หลักการทํางานของปั๊มสุญญากาศระดับสูงและสูงพิเศษ 15 มกราคม 2021
ระดับสุญญากาศสูง (HV) และสุญญากาศสูงพิเศษ (UHV) สามารถทําได้อย่างมีประสิทธิภาพและประสิทธิผลด้วยการใช้ปั๊มหลักที่มีความสามารถในการทํางานเท่านั้น การเลือกปั๊มที่จะใช้ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น เสียงรบกวน/การสั่นสะเทือน ต้นทุน (เริ่มต้นและต่อเนื่อง) ความทนทานต่อการปนเปื้อน พื้นที่ติดตั้ง กําหนดการบํารุงรักษา และความยืดหยุ่นต่อแรงกระแทก
ในบล็อกโพสต์นี้ เราจะตรวจสอบหลักการทํางานของปั๊ม HV และ UHV เพื่อช่วยให้คุณตัดสินใจได้อย่างมีข้อมูล
ปั๊มเทอร์โบโมเลกุล: หลักการทํางาน
ปั๊มเทอร์โบโมเลกุล (TMP) เป็นหน่วยจลนศาสตร์ที่ใช้โรเตอร์หมุนความเร็วสูง (ปกติระหว่าง 24,000 และ 90,000 rpm) ชิ้นส่วนการทํางานของปั๊มเหล่านั้นคล้ายกับกังหันหลายใบพัด โดยมีจังหวะโรเตอร์/สเตเตอร์คู่ตามแนวเพลา
TMP จะถ่ายโอนแรงกระแทกความเร็วสูงของใบพัดไปยังโมเลกุลก๊าซโดยตรง ซึ่งจะเปลี่ยนการเคลื่อนไหวของโมเลกุลเหล่านี้และ "ผลัก" ไปทาง "ทางออก" ของปั๊ม ตามที่ชื่อบ่งชี้ TMP มักทํางานในช่วงการไหลของโมเลกุลระหว่าง 10-3 ถึง 10-11 mbar เมื่อใช้ร่วมกับกลไกการปั๊มแบบลาก ช่วงนี้สามารถขยายได้ถึง 10-2 mbar เนื่องจากไม่สามารถอัดกับแรงดันบรรยากาศได้ TMP ทั้งหมดจึงต้องใช้ปั๊มสํารองที่เหมาะสม ปั๊มสํารองทั่วไปคือปั๊มใบพัดโรตารี่หรือปั๊มแห้ง เช่น สโครลหรือ Roots หลายจังหวะ
มีแนวคิดเกี่ยวกับตลับลูกปืนหลายอย่างสําหรับ TMP โดยที่แนวคิดที่พบบ่อยที่สุดคือ:
- การออกแบบตลับลูกปืนแขวนลอยแม่เหล็กแบบแอคทีฟเต็มรูปแบบ (5 แกน)
- การออกแบบตลับลูกปืนเชิงกลทั้งหมด
- การผสมผสานระหว่างการออกแบบแบริ่งแม่เหล็กและแบริ่งเชิงกลแบบพาสซีฟ
ปั๊มเก็บไอออน: หลักการทํางาน
ปั๊มเก็บไอออน (หรือที่เรียกว่าปั๊มสปัตเตอร์ไอออนหรือปั๊มไอออน) ผลิต UHV โดยไม่ต้องใช้ชิ้นส่วนหรือวาล์วที่เคลื่อนที่ การปั๊มเบื้องต้น ซึ่งมักจัดการโดยการผสมผสานปั๊มเทอร์โบโมเลกุล ใช้เพื่อขจัดก๊าซปริมาณมากจนกระทั่งสุญญากาศลดลงเหลือประมาณ 10-4 mbar หรือต่ํากว่า
หลังจากนําก๊าซปริมาณมากออกแล้ว แรงดันไฟฟ้าสูง (ระหว่าง 4,000 ถึง 7,000 โวลต์) จะถูกใช้ผ่านชุดประกอบองค์ประกอบ ซึ่งจะ "ดึง" อิเล็กตรอนเข้าไปในชุดประกอบแอโนด-หลอดทรงกระบอก อิเล็กตรอนถูกผูกเข้ากับเส้นทางเกลียวที่แคบโดยแม่เหล็กถาวร (ความแรงสนามเทสลา 0.12) ที่อยู่นอกห้องสุญญากาศ ดังนั้นจึงเกิดการคายประจุพลาสมา
จากนั้นไอออนที่สร้างขึ้นจะทําลายแผ่นแคโทดไทเทเนียม และสามารถเกิดการปั๊มโมเลกุล/ไอออนก๊าซผ่านการปลูกถ่าย (การดูดซับทางกายภาพ) การกระแทกทําให้เกิดการสปัตเตอร์ของอะตอมไทเทเนียมจากตาข่ายแคโทด ซึ่งส่งผลให้เกิดการสะสมบนพื้นผิวโดยรอบของฟิล์มสปัตเตอร์ ฟิล์มนี้จะทําให้เกิดการปั๊มผ่านการดูดจ่าย (กล่าวคือ การดูดซับสารเคมีของโมเลกุลก๊าซ)
ปั๊มแช่แข็ง: หลักการทํางาน
ปั๊มแบบเย็นทํางานโดยการควบแน่นหรือดูดซับก๊าซบนพื้นผิวที่เย็น โดยทั่วไปแล้ว อุณหภูมิต่ําที่ต้องการจะได้รับมาจากหัวเย็นแบบสองจังหวะ โดยที่จังหวะแรกมักจะมีอุณหภูมิระหว่าง 50 และ 80K ที่แผงแช่แข็ง และประมาณ 10K ที่จังหวะที่สอง
เกราะป้องกันรังสีความร้อนที่มีแผ่นกั้นเชื่อมต่ออย่างใกล้ชิดกับขั้นตอนแรกของหัวเย็น ซึ่งส่วนใหญ่จะมีการควบแน่นของ H20 และ CO2 ก๊าซที่เหลือจะเข้าสู่แผ่นกั้น ซึ่งก๊าซ เช่น N2, O2 หรือ Ar จะควบแน่นในขั้นตอนที่สอง H2, He และ Ne ไม่สามารถถูกปั๊มโดยแผงแช่เย็น แต่จะถูกดูดซับโดยถ่านกัมมันต์ที่เคลือบอยู่ด้านในของแผงแช่เย็นที่ติดกับขั้นตอนที่สอง ข้อได้เปรียบหลักของปั๊มแบบเย็นคือประสิทธิภาพการปั๊มสูง ซึ่งช่วยเร่งความเร็วในการปั๊มไอน้ํา
ปั๊มแบบแพร่กระจาย: หลักการทํางาน
ปั๊มแบบแพร่กระจายใช้การฉีดไอน้ําความเร็วสูงเพื่อนําโมเลกุลก๊าซจากคอปั๊มไปทางด้านล่างของปั๊มและออกจากไอเสีย ปั๊มแบบแพร่กระจายจะสร้างแรงดัน < 10-7 mbar ซึ่งทําให้เหมาะสําหรับการใช้งานทั้งในอุตสาหกรรมและการวิจัย
ปั๊มแบบแพร่กระจายทํางานกับน้ํามันที่มีแรงดันไอน้ําต่ํา โดยปกติจะเป็นน้ํามันซิลิโคนหรือโพลิเฟนิลอีเธอร์ หัวฉีดความเร็วสูงถูกสร้างขึ้นโดยการต้มน้ํามันนี้และนําไอระเหยผ่านหัวฉีด ซึ่งการไหลของก๊าซจะเปลี่ยนจากแบบลามิเนียร์เป็นแบบซุปเปอร์โซนิกและโมเลกุล โดยมักจะใช้หัวฉีดหลายตัวเป็นชุด ด้านนอกของปั๊มกระจายความร้อนจะระบายความร้อนโดยใช้การไหลของอากาศหรือปลอกน้ํา เมื่อไอระเหยกระทบกับห้องภายนอกที่เย็นลงของปั๊ม ไอระเหยจะควบแน่นและถูกนํากลับมาใช้ใหม่ก่อนส่งกลับไปยังหม้อต้ม
ปั๊มแบบแพร่กระจายไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวและมีความทนทานและเชื่อถือได้ อย่างไรก็ตาม ข้อเสียที่สําคัญของปั๊มแบบแพร่กระจายคือมีแนวโน้มที่น้ํามันจะไหลย้อนกลับเข้าสู่ห้องสุญญากาศ ซึ่งอาจทําให้เกิดตะกอนคาร์บอนหรือซิลิกา เนื่องจากการไหลย้อนกลับนี้ ปั๊มกระจายน้ํามันจึงไม่เหมาะสําหรับอุปกรณ์วิเคราะห์ที่มีความไวสูงหรือการใช้งานอื่นๆ ที่ต้องการสภาพแวดล้อมสุญญากาศที่สะอาดเป็นพิเศษ (แม้ว่าจะสามารถใช้แผ่นกั้นเพื่อลดผลกระทบนี้ได้)
การเลือกปั๊ม HV หรือ UHV ที่เหมาะสมสําหรับการใช้งานของคุณ
สุญญากาศระดับสูง สูงพิเศษ และสูงมาก: พื้นฐาน
ดาวน์โหลด eBook ของเราเพื่อทําความเข้าใจความท้าทายที่เกี่ยวข้องกับการบรรลุและการทํางานกับสุญญากาศระดับสูง สูงพิเศษ หรือสูงมาก และสิ่งที่ต้องพิจารณา
