Kiến thức cơ bản về chân không thô và trung bình
Trong thế giới chân không, có sự khác biệt đáng kể giữa những người ở cuối phổ thấp hơn và những người chiếm các mức cao hơn (tức là chân không cao). Theo định nghĩa: chân không dao động từ áp suất khí quyển đến 1 mbar được gọi là chân không "thô", trong khi áp suất từ 1 đến 10 -3 mbar được gọi là chân không "trung bình". Sau đó, các định nghĩa về chân không tiến triển từ cao đến siêu cao (UHV) đến chân không cực cao (XHV) và dao động từ 10 -3 đến <10 -12 mbar.
Làm việc trong điều kiện chân không thô và trung bình
Khi làm việc trong điều kiện chân không thô và trung bình, có một sự thật cơ bản cần được chấp nhận: không có bơm nào sẽ đáp ứng tất cả các yêu cầu hoặc kỳ vọng của bạn.
Do đó, bắt buộc phải liệt kê các yêu cầu tuyệt đối phải được đáp ứng, cùng với những yêu cầu mong muốn (nhưng không cần thiết). Sẽ hợp lý khi giả định rằng cần đạt được một mức chân không và công suất nhất định. Sau đó, cần xem xét một loạt các tiêu chí khác bao gồm cân nhắc tiếng ồn và rung động, dễ bảo trì, vốn và chi phí liên tục, kích thước (tức là diện tích) của chính bơm, khả năng chống va đập, khả năng chịu được sự xâm nhập của các hạt và liệu việc nhiễm bẩn dầu có phải là vấn đề hay không.
Tạo chân không thô và trung bình
Khi so sánh với HV đến XHV, các loại bơm được sử dụng cho chân không thô và trung bình khá đơn giản về mặt hoạt động. Tuy nhiên, đó không phải là để đánh giá thấp kỹ thuật chính xác hoặc chính xác cần thiết (hoặc thực sự là khoa học) đằng sau hoạt động của họ. Hơn nữa, không nên quên rằng nhiều máy bơm này được sử dụng làm máy bơm trước (hoặc máy bơm phụ), được sử dụng để "bơm chân không" hoặc hỗ trợ, các máy bơm chân không cấp cao hơn. Nếu không có lợi ích của các máy bơm sơ cấp như vậy, các thiết bị chân không cao hơn này sẽ - tốt nhất - hoạt động chậm và chậm, và - tệ nhất - hoàn toàn không.
Máy bơm màng
Bơm màng hoạt động ở chế độ chân không thấp. Do thiết kế của chúng, chúng không đạt được tỷ lệ nén cao ở một giai đoạn. Do đó, người ta thường tìm thấy bơm màng hai, ba và thậm chí bốn cấp. Các cấu hình như vậy giúp chúng trở nên hữu ích như các thiết bị nhỏ gọn và thân thiện với môi trường, ví dụ, trong các ứng dụng phòng thí nghiệm và cho bơm turbo phân tử dự phòng (TMPs) Bơm màng có thể tạo ra phạm vi hoạt động tiêu chuẩn từ 103 đến phạm vi mbar thấp.
Các bơm này sử dụng màng ngăn (đó tạo thành một mặt của buồng) được di chuyển về phía sau và phía trước bởi một thanh. Chuyển động dao động này nén khí và kích hoạt các van. Khí di chuyển vào qua van nạp và (khi màng di chuyển trở lại), van nạp đóng lại và khí được điều áp trước khi thoát ra qua van thoát.
Màng ngăn và van thường được làm bằng PTFE, giúp chúng chống ăn mòn và ít bị hư hỏng do hơi nước. Vì bơm màng được thiết kế "khô", chúng cung cấp chân không không chứa hydrocarbon. Ưu điểm khác của bơm màng là dễ vệ sinh và bảo trì, phù hợp để bơm nhiều loại khí và hóa chất trong phòng thí nghiệm, và vì bơm không sử dụng dầu nên chi phí vận hành và bảo trì thấp.
Bơm xoắn ốc
Bơm xoắn ốc,có phạm vi áp suất từ 103 đến 10 -2 mbar, sử dụng hai xoắn ốc hình xoắn ốc Archimedean giữa các cánh để bơm hoặc nén khí. Một trong các cuộn xoắn ốc được cố định, trong khi cuộn xoắn ốc còn lại quay lệch tâm trong buồng mà không quay, điều này bẫy và nén các túi khí giữa các cuộn xoắn ốc. Điều này sẽ di chuyển khí bị kẹt từ phần bên ngoài (tức là đầu vào) đến phần bên trong (tức là đầu ra) của khoang.
SCROLLVAC (Bơm xoắn ốc)
- Ống bọc thép không gỉ
- Van xả khí
- Cuộn cố định
- Quay vòng xoay
Bơm xoắn ốc được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như trong các thiết bị phân tích (ví dụ: quang phổ khối lượng và kính hiển vi điện tử) nơi cần chân không sạch, khô và yên tĩnh. Ngoài ra, bơm xoắn ốc thường được sử dụng làm bơm dự phòng cho TMP.
Bơm xoắn ốc có nhiều ưu điểm so với các bơm chân không khác: trong đó quan trọng nhất là chi phí vận hành thấp vì chúng không cần dầu (điều này cũng làm cho chúng thân thiện với môi trường). Ngoài ra, nhu cầu bảo trì của chúng còn thấp. Tuy nhiên, việc mài mòn gioăng đầu tip có thể dẫn đến phát thải hạt.
Bơm cánh quạt xoay
Bơm cánh quạt xoay có phạm vi từ 103 đến 10 -4 mbar, là loại bơm chân không dịch chuyển dương phổ biến nhất. Chúng hoạt động theo cách sau: một rôto lệch tâm (được trang bị cánh quạt trượt vào và ra khỏi vỏ) xoay trong một buồng. Các cánh quạt, đóng kín bên trong buồng tròn, "bẫy" một lượng khí đi vào qua cổng nạp. Khi rôto xoay, thể tích chứa giữa các cánh quạt và bề mặt bên trong của buồng giảm, do đó áp suất của khí "bắt" cũng tăng lên, cho đến khi nó thoát ra qua cổng xả.
Bơm cánh quạt xoay cung cấp độ tin cậy tuyệt vời, độ bền, thiết kế nhỏ gọn và chi phí đầu tư thấp, khiến nó trở nên lý tưởng cho nhiều ứng dụng công nghiệp và phủ, bao gồm các thiết bị phân tích cũng như các ứng dụng R&D và công nghiệp.
Ngoài ra, phạm vi áp suất hoạt động của chúng làm cho chúng trở thành bơm phụ lý tưởng cho mọi loại bơm chân không trung bình và cao. Trong khi hoạt động kín dầu là một nhược điểm đối với một số ứng dụng, việc sử dụng dầu cho phép tỷ lệ nén cao hơn, hành vi làm mát bên trong tốt hơn và làm cho bơm tương thích với bụi bẩn, bụi và ngưng tụ. Tất nhiên, nhu cầu bảo dưỡng bơm thường xuyên (tức là thay dầu) có nghĩa là chi phí sở hữu cao hơn (so với bơm khô có kích thước tương tự), và chúng không cung cấp chân không không dầu (hydrocarbon hoặc PFPE, v.v.).
Máy bơm trục vít
Bơm trục vít,có phạm vi từ 103 đến 10 -2 mbar, hoạt động bằng cách sử dụng hai rôto trục vít xoay ngược được thiết kế để chúng xoay "trên nhau", do đó bẫy khí trong thể tích giữa các "vít" của rôto. Khi các vít xoay, thể tích bị kẹt này (khi nó di chuyển về phía cổng thoát) giảm, điều này không chỉ nén khí mà còn di chuyển khí về phía lỗ thoát. Bơm trục vít thường được sử dụng làm bơm trước cho bơm Roots.
Bơm trục vít có nhiều đặc điểm quan trọng: mặc dù có khoảng trống siêu nhỏ giữa hai trục vít xoay, nhưng không có bộ phận tiếp xúc cũng như không cần bôi trơn và do đó không có chất lỏng được bơm bị nhiễm bẩn. Hơn nữa, loại bỏ hao mòn rôto, chúng có dung sai cao đối với các hạt, sử dụng tốc độ bơm cao và có hiệu quả cao do nén bên trong. Tuy nhiên, chúng ít phù hợp hơn để bơm khí nhẹ và không thể thu nhỏ xuống tốc độ bơm nhỏ. Chi phí vận hành và yêu cầu bảo trì cũng tương đối thấp. Bơm trục vít phù hợp với một loạt các ứng dụng, chẳng hạn như lò công nghiệp, hệ thống luyện kim, đóng gói và phủ.
Bơm tăng áp Roots
Bơm Roots, có phạm vi áp suất từ 10 đến 10 -4 mbar, thường được sử dụng làm bơm 'bơm tăng áp' để cải thiện áp suất cuối cùng và tốc độ bơm. Bơm Roots sử dụng hai thiết bị kết nối xoay ngược xoay trong buồng. Khí đi vào qua mặt bích đầu vào và bị "kẹp" giữa hai bộ phận xoay nhanh và thành buồng và sau đó được đẩy ra qua cổng thoát.
Ưu điểm của bơm booster Roots là chúng rất yên tĩnh và nhỏ gọn, có tuổi thọ lâu dài, không có bộ phận tiếp xúc, và chúng cung cấp khả năng bơm sạch (tức là không có các hạt hoặc dầu để nhiễm bẩn hệ thống chân không).
Bơm trước đa Roots hoạt động kết hợp với bơm HV, UHV hoặc XHV thường là một lựa chọn tiết kiệm hơn để đạt được chân không cao, so với bơm trước rời có kích thước lớn hơn do tốc độ bơm và áp suất cuối được cải thiện.
Đo chân không thô và trung bình
Chân không thô và trung bình thường được đo bằng những gì được gọi là "máy đo trực tiếp", đo áp suất độc lập với thành phần của khí liên quan.
Máy đo trực tiếp rơi vào hai loại: những máy đo dựa vào một số dạng biến dạng cơ học, chẳng hạn như màng ngăn, ống Bourdon, điện trở áp hoặc điện dung; và những máy đo sử dụng chiều cao của cột chất lỏng, được gọi là máy đo "thủy tĩnh".
Kim đo cơ khí sử dụng các bộ phận làm việc bên trong bằng kim loại thay đổi hình dạng của chúng tùy thuộc vào áp suất, với độ lệch này liên quan đến kim đo. Một biến thể trong số này là áp kế điện dung, trong đó màng ngăn (chiếm một phần của tụ điện) uốn cong với sự thay đổi áp suất, dẫn đến sự thay đổi điện dung (có thể đo được).
Về mặt thách thức liên quan đến việc đo áp suất, phải nhớ rằng các đặc tính vật lý của khí thay đổi theo áp suất. Ví dụ, độ dẫn nhiệt và ma sát bên trong của khí phụ thuộc vào một loạt các yếu tố bao gồm: phạm vi áp suất; khí nào liên quan (điều này sẽ xác định bất kỳ yếu tố điều chỉnh nào, khả năng tương thích của môi trường và khả năng phản ứng hóa học), độ chính xác cần thiết; điều kiện vận hành (bẩn so với sạch, rung, nhiệt độ, sốc - có thể do thông khí áp suất - bức xạ và từ trường); vị trí lắp đặt của máy đo; và cách đọc (và ghi lại) áp suất.
Phát hiện rò rỉ trong chân không thô và trung bình
Việc phát hiện rò rỉ cũng như loại bỏ, quản lý và/hoặc chịu trách nhiệm về chúng cũng quan trọng trong chân không như trong các hệ thống áp suất. Vì khí có thể nén, áp suất (hoặc chân không) ảnh hưởng đến lượng rò rỉ được biểu thị bằng mbar.liter/giây, với tỷ lệ rò rỉ là lượng khí "thoát ra" qua một rò rỉ ở chênh lệch áp suất nhất định mỗi đơn vị thời gian.
Có một số phương pháp đo rò rỉ chung, mỗi phương pháp phụ thuộc vào tỷ lệ rò rỉ có thể phát hiện thấp nhất áp dụng: kiểm tra bong bóng; đo áp suất chênh lệch; giảm áp suất; kiểm tra tăng áp suất; chế độ hít khí heli; và chế độ chân không heli. Hai phương pháp kiểm tra sau này còn được gọi là phương pháp "phát hiện khí tracer". Tất cả các phương pháp có thể được sử dụng trong chân không thô và trung bình.
Kiểm tra bong bóng liên quan đến việc tăng áp suất hệ thống, bôi xà phòng lên một điểm rò rỉ tiềm ẩn và xem nó có tạo bọt hay không, trong khi phép đo áp suất chênh lệch liên quan đến việc đo sự mất áp suất trong một khoảng thời gian đã thiết lập.
Tuy nhiên, các kiểm tra rò rỉ thú vị nhất liên quan đến kiểm tra heli "sniffer" và heli "chân không".
Nói một cách đơn giản, kiểm tra "sniffer" heli liên quan đến một đầu dò "sniffer" đi qua thiết bị đang được quan sát với khí "sniffer" đi qua một máy đo quang phổ khối, để xác định và đo heli.
Ưu điểm của kiểm tra ngòi thở là nó cho thấy nơi thực sự xảy ra rò rỉ. Tuy nhiên, nồng độ heli 5ppm trong không khí xung quanh/khí quyển có nghĩa là khó phân biệt giữa tín hiệu nền và tỷ lệ rò rỉ rất thấp.
Kiểm tra "chân không" heli thường được sử dụng trên các thiết bị chịu các ứng dụng HV và UHV. Nói một cách đơn giản, thiết bị được đặt bên trong bình chứa và được điều áp bằng heli. Khí bên trong bình sau đó được kiểm tra bằng máy đo quang phổ khối lượng, và bất kỳ khí heli nào được phát hiện sẽ chỉ ra rò rỉ. Nhược điểm chính - mặc dù không phải là nhược điểm duy nhất - là thiết bị cần được đặt trong một bình có kích thước phù hợp. Ngoài ra, bình được hút chân không bằng máy dò rò rỉ và helium được sử dụng để 'nhìn' bên ngoài.
Bài viết liên quan
