迴轉葉片幫浦如何運作？
油封式迴轉幫浦的操作原理
排氣型真空幫浦一般是在活塞、轉子、葉片與閥或類似物品的輔助之下將要抽排的氣體吸入，可能還經過壓縮然後排出的真空幫浦。抽氣製程透過幫浦內部活塞的迴轉運動產生效果。應在油式與乾式壓縮排氣幫浦之間做出區分。藉由使用密封油，可以在單級段中達到最高約 105 的高壓縮比。若不使用油，「內部洩漏性」會大很多，可達到的壓縮比會相對較低，約在 10 左右。
如分類表 2.1 所示，油封式排氣幫浦包含單級段與雙級段的迴轉葉片與迴轉活塞幫浦，以及單級段擺線幫浦，今天這種幫浦只能算是歷史遺產了。此類幫浦全都配備氣鎮設施，該設施初次是由 Gaede 在 1935 年詳細介紹。在指定工程限制內，氣鎮設施允許在幫浦中無蒸氣凝結的情況下抽排蒸氣 (尤其是水蒸氣)。
表 2.1 真空幫浦的分類
迴轉葉片幫浦 (TRIVAC B、TRIVAC E、SOGEVAC)
迴轉葉片幫浦 (見圖 2.6) 包含偏心懸浮及槽型轉子 (2) 在其中依箭頭方向轉動的圓柱形外殼 (抽氣環) (1)。轉子的葉片 (16) 通常由離心力強制向外轉動，但也由彈簧驅動，如此葉片才能在外殼內滑動。通過進氣口 (4) 進入的氣體會由葉片推送，最終由油封式排氣閥 (12) 從幫浦中排出。
圖 2.6 單級段迴轉葉片幫浦 (TRIVAC B) 的橫截面
- 進氣口
- 集灰阱
- 防回吸閥
- 進氣管
- 葉片
- 幫浦腔體
- 轉子
- 孔，連接惰性氣鎮
- 排氣管
- 排氣閥
- 彈簧
- 除濕器
- 孔；連接油過濾器
TRIVAC B 範圍 (圖 2.6) 只有兩個偏移 180° 的葉片。葉片由離心力強制向外轉動，無須使用彈簧。在低環境溫度下，這可能需要使用稀釋油。幫浦中具有齒輪油幫浦，用於壓力潤滑。TRIVAC B 系列配備可靠性極高的防回吸閥；進氣與排氣口會以水平或垂直方向安排。油位觀察窗與氣鎮致動器全都位於油箱的同一側 (簡單易用的設計)。結合了 TRIVAC BCS 系統，它可能配備有非常廣泛的配件，主要設計用於半導體應用。迴轉葉片幫浦及其他油封式排氣幫浦的油箱可作為潤滑及密封之用，也可填充死角與槽位。它可以消除氣體壓縮的高溫，即用於冷卻的目的。油在轉子與幫浦環之間提供了密封的功能。這些零件「幾乎」都沿著一條直線 (氣缸套管線) 接觸。為了增加油封表面積，我們將所謂的密封通道整合到抽氣環中 (見圖 2.4)。這提供了更佳的密封效果，並可允許達到更高的壓縮比或更低的極限真空壓力。
請觀賞以下影片，查看動作中 TRIVAC B 迴轉葉片幫浦的抽氣動畫
Leybold TRIVAC B - Function principles
迴轉葉片幫浦的壓力範圍
Leybold 製造了不同範圍的迴轉葉片幫浦，其特別適合用於不同的應用，例如高進氣壓力、低極限真空壓力或半導體產業中的應用。表 2.2 中提供了這些範圍的更重要特性的摘要。TRIVAC 迴轉葉片幫浦生產為雙級段 (TRIVAC D) 幫浦 (見圖 2.7)。有了雙級段油封式幫浦，便可達到相較於對應單級段幫浦更低的操作與極限真空壓力。其原因為在單級段幫浦的情況下，油會無法避免地接觸外部空氣，空氣會從該處部分洩漏到真空側，進而限制可達到的極限真空壓力。在 Leybold 製造的油封式雙級段排氣幫浦中，會在真空側向級段供應以除氣的油 (圖 2.7 中的級段 1)：極限真空壓力幾乎是處於高真空範圍內，最低操作壓力會處於中度真空 / 高真空之間的範圍內。注意：以非常少的油或一點油都不用地操作所謂的高真空級段 (級段 1)，儘管極限真空壓力非常低，實際上都會導致出現相當大的困難，並將明顯損害幫浦的操作。
圖 2.4 迴轉葉片幫浦中密封通道的安排又稱為「雙密封」。 完整密封通道 b 的恆定、最小間隙 a
圖 2.7 雙級段迴轉葉片幫浦的橫截面，示意圖
I 高真空級段
II 第二前級真空級段
a – 停止閥
b – 閥的片彈簧
表 2.2 迴轉真空幫浦範圍
迴轉活塞幫浦 (E 幫浦)
圖 2.9 中顯示了單輪類型迴轉活塞幫浦的橫截面。此處依箭頭方向偏心 (3) 轉動的活塞 (2) 沿著腔室壁移動。要抽排的氣體經由進氣口 (11) 流入幫浦，通過滑閥 (12) 的進氣通道進入幫浦腔體 (14)。滑閥與活塞組成一個單位，在外殼中的旋轉閥導 (鉸接桿 13) 之間往復滑動。吸入幫浦中的氣體最終會進入壓縮室 (4)。轉動時，活塞會壓縮此氣體數量，直到透過油封閥 (5) 排出為止。與迴轉葉片幫浦一樣，油箱可用於潤滑、密封、填充死角與冷卻。由於幫浦腔體由活塞分成兩個空間，每次轉動都會完成一次操作循環 (見圖 2.10)。迴轉活塞幫浦製造成單級段與雙級段幫浦。在許多真空製程中，結合魯式幫浦與單級段迴轉活塞幫浦可比單獨的雙級段迴轉活塞幫浦提供更多優點。如果此類組合或雙級段幫浦無法勝任，建議結合雙級段幫浦使用魯式幫浦。這不適用於涉及迴轉葉片幫浦與魯式幫浦的組合。
圖 2.9 單級段迴轉活塞幫浦的橫截面
- 外殼
- 氣缸活塞
- 偏心
- 壓縮室
- 油封式壓力閥
- 油位觀察窗
- 氣鎮通道
- 排氣口
- 氣鎮閥
- 集灰阱
- 進氣口
- 滑閥
- 鉸接桿
- 幫浦腔體 (空氣流入)
圖 2.10 迴轉活塞幫浦的操作循環
- 上方死點
- 滑閥的吸入通道放開 – 開始吸入期間
- 下方死點 – 吸入通道相當放開，抽入的氣體 (箭頭) 隨意進入幫浦腔體 (以陰影顯示)
- 吸入通道再次由轉動的鉸接桿關閉 – 結束吸入期間
- 上方死點 – 旋轉活塞與定子之間的最大空間
- 在開始壓縮期間的短暫時間之前，旋轉活塞的前表面會放開氣鎮 – 氣鎮入口開始
- 氣鎮相當放開
- 氣鎮入口結束
- 抽氣期間結束
迴轉葉片與迴轉活塞幫浦的馬達功率
包含迴轉葉片與迴轉活塞幫浦的馬達可在 53.6°F (12°C) 的環境溫度下及使用我們的特殊油時提供足夠的功率，以滿足最大功率需求 (達到約 400 mbar)。在幫浦的實際操作範圍內，加熱幫浦的驅動系統需要僅供應約三分之一的已安裝馬達功率 (見圖 2.11)。
圖 2.11 迴轉活塞幫浦 (抽氣速度 60 m3/h) 的馬達功率作為進氣壓力與操作溫度的函數。其他大小氣鎮幫浦的曲線類似。
- 操作溫度曲線 1 - 89°F (32°C)
- 操作溫度曲線 2 - 104°F (40°C)
- 操作溫度曲線 3 - 140°F (60°C)
- 操作溫度曲線 4 - 194°F (90°C)
- 隔熱壓縮的理論曲線
- 等溫壓縮的理論曲線
