Kaba ve Orta Vakumun Temelleri
Vakum dünyasında, spektrumun alt ucundakiler ile daha yüksek (yani yüksek vakum) seviyeleri işgal edenler arasında önemli farklar vardır. Tanımlar açısından: Atmosferik basınç ile 1 mbar arasındaki vakum "kaba" vakum olarak bilinirken, 1 ila 10 -3 mbar arasındaki basınçlar "orta" vakum olarak bilinir. Ardından vakum tanımları yüksekten ultra yükseke (UHV) ve son derece yüksek vakuma (XHV) ilerler ve 10 -3 ile <10 -12 mbar arasında değişir.
Zorlu ve Orta Vakum Koşullarında Çalışma
Zorlu ve orta vakum koşullarında çalışırken kabul edilmesi gereken temel bir gerçek vardır: Tek bir pompa tüm gereksinimlerinizi veya beklentilerinizi karşılamaz.
Bu nedenle mutlaka yerine getirilmesi gereken gerekliliklerin yanı sıra arzu edilen (ancak zorunlu olmayan) gerekliliklerin de listelenmesi zorunludur. Belirli bir vakum seviyesine ve iş hacmine ulaşılması gerektiğini varsaymak mantıklı olacaktır. Ardından gürültü ve titreşim hususları, bakım kolaylığı, sermaye ve devam eden maliyetler dahil olmak üzere bir dizi diğer kriter göz önünde bulundurulmalıdır, pompanın kendisinin boyutu (yani ayak izi), darbe direnci, partikül girişine tolerans ve yağ kontaminasyonunun bir sorun olup olmadığı.
Kaba ve Orta Vakum Üretimi
HV'den XHV'ye kıyasla, kaba ve orta vakum için kullanılan pompa türleri çalışma açısından oldukça basittir. Ancak bu, çalışmalarının ardında yatan gerekli hassas mühendisliği (veya bilimi) küçümsemek anlamına gelmez. Ayrıca, bu pompaların birçoğunun, daha yüksek seviyedeki vakum pompalarını "vakumla doldurmak" veya desteklemek için kullanılan ön (veya destek) pompalar olarak kullanıldığı unutulmamalıdır. Bu tür ön pompaların avantajı olmadan, bu yüksek vakum üniteleri en iyi ihtimalle yavaş ve yavaş çalışır ve en kötü ihtimalle hiç çalışmaz.
Diyaframlı Pompalar
Diyaframlı pompalar düşük vakum modunda çalışır. Tasarımları nedeniyle tek kademede yüksek sıkıştırma oranları elde edemezler. Bu nedenle genellikle iki, üç ve hatta dört kademeli diyaframlı pompalar bulunur. Bu tür yapılandırmalar, örneğin laboratuvar uygulamalarında ve turbomoleküler pompaları (TMP'ler) desteklemek için kompakt ve çevre dostu üniteler olarak kullanışlı hale getirir. Diyaframlı pompalar 103'ten düşük mbar aralığına kadar standart bir çalışma aralığı üretebilir.
Bu pompalarda, bir çubukla ileri ve geri hareket ettirilen bir diyafram (odanın bir tarafını oluşturur) kullanılır. Bu salınım hareketi gazı sıkıştırır ve valfleri etkinleştirir. Gaz bir giriş valfinden içeri hareket eder ve (diyafram geri hareket ettiğinde), giriş valfi kapatılır ve gaz çıkış valfinden dışarı atılmadan önce basınçlandırılır.
Diyafram ve valfler genellikle PTFE'den yapılmıştır, bu da onları aşındırıcılara karşı dirençli ve buhar hasarına karşı daha az hassas hale getirir. Diyaframlı pompalar tasarımları gereği "kuru" olduğundan hidrokarbonsuz vakum sağlarlar. Diyaframlı pompaların diğer avantajları; temizlemesi ve bakımının kolay olması, birçok gaz ve laboratuvar kimyasalının pompalanması için uygun olması ve yağ kullanmadıkları için işletim ve bakım maliyetlerinin düşük olmasıdır.
Spiral Pompalar
103 ila 10 -2 mbar basınç aralığına sahip scroll pompalar, gazları pompalamak veya sıkıştırmak için iki adet iç içe geçmiş Arşimet spiral şekilli scroll kullanır. Spirallerden biri sabitken, diğeri dönmeden oda içinde eksantrik olarak döner ve bu da scroll'lar arasındaki gaz ceplerini tutar ve sıkıştırır. Bu da hapsedilen gazı haznenin dış kısmından (yani girişten) iç kısmına (yani çıkıştan) taşır.
SCROLLVAC (Scroll pompalar)
- Paslanmaz çelik körükler
- Gaz balast valfi
- Sabit sargı
- Yörüngeli scroll
Scroll pompalar, temiz, kuru ve sessiz vakum gerektiren analitik cihazlar (örn. kütle spektrometrisi ve elektronik mikroskoplar) gibi çeşitli uygulamalarda kullanılır. Ayrıca, scroll pompalar sıklıkla TMP'ler için destek pompaları olarak kullanılır.
Scroll pompaların diğer vakum pompalarına kıyasla birçok avantajı vardır. Bunlardan en önemlisi, yağ gerektirmedikleri için işletme maliyetlerinin düşük olmasıdır (bu da onları çevre dostu hale getirir). Ayrıca bakım gereksinimleri de düşüktür. Ancak uç contalarının aşınması partikül emisyonuna yol açabilir.
Döner Kanatlı Pompalar
103 ila 10 -4 mbar aralığında döner paletli pompalar, en yaygın pozitif deplasmanlı vakum pompaları türüdür. Aşağıdaki şekilde çalışırlar: bir ofset rotor (muhafazalarının içine ve dışına kayan kanatlarla donatılmış) bir oda içinde döner. Dairesel bölmenin içini sızdırmaz hale getiren kanatçıklar, bir giriş portundan giren bir miktar gazı "kapar". Rotor dönerken, kanatçıklar ile haznenin iç yüzeyi arasında bulunan hacim azalır, böylece "yakalanan" gazın basıncı da çıkış portundan çıkana kadar artar.
Döner paletli pompalar mükemmel güvenilirlik, sağlamlık, kompakt tasarım ve düşük yatırım maliyeti sunarak analitik enstrümanların yanı sıra Ar-Ge ve endüstriyel uygulamalar da dahil olmak üzere çok sayıda endüstriyel ve kaplama uygulaması için idealdir.
Ayrıca çalışma basınç aralığı, bu pompaları her türlü orta ve yüksek vakum pompası için ideal destek pompaları haline getirir. Yağ sızdırmaz çalışma bazı uygulamalar için bir dezavantaj olsa da, yağın kullanılması daha yüksek sıkıştırma oranları, daha iyi bir dahili soğutma davranışı sağlar ve pompayı kir, toz ve yoğuşma ile uyumlu hale getirir. Elbette pompalara düzenli olarak bakım yapılması (yani yağ değişimi) daha yüksek sahip olma maliyeti anlamına gelir (benzer boyuttaki kuru pompalara kıyasla) ve yağsız vakum (hidrokarbonlar veya PFPE vb.) sağlamazlar.
Vidalı pompalar
103 ila 10 -2 mbar aralığındaki vidalı pompalar, "birbiri üzerinde" dönecek şekilde tasarlanmış iki adet ters dönen vidalı rotor kullanarak çalışır ve böylece gazı rotorlarının "vidaları" arasındaki hacimde tutar. Vidalar döndükçe, bu sıkışan hacim (çıkış portuna doğru giderken) azalır ve bu da gazı sadece sıkıştırmakla kalmaz, aynı zamanda çıkışa doğru hareket ettirir. Vidalı pompalar sıklıkla Roots pompaları için ön pompa olarak kullanılır.
Vidalı pompalar çok sayıda önemli özelliğe sahiptir: iki döner vida arasındaki mikro boşluğa rağmen temas eden parça yoktur ve yağlamaya gerek yoktur ve bu nedenle pompalanan ortamda kirlenme olmaz. Ayrıca rotor aşınması ortadan kalkar, partiküllere karşı yüksek toleransa sahiptir, yüksek pompalama hızları kullanır ve dahili sıkıştırma nedeniyle son derece verimlidir. Ancak hafif gazların pompalanması için daha az uygundurlar ve düşük pompalama hızlarına düşürülemezler. İşletim maliyetleri ve bakım gereksinimleri de nispeten düşüktür. Vidalı pompalar endüstriyel fırınlar, metalürjik sistemler, ambalajlama ve kaplama gibi çok çeşitli uygulamalar için uygundur.
Roots takviye pompaları
10 ila 10 -4 mbar basınç aralığına sahip Roots pompalar, en yüksek basıncı ve pompalama hızlarını iyileştirmek için yaygın olarak 'yükseltici' pompalar olarak kullanılır. Roots pompaları, bir hazne içinde dönen iki karşıt dönen bağlantı ünitesi kullanır. Gaz giriş flanşından girer ve iki hızlı dönen ünite ile hazne duvarı arasında "sıkışır" ve daha sonra çıkış portundan dışarı atılır.
Roots basınç yükseltici pompaların avantajları çok sessiz ve kompakt olmaları, uzun bir kullanım ömrüne sahip olmaları, temas parçalarına sahip olmamaları ve temiz pompalama sağlamalarıdır (yani vakum sistemini kirletecek partikül veya yağ yoktur).
HV, UHV veya XHV pompa ile birlikte çalışan çoklu Roots ön pompa, gelişmiş pompalama hızları ve en yüksek basınçları nedeniyle daha büyük boyutlu ayrı bir ön pompaya kıyasla yüksek vakum elde etmek için genellikle daha ekonomik bir seçenektir.
Roots pompaları sıklıkla endüstriyel uygulamalarda kullanılır (yani lazer endüstrisi, fırınlar, metalürji vb.) yüksek pompalama hızları, uzay, Ar-Ge ve yarı iletken ve güneş paneli üretimi nedeniyle.
Kaba ve orta vakum ölçümü
Kaba ve orta vakum genellikle, ilgili gazların bileşiminden bağımsız olarak basıncı ölçen "doğrudan göstergeler" ile ölçülür.
Doğrudan göstergeler iki kategoriye ayrılır: diyafram, Bourdon tüpü, piezo direnç veya elektriksel kapasitans gibi bir tür mekanik deformasyona dayananlar ve "hidrostatik" göstergeler olarak bilinen sıvı sütun yüksekliğini kullananlar.
Mekanik göstergeler, basıncına bağlı olarak şekillerini değiştiren metalik dahili çalışmalar kullanır ve bu sapma bir iğne göstergesine bağlıdır. Bunların bir varyasyonu, diyaframın (kondansatörün bir parçasını oluşturan) basınç değişikliği ile birlikte esnediği ve bu sayede (ölçülebilir) bir kapasite değişikliğine yol açtığı kapasitans manometresidir.
Basınç ölçümüyle ilişkili zorluklar açısından, gazların fiziksel özelliklerinin basınçla birlikte değiştiği unutulmamalıdır. Örneğin, gazların termal iletkenliği ve iç sürtünmesi, kullanımları aşağıdakiler dahil olmak üzere çok çeşitli faktörlere bağlı olacak şekildedir: basınç aralığı; hangi gazların dahil olduğu (herhangi bir düzeltme faktörünü, ortam uyumluluğunu ve kimyasal reaksiyon potansiyelini belirleyecek), gerekli doğruluk; çalışma koşulları (kirli ve temiz, titreşimler, sıcaklık, şok - muhtemelen basınç tahliyesi - radyasyon ve manyetik alanlar nedeniyle); göstergenin kurulum konumu; ve basıncın nasıl okunacağı (ve kaydedileceği).
Kaba ve Orta Vakumda Sızıntı Algılama
Sızıntıların tespit edilmesi ve bunların ortadan kaldırılması, yönetilmesi ve/veya hesap verilebilirliği, basınçlı sistemlerde olduğu kadar vakumda da önemlidir. Gaz sıkıştırılabilir olduğundan, basınç (veya vakum) mbar.litre/saniye olarak belirtilen kaçağın miktarını etkiler. Kaçak oranı, birim zaman başına belirli bir basınç farkında kaçaktan "çıkış" yapan gaz miktarıdır.
Kaçakları ölçmenin, her biri geçerli olan en düşük tespit edilebilir kaçak oranına bağlı olan çeşitli genelleştirilmiş yolları vardır: kabarcık testi; diferansiyel basınç ölçümü; basınç düşüşü; basınç artışı testleri; helyum kesici modu ve helyum vakum modu. Bu ikinci iki test yöntemi "iz gaz tespiti" yöntemi olarak da adlandırılır. Tüm yöntemler kaba ve orta vakumda kullanılabilir.
Kabarcık testi sistemin basınçlandırılmasını, olası bir sızıntı noktasının sabunla kaplanmasını ve köpürüp köpürmediğini görmeyi içerirken, diferansiyel basınç ölçümü belirli bir süre boyunca basınç kaybının ölçülmesini içerir.
Ancak en ilginç sızıntı testleri helyum "sniffer" ve helyum "vakum" testini içerir.
Basitçe ifade etmek gerekirse, helyum "sniffer" testi, helyum tanımlaması ve ölçümü için "sniffer" gazı bir kütle spektrometresinden geçirilerek gözlemlenen ünitenin etrafından geçirilen bir sniffer probunu içerir.
Sniffer testinin avantajı, kaçakların gerçekte nerede meydana geldiğini göstermesidir. Ancak ortam/atmosferik havadaki 5 ppm'lik helyum konsantrasyonları, arka plan sinyali ile çok düşük sızıntı oranı arasında ayrım yapmanın zor olduğu anlamına gelir.
Helyum "vakum" testi genellikle HV ve UHV uygulamalarına maruz kalan ünitelerde kullanılır. Basitçe söylemek gerekirse, ünite bir kabın içine yerleştirilir ve helyum ile basınçlandırılır. Kaptaki gaz daha sonra bir kütle spektrometresi testine tabi tutulur ve tespit edilen herhangi bir helyum sızıntıya işaret eder. En büyük dezavantajı, ancak tek dezavantajı değil, ünitenin uygun boyutta bir kabın içine yerleştirilmesi gerekmesidir. Alternatif olarak, tank sızıntı dedektörü tarafından tahliye edilir ve helyum harici olarak 'kesmek' için kullanılır.
İlgili yazılar
