진공 펌프의 종류
진공 펌프의 종류
산업용 진공 펌프의 기본 작동 원리
산업용 진공 펌프의 기본 작동 원리는 기술 유형에 관계없이 동일하게 유지됩니다.
진공 펌프는 진공 챔버(또는 직렬로 연결된 고진공 펌프의 경우 배출구 쪽)에서 공기 분자(및 기타 가스)를 제거합니다. 챔버의 압력이 감소함에 따라 추가 분자를 제거하기가 점점 더 어려워집니다. 따라서 산업용 진공 시스템(그림 1)은 일반적으로 1~10-6 Torr / 1.3~13.3 mBar의 압력 범위에서 매우 큰 압력 범위의 일부에서 작동할 수 있어야 합니다. 연구 및 과학 응용 분야에서는 10-9 Torr 이하로 확장됩니다. 이를 위해 표준 진공 시스템에는 다양한 유형의 펌프가 사용되며, 각 펌프는 압력 범위의 일정 비율을 담당하고 때때로 직렬로 작동합니다.산업용 진공 시스템의 압력 범위
산업용 진공 시스템은 다음과 같은 압력 범위 그룹으로 분류할 수 있습니다:
- 거친/저진공: 1000~1mbar/760~0.75토르
- 미세/중간 진공: 1 ~ 10-3 mbar / 0.75 ~ 7.5-3 Torr
- 고진공: 10-3 ~ 10-7 mbar / 7.5-3 ~ 7.5-7 토르
- 초고진공: 10-7 ~ 10-11 mbar / 7.5-7 ~ 7.5-11 토르
- 극고진공: < 10-11 mbar / < 7.5-11 토르
진공 펌프에는 두 가지 기본 범주가 있습니다: 가스 이송 펌프와 포집 또는 포획 펌프입니다(그림 1).
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가스 이송 펌프
이송 펌프는 운동량 교환(운동 작용) 또는 양변위로 기체 분자를 이송합니다. 펌프에 들어온 것과 동일한 수의 가스 분자가 펌프에서 배출되며, 배출 시 가스는 대기압보다 약간 높은 상태가 됩니다. 압축비는 배기 압력(출구)과 얻은 최저 압력(입구)의 비율입니다.
키네틱 이송 펌프
키네틱 이송 펌프는 고속 블레이드 또는 도입된 증기를 사용하여 가스를 배출구 쪽으로 보내며 운동량 전달 원리에 따라 작동합니다. 이러한 유형의 펌프는 낮은 압력에서 높은 압축비를 달성할 수 있지만 일반적으로 밀폐된 부피가 없습니다.
포지티브 변위
기계적으로 가스를 가두어 펌프를 통해 이동시키는 방식으로 작동하는 펌프를 양변위 펌프라고 합니다. 단일 구동축에 여러 단계로 설계되는 경우가 많으며, 분리된 부피는 더 높은 압력에서 더 작은 부피로 압축되고 마지막으로 압축된 가스는 대기 또는 다음 펌프로 배출됩니다. 더 높은 진공과 유량을 제공하기 위해 두 대의 이송 펌프가 직렬로 사용되는 경우가 많습니다.
앞서 언급했듯이 양변위 진공 펌프는 낮은 진공을 생성하는 데 사용됩니다. 이 유형의 진공 펌프는 캐비티를 확장하여 밀폐된 환경이나 챔버에서 가스가 흘러나오도록 합니다. 그 후 캐비티가 밀봉되어 대기 중으로 배출됩니다. 양변위 진공 펌프의 원리는 용기의 부피를 팽창시켜 진공을 생성하는 것입니다. 예를 들어 수동 워터 펌프에서는 메커니즘이 작은 밀폐된 공간을 확장하여 깊은 진공을 생성합니다. 압력으로 인해 챔버의 일부 유체가 펌프의 작은 구멍으로 밀려 들어갑니다. 그런 다음 펌프의 캐비티를 챔버에서 밀봉하고 대기로 개방한 다음 다시 미세한 크기로 압착합니다. 양변위 진공 펌프의 또 다른 예는 횡격막 근육이 흉강을 확장하여 폐의 부피를 증가시키는 것과 같습니다. 이 팽창으로 인해 부분적인 진공이 발생하고 압력이 감소한 다음 대기압에 의해 밀려 들어온 공기로 채워집니다. 양변위 진공 펌프의 예로는 밀폐된 공간에서 진공을 생성하기 위해 다양한 산업 분야에서 많이 사용되는 액봉식 진공 펌프와 루츠 송풍기가 있습니다.
포획 펌프
진공 시스템 내 표면에서 가스 분자를 포집하는 펌프는 당연히 포집 또는 포획 펌프로 알려져 있습니다. 이 펌프는 이송 펌프와 같은 진공 펌프보다 낮은 유속으로 작동하지만 10~12Torr까지 매우 높은 진공을 제공할 수 있습니다. 캡처 펌프는 극저온 응축, 이온 반응 또는 화학 반응을 사용하여 작동하며 움직이는 부품이 없으므로 오일이 없는 진공을 생성합니다.
화학 반응을 이용해 작동하는 포획 펌프는 일반적으로 진공이 필요한 용기 내부에 설치하기 때문에 더 효과적으로 작동합니다. 공기 분자는 펌프가 작동하면서 펌프 내부 표면에 화학 반응을 일으켜 얇은 막을 형성하고, 이 얇은 막은 제거됩니다. 엔트랩먼트 펌프는 양변위 진공 펌프 및 운동량 전달 진공 펌프와 함께 초고진공을 생성하는 데 사용됩니다.
습식 또는 건식 진공 펌프 - 개요
습식 펌프는 오일이나 물을 사용하여 윤활 및/또는 밀봉을 하는데, 이 유체가 펌핑(스위핑)된 가스를 오염시킬 수 있습니다. 반면 건식 진공 펌프는 펌핑된 가스에 유체가 없기 때문에 펌프의 회전부와 정적 부품 사이의 정밀한 간격, 건식 폴리머(PTFE) 씰 또는 다이어프램을 사용하여 펌핑 메커니즘과 가스를 분리하고 밀폐를 보장합니다.
그러나 건식은 펌프 기어와 베어링에 오일이나 그리스가 사용되는 경우가 많기 때문에 완전히 오일이 없는 것은 아닙니다. 이것은 진공 압축 측과 별도로 유지됩니다. 건식 펌프는 오염과 오일 미스트의 위험을 줄여줍니다. 또한 윤활식 펌프처럼 오일을 폐기할 필요가 없다는 환경적 이점도 있습니다.
원심 펌프
원심 펌프는 원심력의 작용을 통해 유체(특히 액체)에 에너지를 전달하는 능력이 특징인 유압 작동식 기계입니다. 주요 목적은 압력 증가를 통해 유체를 전달하는 것입니다. 원심 펌프는 구조가 다를 수 있지만 작동 원리와 유체 역학 특성은 항상 동일합니다.
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로터리 클로
클로 펌프는 두 개의 로터로 구성됩니다. 컴프레서 하우징에서 매우 좁은 간격을 유지하면서 접촉 없이 반대 방향으로 회전합니다. 정밀 기어를 통해 동기화됩니다. 클로가 흡입 연결부 위로 움직이고 축 방향 흡입 채널 흡입 가스가 압축 챔버로 흡입됩니다. 가스는 압축 챔버 내에서 사전 압축된 후 배출됩니다.
로터리 스크류 펌프
정밀 기어를 통해 동기화됩니다. 압축 하우징과 특수한 모양의 나사가 압축 챔버를 형성합니다. 두 나사의 반대 회전으로 인해 흡입 포트와 연결된 챔버가 확대되고 가스가 압축 챔버로 이송됩니다. 그러면 챔버가 흡입 쪽에서 압력 쪽(화살표)으로 축 방향으로 이동합니다.
가변 피치 모델에서는 피치가 변경될 때마다 가스가 압축되고 다음 피치가 변경되기 전에 냉각되므로 효율성이 향상됩니다. 압력 측면에서 챔버는 축 방향 하우징 벽에 대해 움직이고 스크류의 전면이 압력 채널을 열고 압력 연결을 통해 사전 압축된 가스가 배출될 때까지 부피가 줄어듭니다. 냉각은 수냉식 외부 챔버를 사용하여 이루어집니다. 일부 펌프 크기의 경우 펌프에 추가 냉각 가스를 도입할 수 있습니다.
