วิธีเลือกขนาดปั๊ม - การดูดระบบสุญญากาศ

แชร์ผ่าน

โดยพื้นฐานแล้ว มีคําถามอิสระสองข้อเกี่ยวกับขนาดของระบบสุญญากาศ:

การจัดเรียงปั๊มต้องรักษาความเร็วในการปั๊มที่มีประสิทธิภาพเท่าใดเพื่อลดความดันในภาชนะที่กําหนดในช่วงเวลาที่กําหนดจนถึงค่าที่ต้องการ?
อัตราการปั๊มที่มีประสิทธิภาพต้องสูงเพียงใดในระหว่างกระบวนการสุญญากาศ เพื่อให้สามารถปั๊มก๊าซและไอระเหยที่ปล่อยออกมาในภาชนะได้อย่างรวดเร็ว ในขณะที่แรงดันที่กําหนด (แรงดันในการทํางาน) ในภาชนะนั้นยังคงอยู่และไม่เกิน

ในระหว่างขั้นตอนการปั๊มออกจากกระบวนการบางอย่าง (เช่น การทําให้แห้งและการให้ความร้อน) ไอระเหยจะเกิดขึ้นซึ่งไม่เคยมีอยู่ในห้องสุญญากาศมาก่อน ดังนั้นคําถามข้อที่สามจึงเกิดขึ้น:
การจัดเรียงปั๊มต้องมีความเร็วในการปั๊มที่มีประสิทธิภาพเท่าใดเพื่อให้กระบวนการเสร็จสิ้นภายในเวลาที่กําหนด

ความเร็วในการปั๊มที่มีประสิทธิภาพของการจัดเรียงปั๊มจะเข้าใจได้ว่าเป็นความเร็วในการปั๊มที่แท้จริงของการจัดเรียงปั๊มทั้งหมดที่มีอยู่ที่ภาชนะ จากนั้นความเร็วในการปั๊มที่กําหนดของปั๊มสามารถกําหนดได้จากความเร็วในการปั๊มที่มีประสิทธิภาพหากความต้านทานการไหล (การนําไฟฟ้า) ของแผ่นกั้น ตัวดักความเย็น ตัวกรอง วาล์ว, และรู้จักท่อที่ติดตั้งระหว่างปั๊มและภาชนะ (ดูหน้า เกี่ยวกับการนําไฟฟ้า) ในการกําหนดความเร็วในการปั๊มที่กําหนดที่จําเป็น ยังถือว่าระบบสุญญากาศมีการรั่ว ดังนั้นอัตราการรั่วไหลจะต้องเล็กมากจนก๊าซที่ไหลเข้ามาจากภายนอกจะถูกกําจัดออกทันทีโดยการจัดเรียงปั๊มที่เชื่อมต่อ และแรงดันในภาชนะจะไม่เปลี่ยนแปลง (สําหรับรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดดู การตรวจจับการรั่วไหล ) คําถามที่ระบุไว้ข้างต้นภายใต้ 1., 2. และ 3. เป็นลักษณะเฉพาะสําหรับเทคนิคสุญญากาศที่สําคัญที่สุดสามอย่าง

การไล่อากาศออกจากภาชนะเพื่อให้ได้แรงดันที่กําหนด
การปั๊มก๊าซและไอระเหยในปริมาณที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องที่แรงดันที่กําหนด
การปั๊มก๊าซและไอระเหยที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการโดยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและแรงดัน

การไล่อากาศออกจากห้องสุญญากาศในเบื้องต้นได้รับอิทธิพลจากปริมาณก๊าซที่พัฒนาอย่างต่อเนื่องในพื้นที่สุญญากาศปานกลาง สูง และสูงพิเศษ เนื่องจากในพื้นที่เหล่านี้การไล่ก๊าซและไอระเหยออกจากผนังภาชนะมีความสําคัญมากจนเพียงอย่างเดียวจะกําหนดขนาดและรูปแบบของระบบสุญญากาศ

การไล่อากาศออกจากห้องสุญญากาศ (โดยไม่มีแหล่งก๊าซหรือไอน้ําเพิ่มเติม)

เนื่องจากปัจจัยที่อธิบายไว้ข้างต้น การประเมินเวลาการปั๊มลมต้องแตกต่างกันโดยพื้นฐานสําหรับการปั๊มลมภาชนะบรรจุในพื้นที่สุญญากาศหยาบจากการปั๊มลมในพื้นที่สุญญากาศปานกลางและสูง

การไล่อากาศออกจากห้องอบในพื้นที่สุญญากาศแบบหยาบ

ในกรณีนี้ ความเร็วในการปั๊มที่มีประสิทธิภาพที่ต้องการ S _eff ของชุดปั๊มสุญญากาศจะขึ้นอยู่กับความดันที่ต้องการ p ปริมาตร V ของภาชนะ และเวลาการปั๊ม t เท่านั้น

ด้วยความเร็วในการปั๊มคงที่ S _eff และสมมติฐานว่าแรงดันสูงสุด p ปลายที่สามารถบรรลุได้ด้วยการจัดเรียงปั๊มคือในลักษณะที่ p _ปลาย << p การลดลงตามเวลาของแรงดัน p(t) ในห้องจะได้รับจากสมการ:

(2.32)

เริ่มต้นที่ 1013 mbar ที่เวลา t = 0 ความเร็วปั๊มที่มีประสิทธิภาพจะถูกคํานวณโดยขึ้นอยู่กับเวลาปั๊มลง t จากสมการ (2.32) ดังนี้:

(2.33a)

(2.33b)

(2.34)

ขอแนะนําปัจจัยไร้มิติ

(2.34a)

ในสมการ (2.34) ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วการปั๊มที่มีประสิทธิภาพ Seff และเวลาการปั๊มลง t ถูกให้โดย

(2.35)

โดยทั่วไปแล้ว อัตราส่วน V/Seff จะถูกกําหนดเป็นค่าคงที่เวลา τ ดังนั้นเวลาปั๊มลมของห้องสุญญากาศจากแรงดันบรรยากาศเป็นแรงดัน p จะได้มาจาก:

(2.36)

ความสัมพันธ์ของปัจจัยกับแรงดันที่ต้องการแสดงไว้ในรูปที่ 2.75. ควรสังเกตว่าความเร็วในการปั๊มของปั๊มกังหันโรตารี่และปั๊มลูกสูบโรตารี่จังหวะเดียวจะลดลงต่ํากว่า 10 mbar พร้อมกับบัลลาสต์ก๊าซ และต่ํากว่า 1 mbar ไม่มีบัลลาสต์ก๊าซ พฤติกรรมพื้นฐานนี้แตกต่างกันสําหรับปั๊มที่มีขนาดและประเภทต่างกัน แต่ไม่ควรละเลยในการกําหนดความขึ้นอยู่กับขนาดของปั๊มของเวลาการปั๊มลง ต้องชี้ให้เห็นว่าสมการ (2.32 ถึง 2.36) รวมถึงรูปที่ 2.75 ใช้เฉพาะเมื่อความดันขั้นสุดท้ายที่ได้จากปั๊มที่ใช้ต่ํากว่าความดันที่ต้องการหลายระดับเท่านั้น

ภาพที่ 2.75 การพึ่งพาปัจจัยไร้มิติ s สําหรับการคํานวณเวลาการปั๊ม t ตามสมการ 2.36 เส้นประใช้กับปั๊มจังหวะเดียวที่ความเร็วในการปั๊มลดลงต่ํากว่า 10 mbar

ตัวอย่าง: ห้องสุญญากาศที่มีปริมาตร 500 ลิตรจะต้องปั๊มลงจนถึง 1 mbar ภายใน 10 นาที ต้องใช้ความเร็วในการปั๊มที่มีประสิทธิภาพเท่าใด
500 ลิตร = 0.5 ม.3; 10 นาที = 1/6 ชม.
ตามสมการ (2.34) ดังนั้น:

สําหรับตัวอย่างที่ให้ไว้ข้างต้น จะอ่านค่า 7 จากเส้นตรงในรูปที่ 2.75 อย่างไรก็ตาม ค่า 8 จะถูกอ่านจากเส้นประ ตามสมการ (2.35) จะได้รับสิ่งต่อไปนี้:

โดยคํานึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่าความเร็วในการปั๊มลดลงต่ํากว่า 10 mbar ดังนั้น ความเร็วในการปั๊มที่มีประสิทธิภาพที่ต้องการจึงอยู่ที่ประมาณ 24 m³ /h

การระบายห้องอบในพื้นที่สุญญากาศสูง

การให้สูตรทั่วไปสําหรับการใช้งานในภูมิภาคสุญญากาศสูงนั้นยากกว่ามาก เนื่องจากเวลาในการปั๊มเพื่อให้ได้แรงดันสุญญากาศสูงขึ้นอยู่กับการพัฒนาก๊าซจากพื้นผิวด้านในของห้อง สภาพและการปรับสภาพพื้นผิวเหล่านี้จึงมีความสําคัญอย่างยิ่งในเทคโนโลยีสุญญากาศ ไม่ว่าในสถานการณ์ใดๆ วัสดุที่ใช้ต้องไม่มีบริเวณที่มีรูพรุนหรือ - โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนของการอบ - มีช่องว่าง พื้นผิวด้านในต้องเรียบที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (พื้นผิวที่แท้จริง = พื้นผิวเรขาคณิต) และต้องทําความสะอาด (และกําจัดจาระบี) ให้หมดจด การพัฒนาก๊าซจะแตกต่างกันอย่างมากตามการเลือกวัสดุและสภาพพื้นผิว ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ถูกรวบรวมไว้ในตาราง X

ตาราง X อัตราการไล่ก๊าซของวัสดุในหน่วย mbar · l · s-1 · cm-2

การพัฒนาก๊าซสามารถกําหนดได้จากการทดลองในแต่ละกรณีด้วยวิธีการเพิ่มแรงดันเท่านั้น: ระบบจะถูกระบายออกให้หมดจดที่สุดเท่าที่จะทําได้ และสุดท้ายปั๊มและห้องจะถูกแยกออกจากกันด้วยวาล์ว ตอนนี้จะวัดเวลาที่แรงดันภายในห้องอบ (ปริมาตร V) จะเพิ่มขึ้นตามปริมาณที่กําหนด เช่น กําลัง 10 ปริมาณก๊าซ Q ที่เกิดขึ้นต่อหน่วยเวลาจะคํานวณจาก:

(2.37)

(Δp = การเพิ่มแรงดันที่วัดได้)

ปริมาณก๊าซ Q ประกอบด้วยผลรวมของการพัฒนาก๊าซทั้งหมดและการรั่วไหลทั้งหมดที่อาจเกิดขึ้น สามารถระบุได้ว่าเกิดจากการปล่อยก๊าซหรือการรั่วไหลด้วยวิธีการต่อไปนี้:

ปริมาณก๊าซที่เกิดจากการพัฒนาก๊าซจะต้องลดลงเมื่อเวลาผ่านไป ปริมาณก๊าซที่เข้าสู่ระบบจากการรั่วไหลจะคงที่เมื่อเวลาผ่านไป จากการทดลองแล้ว การแยกความแตกต่างนี้ไม่ใช่เรื่องง่ายเสมอไป เนื่องจากมักใช้เวลานานมาก - ด้วยการพัฒนาก๊าซบริสุทธิ์ - ก่อนที่กราฟแรงดัน-เวลาที่วัดได้จะเข้าใกล้ค่าสุดท้ายที่คงที่ (หรือเกือบคงที่) ดังนั้นจุดเริ่มต้นของกราฟนี้จึงเป็นเส้นตรงเป็นเวลานานและจึงจําลองการรั่วไหล (ดู การตรวจจับการรั่วไหล)

หากทราบถึงการพัฒนาก๊าซ Q และปลายแรงดัน p _{ที่จําเป็น} จะสามารถกําหนดความเร็วในการปั๊มที่มีประสิทธิภาพที่จําเป็นได้อย่างง่ายดาย:

(2.38)

ตัวอย่าง: ห้องสุญญากาศขนาด 500 ลิตรอาจมีพื้นที่ผิวทั้งหมด (รวมถึงระบบทั้งหมด) ประมาณ 5 ม.2 สมมติฐานการพัฒนาก๊าซที่คงที่คือ 2 · 10 ^-4 mbar · l/s ต่อ m²ของพื้นที่ผิว นี่คือระดับที่คาดว่าจะเกิดขึ้นเมื่อวาล์วหรือท่อส่งแบบโรตารี่ เช่น เชื่อมต่อกับห้องสุญญากาศ เพื่อรักษาความดันในระบบไว้ที่ 1 · 10 ^-5 mbar ปั๊มต้องมีความเร็วในการปั๊มที่

จําเป็นต้องใช้ความเร็วในการปั๊มเพียง 100 ลิตร/วินาทีเพื่อปั๊มก๊าซออกอย่างต่อเนื่องในปริมาณที่ไหลเข้ามาผ่านรอยรั่วหรือระบายออกจากผนังห้องอบ ในที่นี้ กระบวนการระบายอากาศจะคล้ายคลึงกับตัวอย่างที่แสดงในหัวข้อสุญญากาศแบบหยาบข้างต้น อย่างไรก็ตาม ในกรณีของปั๊มแพร่กระจาย กระบวนการปั๊มจะไม่เริ่มต้นที่ความดันบรรยากาศ แต่จะเริ่มต้นที่ความดันสุญญากาศปลาย pV แทน จากนั้นสมการ (2.34) จะแปลงเป็น:

ที่ความดันป้อนกลับ p_V = 2 · 10 ^-3 mbar "การบีบอัด" K ในตัวอย่างของเราคือ:

เพื่อให้ได้แรงดันสูงสุดที่ 1 · 10 ^-5 mbar ภายใน 5 นาทีหลังจากเริ่มปั๊มด้วยปั๊มแพร่กระจาย ความเร็วในการปั๊มที่มีประสิทธิภาพคือ

จําเป็นต้องมี ซึ่งน้อยกว่ามากเมื่อเทียบกับความเร็วในการปั๊มที่มีประสิทธิภาพที่จําเป็นในการรักษาแรงดันสูงสุด เวลาในการปั๊มและสุญญากาศขั้นสุดในช่วงสุญญากาศสูงและสุญญากาศสูงพิเศษส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับอัตราการพัฒนาก๊าซและอัตราการรั่วไหล

การระบายห้องอบในพื้นที่สุญญากาศปานกลาง

ในภูมิภาคสุญญากาศแบบหยาบ ปริมาตรของภาชนะจะเป็นตัวกําหนดเวลาที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการปั๊ม อย่างไรก็ตาม ในภูมิภาคสุญญากาศสูงและสุญญากาศสูงพิเศษ การพัฒนาก๊าซจากผนังมีบทบาทสําคัญ ในพื้นที่สุญญากาศปานกลาง กระบวนการปั๊มจะได้รับอิทธิพลจากปริมาณทั้งสองอย่าง นอกจากนี้ ในภูมิภาคสุญญากาศปานกลาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับปั๊มโรตารี่ ความดันขั้นสุดท้ายที่คาดว่าจะบรรลุได้จะไม่เหลือน้อยอีกต่อไป หากทราบว่าปริมาณก๊าซที่เข้าสู่ห้องอบอยู่ที่อัตรา Q (เป็นมิลลิบาร์ ลิตรต่อวินาที) จากการพัฒนาก๊าซจากผนังและการรั่วไหล สมการส่วนต่าง (2.32) สําหรับกระบวนการปั๊มจะกลายเป็น

(2.39)

การรวมสมการนี้นําไปสู่

(2.40)

ตําแหน่งที่ตั้ง
p₀ คือแรงดันที่จุดเริ่มต้นของกระบวนการปั๊ม
p คือแรงดันที่ต้องการ

ตรงกันข้ามกับสมการ 2.33b สมการนี้ไม่อนุญาตให้มีโซลูชันที่แน่นอนสําหรับ Seff ดังนั้น จึงไม่สามารถกําหนดความเร็วการปั๊มที่มีประสิทธิภาพสําหรับการพัฒนาก๊าซที่ทราบได้จากกราฟเวลา-แรงดันโดยไม่มีข้อมูลเพิ่มเติม

ในทางปฏิบัติ ดังนั้น วิธีการต่อไปนี้จะกําหนดปั๊มที่มีความเร็วในการปั๊มสูงพอ:
ก) ความเร็วในการปั๊มคํานวณจากสมการ 2.34 อันเป็นผลมาจากปริมาตรของห้องที่ไม่มีการพัฒนาก๊าซและเวลาการปั๊มที่ต้องการ
ข) หาอัตราส่วนของอัตราการปล่อยก๊าซและความเร็วในการปั๊มนี้ อัตราส่วนนี้ต้องน้อยกว่าแรงดันที่ต้องการ เพื่อความปลอดภัย จะต้องต่ํากว่าประมาณสิบเท่า หากไม่เป็นไปตามเงื่อนไขนี้ จะต้องเลือกปั๊มที่มีความเร็วในการปั๊มสูงขึ้น

Blog & Wiki Choosing a pump Vacuum Generation Vacuum Fundamentals