Buhar jeti vakum pompaları nasıl çalışır?

.......... üzerinden paylaş:

Akışkan tahrik pompalarına giriş

Su jeti pompaları (17 mbar < p < 10¹³ mbar), buhar jeti vakum pompaları (10 ^-3 mbar < p < 10 ^-1mbar) ve difüzyon pompaları (p < 10 ^-3 mbar) gibi ejektör pompaları arasında ayrım yapılır. Ejektör vakum pompaları esas olarak orta vakum üretimi için kullanılır. Difüzyon pompaları yüksek ve ultra yüksek vakum üretir. Her iki tip de buhar veya sıvı formda (su jeti ve su buharı, yağ veya cıva buharı) hızlı hareket eden bir pompa sıvısı akışı ile çalışır. Tüm akışkan tahrik pompalarının pompalama mekanizması temelde aynıdır. Pompalanan gaz molekülleri kaptan çıkarılır ve bir nozülden geçtikten sonra genişleyen pompa akışkanı akışına girer. Pompa sıvısı akışının molekülleri, darbe darbeleri yoluyla akış yönündeki gaz moleküllerine aktarılır. Böylece pompalanacak gaz daha yüksek basınçlı bir alana taşınır.

Sıvı tahrikli pompalarda, çalışma sırasında pompa sıvısının türüne, sıcaklığa ve nozulun tasarımına bağlı olarak ilgili buhar basınçları oluşur. Yağ difüzyon pompalarında bu, kaynama odasında 1 mbar'a kadar çıkabilir. Pompadaki destek basıncı, buharın dışarı akmasına izin verecek kadar düşük olmalıdır. Bunu sağlamak için bu tür pompalar, çoğunlukla mekanik tipte, karşılık gelen destek pompaları gerektirir. Nozülden dışarı atıldıktan sonra pompanın soğutulmuş dış duvarlarında yoğuştuğu için buhar jeti hazneye giremez.

Sıvı tahrik pompalarının çalışma prensibi

Wolfgang Gaede, nispeten düşük basınçtaki gazların esasen daha yüksek basınçlı bir pompa akışı yardımıyla pompalanabileceğini ve dolayısıyla gaz moleküllerinin düşük toplam basınç bölgesinden yüksek toplam basınç bölgesinden geçtiğini ilk kez fark etti. Görünüşe göre bu paradoksal durum, buhar akışının başlangıçta tamamen gazsız olmasından dolayı ortaya çıkar, böylece daha yüksek kısmi gaz basıncına sahip bir bölgeden (hazne) gelen gazlar daha düşük kısmi gaz basıncına sahip bir bölgeye (buhar akışı) yayılabilir. Bu temel Gaede konsepti, Langmuir (1915) tarafından ilk modern difüzyon pompasının yapımında kullanıldı. İlk difüzyon pompaları camdan, daha sonra metalden yapılmış cıva difüzyon pompalarıydı. Altmışlı yıllarda madde olarak cıvanın yerini neredeyse tamamen yağ aldı. Mümkün olduğunca yüksek bir buhar akışı hızı elde etmek için buhar akışının bir nozülden ultrasonik hızla yayılmasına izin verdi. Buhar jetini oluşturan pompa sıvısı buharı, pompa muhafazasının soğutulmuş duvarında yoğunlaşırken, taşınan gaz genellikle bir veya daha fazla kademede, destek pompası tarafından uzaklaştırılmadan önce daha fazla sıkıştırılır. Sıvı çekme pompalarıyla elde edilebilecek sıkıştırma oranları çok yüksektir: Sıvı çekme pompasının giriş portunda 10 ^-9 mbar'lık bir basınç ve 10 ^-2 mbar'lık bir destek basıncı varsa, pompalanan gaz 10 kat⁷ sıkıştırılır!

Sıvı tahrik pompalarının türleri

Sıvı tahrik pompalarının en yüksek basıncı, pompanın çalışma sıcaklığında kullanılan sıvının kısmi basıncı için olan değerle sınırlandırılır. Pratikte, bunu bölmeler veya soğuk kapanlar kullanarak iyileştirmeye çalışırsınız. Bunlar, akışkan tahrik pompası ile vakum odası arasındaki "kondenserler"dir, böylece vakum odasında elde edilebilecek en yüksek basınç artık sadece bölmenin sıcaklığındaki akışkanın kısmi basıncı ile sınırlandırılır.
Çeşitli sıvı taşıma pompaları tipleri, temel olarak pompanın yüksek vakum tarafına bakan üst nozulun çıkışındaki pompa sıvısının yoğunluğuyla ayırt edilir:

Düşük buhar yoğunluğu: Yağ difüzyon pompaları ve cıva difüzyon pompaları dahil difüzyon pompaları
Yüksek buhar yoğunluğu: Su buharı pompaları, yağ buharı jeti pompaları ve cıva buharı jeti pompaları dahil buhar jeti pompaları
Kombine yağ difüzyon/buhar jeti pompaları
Su jeti pompaları

Yağ buharı çıkarıcı pompaların çalışma prensibi

Buhar çıkarıcı kademesinin pompalama eylemi Şekil 2,46. Pompa sıvısı yüksek basınç p₁ altında Laval nozulu olarak tasarlanmış nozala (1) girer. Orada giriş basıncı p 2 'ye kadar genleşir. Bu genleşmede ani enerji değişimine hız artışı eşlik eder. Sonuç olarak hızlandırılan pompa sıvısı buhar jeti, tahliye edilen tanka (4) bağlı olan karıştırıcı bölgesi (3) içinden akar. Burada hazneden çıkan gaz molekülleri buhar püskürtme ile birlikte sürüklenir. Pompa sıvısı buharı-gaz karışımı, şimdi bir Venturi nozulu (2) olarak yapılandırılmış difüzör nozuluna girer. Burada buhar ve gaz karışımı, eş zamanlı hız düşüşüyle p₃ destek basıncına sıkıştırılır. Pompa sıvısı buharı daha sonra pompa duvarlarında yoğunlaşırken, taşınan gaz destek pompası tarafından giderilir.

Şekil 2,46 Buhar jeti pompasının çalışması.

Nozul (Laval)
Difüzör memesi (Venturi)
Karıştırma odası
Vakum haznesine bağlantı

Yağ buharı ejektör pompaları, 1 ile 10 ^-3 mbar arasındaki basınç aralığında daha büyük miktarlarda gaz veya buharın pompalanması için idealdir. Nozüllerdeki buhar akışının daha yüksek yoğunluğu, buhar akışında pompalanan gazın difüzyon pompalarına göre çok daha yavaş difüzyonunu sağlar, böylece buhar akışının sadece dış katmanları gazla nüfuz eder. Ayrıca, memelerin özel yapısı nedeniyle difüzyonun gerçekleştiği yüzey çok daha küçüktür. Buhar çıkarıcı pompaların spesifik pompalama hızı bu nedenle difüzyon pompalarınınkinden daha düşüktür. Jetin yakınında pompalanan gaz esasen daha yüksek giriş basıncı altında akış hatlarının seyrini belirleyici şekilde etkilediğinden, optimum koşullar sadece belirli giriş basınçlarında elde edilir. Bu nedenle, pompalama hızı düşük giriş basınçlarına doğru sabit kalmaz. Yüksek buhar akış hızının ve yoğunluğunun bir sonucu olarak, yağ buharı çıkarıcı pompalar gazları göreceli olarak yüksek bir destek basıncına karşı taşıyabilir. Kritik destek basıncı birkaç milibardır. Günümüz vakum teknolojisinde kullanılan yağ buharı ejektör pompaları, genellikle bir veya daha fazla difüzyon kademesine ve birkaç sonraki ejektör kademesine sahiptir. Boosterın nozul sistemi, kademeli olarak iki difüzyon kademesinden ve iki ejektör kademesinden oluşur (bkz. Şekil 2,47). Difüzyon kademeleri 10 ^-4 ile 10 ^-3 mbar arasında yüksek pompalama hızı sağlar (bkz. Şekil 2,48), ejektör kademeleri, yüksek basınçlarda yüksek gaz verimi (bkz. Şekil 2,49) ve yüksek kritik destek basıncı. Pompa sıvısında çözünen toza ve buharlara karşı duyarsızlık, geniş bir kazan ve büyük bir pompa sıvısı haznesi ile elde edilir. Pompalama özelliklerinde bozulma olmadan kazanda büyük miktarda kirletici madde bulunabilir.

Şekil 2,47 Yağ jeti (yükseltici) pompasının şeması.

Şekil 2,48 Çeşitli buhar pompalarının 1000 l/sn nominal pompalama hızına göre giriş basıncının bir fonksiyonu olarak pompalama hızı. Yağ buharı çıkarıcı pompaların (A) ve difüzyon pompalarının (B) çalışma aralığının sonu

Şekil 2,49 Çeşitli buhar pompalarının hızı (Şekil 2,48)

Su jeti pompaları ve buhar püskürtücüler

Sıvı taşıma pompaları sınıfına sadece pompalama sıvısı olarak hızlı akışlı buhar kullanan pompalar değil, aynı zamanda sıvı jeti pompaları da dahildir. En basit ve en ucuz vakum pompaları su jeti pompalarıdır. Buhar pompasında olduğu gibi (bkz. Şekil 2,46 veya 2,51), sıvı akışı önce bir nozuldan serbest bırakılır ve daha sonra türbülans nedeniyle karıştırma odasındaki pompalanan gazla karışır. Son olarak bir venturi tüpünde su ve gaz karışımının hareketi yavaşlatılır. Su jeti pompasıyla pompalanan bir kaptaki nihai toplam basınç, suyun buhar basıncıyla belirlenir ve örneğin 59°F (15°C) su sıcaklığında yaklaşık 17 mbar'dır.

Şekil 2,46 Buhar jeti pompasının çalışması.

Nozul (Laval)
Difüzör memesi (Venturi)
Karıştırma odası
Vakum haznesine bağlantı

Şekil 2,51 Buhar çıkarıcı pompasının çalışmasının şematik gösterimi.

Buhar girişi
Püskürtme memesi
Dağıtıcı
Karıştırma bölgesi
Vakum haznesine bağlantı

Buhar ejektör pompaları temelde daha yüksek pompalama hızları ve daha düşük en yüksek basınçlar üretir. Tek kademeden geçen kesit Şekil 2,51. İşaretler Şekil 'de gösterilenlere karşılık gelir. 2,46. Uygulamada, birçok pompalama kademesi genellikle kademeli olarak monte edilir. Laboratuvar çalışmaları için iki kademeli pompa kombinasyonları uygundur ve her ikisi de camdan yapılmış bir buhar çıkarıcı kademe ve bir su jeti (destek) kademesinden oluşur. Su jeti destek kademesi, diğer destek pompaları olmadan çalışmayı mümkün kılar. Aşırı basınçta bir buhar akışı yardımıyla vakum haznesi yaklaşık 3 mbar'lık bir en yüksek basınca kadar tahliye edilebilir. Buhardaki kondensat, tahliye bağlantısından tahliye edilir. Bu pompanın su jeti aşaması, verimliliğini artırmak için suyla soğutulur. Buhar ejektörlü pompalar, özellikle çok agresif buharlar pompalanacaksa laboratuvarlardaki çalışmalar için uygundur. Birkaç milibar basınçta çalışan buhar jeter pompaları, özellikle basit bir su jeti pompasından gelen basıncın yetersiz olduğu laboratuvar distilasyon aparatı ve benzer tesisleri pompalamak için önerilir. Bu durumda döner pompaların kullanımı ekonomik olmaz.

Su jeti pompalarının sınırlamaları

Düşük yatırım maliyetlerine rağmen, su jeti pompaları ve buhar püskürtücüler, pompalama sıvısı olarak suyun kullanılmasının çevresel sorunları nedeniyle laboratuvarlarda gittikçe daha fazla diyaframlı pompalarla değiştirilmektedir. Suya giren çözücü madde sadece karmaşık temizleme yöntemleri (distilasyon) ile tekrar temizlenebilir.

Blog & Wiki Pump Types Vacuum Generation Vacuum Fundamentals

Vakum Teknolojisinin Temelleri 

Vakum pompası temellerini ve proseslerini keşfetmek için "Vakum Teknolojisinin Temelleri" adlı e-Kitabımızı indirin. 

e-Kitabı görüntüle

Referanslar

Vakum sembolleri
Terimler Sözlüğü
Referanslar ve kaynaklar

Vakum sembolleri

Pompa tiplerinin ve pompalama sistemlerindeki parçaların görsel bir temsili olarak vakum teknolojisi şemalarında yaygın olarak kullanılan sembollerin sözlüğü

Ayrıntıları göster

Terimler Sözlüğü

Vakum teknolojisinde kullanılan ölçüm birimlerine ve sembollerin ne anlama geldiğine ve tarihi birimlerin modern eşdeğerlerine genel bir bakış

Ayrıntıları göster

Referanslar ve kaynaklar

Vakum teknolojisinin temel bilgileriyle ilgili referanslar, kaynaklar ve daha fazla okuma

Ayrıntıları göster

Vakum sembolleri

Pompa tiplerinin ve pompalama sistemlerindeki parçaların görsel bir temsili olarak vakum teknolojisi şemalarında yaygın olarak kullanılan sembollerin sözlüğü

Ayrıntıları göster