแบบเชิงกลแบบดั้งเดิม ตลับลูกปืนเหล่านี้จําเป็นต้องเปลี่ยนเป็นระยะๆ โดยปกติแล้วทุก 2-3 ปี ขึ้นอยู่กับการใช้งาน  อย่างไรก็ตาม การออกแบบนี้หายากในปัจจุบัน และปัจจุบันมีการใช้ตลับลูกปืนสองประเภท:

เวอร์ชันไฮบริดประกอบด้วยตลับลูกปืนกลไกหนึ่งตัวและตลับลูกปืนแบบถาวร แม่เหล็ก และไร้แรงเสียดทานหนึ่งตัว
ตลับลูกปืนแม่เหล็กแบบแอคทีฟไร้แรงเสียดทาน 2 ชุด

เวอร์ชันไฮบริดช่วยลดค่าใช้จ่ายในการบํารุงรักษา โดยต้องเปลี่ยนแบริ่งแรงเสียดทานเชิงกลเพียงแบริ่งเดียวเท่านั้น

โดยทั่วไปแล้ว ตัวแปรแม่เหล็กแบบแอคทีฟจะมีความเร็วในการปั๊มสูงสุด และเหมาะสําหรับกระบวนการที่มีความต้องการสูง เช่น กระบวนการกัดเซมิคอนดักเตอร์ หรือเมื่อต้องการความเร็วในการปั๊มที่สูงกว่า 1000 ลิตร/วินาที

ดังที่ได้กล่าวไว้ ทั้งสองรุ่นไม่มีประสิทธิภาพเท่ากันในการปั๊มก๊าซเบา สําหรับการใช้งานการเคลือบผิวที่ปริมาณก๊าซมากกว่าความดันขั้นสุดท้ายเป็นสิ่งสําคัญ ดีไซน์ "คลาสสิก" ดังที่แสดงด้านบนจะเหมาะสมที่สุด

ตลาดการวิเคราะห์ที่สําคัญต้องการการบีบอัดสูงแม้แต่สําหรับก๊าซที่มีน้ําหนักเบา ซึ่งทําได้โดยการเพิ่มขั้นตอนการบีบอัดเพิ่มเติมใกล้กับช่องไอเสียของปั๊ม ซึ่งช่วยปรับปรุงความเร็วในการปั๊มก๊าซเบาได้อย่างมาก การออกแบบดังกล่าวเรียกว่าปั๊มเทอร์โบผสม แผนภาพด้านล่างแสดงหลักการของขั้นตอน Holweck ที่ทําให้เกิดการบีบอัดที่เพิ่มขึ้นนี้

ภาพตัดปั๊มเทอร์โบโมเลกุลเพื่อดูรายละเอียดภายใน

ปั๊มโมเลกุล - การออกแบบ holweck

ภาพร่างแนวตั้งของปั๊มสําหรับรายละเอียดด้านใน

ข้อได้เปรียบอีกประการหนึ่งของการบีบอัดที่เพิ่มขึ้นนี้หมายความว่า TMP สามารถทนต่อแรงดันป้อนกลับที่สูงขึ้นได้ แม้จะมีแรงดันไม่กี่มิลลิบาร์ก็ตาม ดังนั้นปั๊มไดอะแฟรมบางรุ่นจึงสามารถทําหน้าที่เป็นปั๊มสุญญากาศขั้นต้นสําหรับการออกแบบปั๊มนี้ได้ ปั๊มไดอะแฟรมมักใช้ในเครื่องตรวจจับการรั่วไหล "แห้ง" แบบพกพาและระบบปั๊มสุญญากาศสูงขนาดกะทัดรัด

ปั๊มเทอร์โบทั้งหมดต้องใช้ตัวควบคุมความถี่เพื่อให้ความเร็วในการหมุนสูงตามที่ปั๊มเหล่านี้ต้องการ โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์แบบสแตนด์อะโลน แต่ตัวควบคุมถูกรวมเข้ากับปั๊มมากขึ้นเรื่อยๆ ในรูปของตัวควบคุมแบบออนบอร์ด นวัตกรรมนี้ช่วยลดความต้องการพื้นที่ในชั้นวาง ซึ่งมักเป็นปัจจัยสําคัญสําหรับ OEM

ควรสังเกตว่ายังคงต้องการใช้รีโมทคอนโทรลหากปั๊มต้องสัมผัสกับการแผ่รังสีสูง ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อระบบอิเล็กทรอนิกส์ในตัว ซึ่งเป็นข้อกําหนดสําหรับการใช้งานลําแสงพลังงานสูงที่มีสภาพแวดล้อมดังกล่าว

การพัฒนาล่าสุดช่วยให้ตัวควบคุมออนบอร์ด "อัจฉริยะ" สามารถตรวจสอบและควบคุมวาล์ว ปั๊ม และเกจวัดภายในระบบสุญญากาศอัตโนมัติได้