Rodzaje pomp próżniowych
Rodzaje pomp próżniowych
Próżnia jest narzędziem wykorzystywanym w szerokiej gamie przemysłowych procesów produkcyjnych, w tym pakowania, butelkowania, suszenia, odgazowywania, pobierania i umieszczania, by wymienić tylko kilka z nich. Przemysłowa pompa próżniowa służy do wytwarzania, zwiększania i utrzymywania próżni w tych procesach. Istnieje wiele rodzajów przemysłowych technologii próżniowych, które zostaną omówione w niniejszym artykule. Aby zrozumieć, który rodzaj próżni jest najbardziej odpowiedni dla użytkownika i jego zastosowania, kluczowe jest zrozumienie cech, korzyści i zasady działania każdego rodzaju technologii. W tym artykule omówiono najpopularniejsze typy przemysłowych pomp próżniowych, sposób ich działania i rodzaje zastosowań, do których najlepiej się nadają.
Podstawowa zasada działania przemysłowej pompy próżniowej
Podstawowa zasada działania przemysłowej pompy próżniowej pozostaje taka sama bez względu na rodzaj technologii.
Pompy próżniowe usuwają cząsteczki powietrza (i innych gazów) z komory próżniowej (lub strony wylotowej w przypadku pompy o wyższej próżni połączonej szeregowo). Wraz ze spadkiem ciśnienia w komorze, usuwanie dodatkowych cząsteczek staje się coraz trudniejsze. Dlatego przemysłowy system próżniowy (rys. 1) musi być w stanie pracować w niezwykle szerokim zakresie ciśnień, zwykle od 1 do 10-6 Torr / 1,3 do 13,3 mBar ciśnienia. W badaniach i zastosowaniach naukowych wartość ta jest rozszerzana do 10-9 Torr lub niżej. Aby to osiągnąć, w standardowym systemie próżniowym stosowane są różne typy pomp, z których każda pokrywa część zakresu ciśnienia i czasami działa szeregowo.Zakresy ciśnienia przemysłowego systemu próżniowego
Przemysłowe systemy próżniowe można podzielić na następujące grupy zakresów ciśnienia:
- Niska próżnia: 1000 do 1 mbar / 760 do 0,75 Torr
- Dokładna/średnia próżnia: 1 do 10-3 mbar / 0,75 do 7,5-3 Torr
- Wysoka próżnia: 10-3 do 10-7 mbar / 7,5-3 do 7,5-7 Torr
- Bardzo wysoka próżnia: 10-7 do 10-11 mbar / 7,5-7 do 7,5-11 Torr
- Ekstremalnie wysoka próżnia: < 10-11 mbar / < 7,5-11 Torr
Różne typy pomp dla tych zakresów podciśnienia można następnie podzielić na pompy pierwotne (wspomagające), pompy wspomagające i pompy wtórne (wysokiego podciśnienia): Wysokie, bardzo wysokie i bardzo wysokie zakresy podciśnienia.
Istnieją dwie podstawowe kategorie pomp próżniowych: Pompy do przenoszenia gazu i pompy do wychwytywania (rysunek 1).
Istnieją dwie podstawowe kategorie pomp próżniowych: Pompy do przenoszenia gazu i pompy do wychwytywania (rysunek 1).
.png?format=pjpeg&width=100&quality=10)
Pompy transferowe gazu
Pompy transferowe przenoszą cząsteczki gazu poprzez wymianę pędu (działanie kinetyczne) lub wypieranie dodatnie. Z pompy wypuszczana jest taka sama liczba cząsteczek gazu, jaka do niej wpływa, a ciśnienie gazu podczas wypuszczania jest nieco wyższe od ciśnienia atmosferycznego. Stopień sprężania to stosunek ciśnienia wylotowego (wylot) do najniższego uzyskanego ciśnienia (wlot).
Kinetyczne pompy transferowe
Kinetyczne pompy transferowe wykorzystują łopatki o dużej prędkości lub wprowadzoną parę do kierowania gazu w kierunku wylotu, działając na zasadzie przenoszenia pędu. Pompy tego typu mogą osiągać wysokie stopnie sprężania przy niskich ciśnieniach, ale zazwyczaj nie mają zamkniętych objętości.
Wyporność dodatnia
Pompy, których działanie polega na mechanicznym wychwytywaniu objętości gazu i przemieszczaniu go przez pompę, nazywane są pompami wyporowymi. Często zaprojektowany w wielu etapach na jednym wale napędowym, izolowana objętość jest sprężana do mniejszej objętości przy wyższym ciśnieniu, a na koniec sprężony gaz jest wydalany do atmosfery lub do następnej pompy. Aby zapewnić wyższe podciśnienie i natężenie przepływu, często stosuje się dwie pompy transferowe połączone szeregowo.
Jak wspomniano wcześniej, wyporowe pompy próżniowe są wykorzystywane do wytwarzania niskiego podciśnienia. Ten typ pompy próżniowej rozszerza wnękę i umożliwia wypływ gazów z zamkniętego środowiska lub komory. Następnie wnęka jest uszczelniana, co powoduje jej odprowadzanie do atmosfery. Zasada działania wyporowej pompy próżniowej polega na wytwarzaniu próżni poprzez zwiększanie objętości zbiornika. Na przykład w ręcznej pompie wodnej mechanizm rozszerza małą szczelną wnękę, aby wytworzyć głęboką próżnię. Ze względu na ciśnienie, część płynu z komory jest wypychana do małej wnęki pompy. Następnie wnęka pompy jest uszczelniana od komory, otwierana do atmosfery, a następnie ściskana z powrotem do minimalnego rozmiaru. Innym przykładem zastosowania pomp próżniowych wyporowych jest sytuacja, w której mięsień przepony rozszerza jamę klatki piersiowej, powodując zwiększenie objętości płuc. To rozszerzenie powoduje wytworzenie częściowej próżni i zmniejszenie ciśnienia, które jest następnie wypełniane przez powietrze wpychane przez ciśnienie atmosferyczne. Przykładami wyporowych pomp próżniowych są pompy próżniowe z pierścieniem cieczowym i dmuchawy korzeniowe, które są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu do wytwarzania próżni w ograniczonej przestrzeni.
Pompy uwięzione
Pompy, które wychwytują cząsteczki gazu na powierzchniach w systemie próżniowym, są bez wątpienia znane jako pompy wychwytujące lub uwięzione. Pompy te działają przy niższym natężeniu przepływu niż pompy próżniowe, takie jak pompy transferowe, jednak mogą zapewnić bardzo wysokie podciśnienie, do 10-12 Torr. Pompy wychwytujące działają w oparciu o kondensację kriogeniczną, reakcję jonową lub reakcję chemiczną i nie mają ruchomych części, dzięki czemu wytwarzają próżnię bezolejową.
Pompy uwięzione, które działają w oparciu o reakcje chemiczne, działają bardziej efektywnie, ponieważ są zwykle umieszczane wewnątrz pojemnika, w którym wymagana jest próżnia. Cząsteczki powietrza tworzą cienką warstwę, która jest usuwana, gdy działanie pompy powoduje reakcję chemiczną na wewnętrznych powierzchniach pompy. Pompy uwięzione są używane wraz z wyporowymi pompami próżniowymi i pompami próżniowymi do przenoszenia pędu w celu wytworzenia bardzo wysokiej próżni.
Pompy próżniowe do pracy na sucho lub mokro - przegląd
Technologie pomp próżniowych są uważane za mokre (smarowane) lub suche (bezolejowe lub pracujące na sucho), w zależności od tego, czy gaz jest narażony na działanie oleju lub wody podczas procesu sprężania.
Pompy mokre smarują i/lub uszczelniają się za pomocą oleju lub wody; płyn ten może zanieczyścić pompowany (omiatany) gaz. Suche pompy próżniowe nie zawierają płynu w pompowanym gazie, opierając się na precyzyjnych luzach między obracającymi się i statycznymi częściami pompy, suchych uszczelnieniach polimerowych (PTFE) lub membranie, aby oddzielić mechanizm pompujący od gazu i zapewnić szczelne uszczelnienie.
Jednak pompy suche nie są całkowicie bezolejowe, ponieważ w ich przekładniach i łożyskach często stosowany jest olej lub smar. Jest on oddzielony od strony sprężania próżniowego. Suche pompy zmniejszają ryzyko zanieczyszczenia i mgły olejowej. Są one również przyjazne dla środowiska, ponieważ nie wymagają utylizacji olejów, takich jak pompy smarowane.
Pompy mokre smarują i/lub uszczelniają się za pomocą oleju lub wody; płyn ten może zanieczyścić pompowany (omiatany) gaz. Suche pompy próżniowe nie zawierają płynu w pompowanym gazie, opierając się na precyzyjnych luzach między obracającymi się i statycznymi częściami pompy, suchych uszczelnieniach polimerowych (PTFE) lub membranie, aby oddzielić mechanizm pompujący od gazu i zapewnić szczelne uszczelnienie.
Jednak pompy suche nie są całkowicie bezolejowe, ponieważ w ich przekładniach i łożyskach często stosowany jest olej lub smar. Jest on oddzielony od strony sprężania próżniowego. Suche pompy zmniejszają ryzyko zanieczyszczenia i mgły olejowej. Są one również przyjazne dla środowiska, ponieważ nie wymagają utylizacji olejów, takich jak pompy smarowane.
Pompy odśrodkowe
Pompy odśrodkowe to hydraulicznie sterowane maszyny charakteryzujące się zdolnością do przenoszenia energii do płynów (w szczególności do cieczy) poprzez działanie pola sił odśrodkowych. Ich głównym celem jest przenoszenie płynów poprzez wzrost ciśnienia. Pompy odśrodkowe mogą mieć różne konstrukcje, ale ich zasada działania i charakterystyka dynamiki płynów są zawsze takie same.
Pompy próżniowe z pierścieniem cieczowym
Pompy próżniowe z pierścieniem cieczowym są podobne do obrotowych pomp łopatkowych, z tą różnicą, że łopatki są integralną częścią wirnika i obracają pierścień cieczy, tworząc uszczelnienie komory sprężania. Są one z natury konstrukcjami o niskim współczynniku tarcia, w których wirnik jest jedyną ruchomą częścią. Tarcie ślizgowe jest ograniczone do uszczelnień wału. Pompy z pierścieniem cieczowym są zazwyczaj zasilane silnikiem indukcyjnym.
Systemy z pierścieniami cieczowymi mogą być jedno- lub wielostopniowe.
Systemy z pierścieniami cieczowymi mogą być jedno- lub wielostopniowe.
.jpg?format=pjpeg&width=100&quality=10)
Pazur obrotowy
Pompy próżniowe Rotary Claw wytwarzają bezdotykową próżnię w sposób wydajny i ekonomiczny. Jest to możliwe dzięki zasadzie sprężania wewnętrznego w konstrukcji kłów obrotowych. Kłowe pompy próżniowe oparte są na statycznym systemie sprężania. W przeciwieństwie do rotacyjnych rozwiązań krzywkowych sprężanie odbywa się wewnętrznie poprzez zmniejszanie objętości.
Pompa kłowa jest wyposażona w dwa wirniki. Obracają się one w przeciwnych kierunkach w obudowie sprężarki bez stykania się z nią, z zachowaniem bardzo małych odstępów. Są one synchronizowane przez precyzyjny mechanizm. Gdy pazur przesuwa się nad przyłączem ssącym i osiowym kanałem ssącym, gaz wlotowy jest zasysany do komory sprężania. Gaz jest wstępnie sprężany w komorze sprężania, a następnie odprowadzany.
Pompa kłowa jest wyposażona w dwa wirniki. Obracają się one w przeciwnych kierunkach w obudowie sprężarki bez stykania się z nią, z zachowaniem bardzo małych odstępów. Są one synchronizowane przez precyzyjny mechanizm. Gdy pazur przesuwa się nad przyłączem ssącym i osiowym kanałem ssącym, gaz wlotowy jest zasysany do komory sprężania. Gaz jest wstępnie sprężany w komorze sprężania, a następnie odprowadzany.
Obrotowe pompy śrubowe
Śrubowa pompa próżniowa składa się z dwóch równoległych wirników w kształcie śruby — jednego prawoskrętnego, a drugiego lewoskrętnego. Obie śruby obracają się w obudowie sprężarki bez tarcia i z bardzo małymi odstępami.
Są one synchronizowane przez precyzyjny mechanizm. Obudowa sprężarki i specjalny kształt śrub tworzą komory sprężania. Ze względu na przeciwny obrót obu śrub, komora połączona z otworem ssawnym jest powiększona i gaz jest przemieszczany do komory sprężania. Następnie komora przesuwa się osiowo od strony ssawnej do strony ciśnieniowej (strzałka).
W modelach o zmiennym skoku gaz jest sprężany przy każdej zmianie skoku i chłodzony przed następną zmianą skoku, co skutkuje większą sprawnością. Po stronie ciśnieniowej komora jest dosuwana do osiowej ściany obudowy, a objętość jest zmniejszana, aż przednia powierzchnia śruby otworzy kanał ciśnieniowy, a wstępnie sprężony gaz zostanie odprowadzony przez przyłącze ciśnieniowe. Chłodzenie osiąga się za pomocą chłodzonej wodą komory zewnętrznej. W przypadku niektórych wielkości pomp do pompy można wprowadzać dodatkowy gaz chłodzący.
Są one synchronizowane przez precyzyjny mechanizm. Obudowa sprężarki i specjalny kształt śrub tworzą komory sprężania. Ze względu na przeciwny obrót obu śrub, komora połączona z otworem ssawnym jest powiększona i gaz jest przemieszczany do komory sprężania. Następnie komora przesuwa się osiowo od strony ssawnej do strony ciśnieniowej (strzałka).
W modelach o zmiennym skoku gaz jest sprężany przy każdej zmianie skoku i chłodzony przed następną zmianą skoku, co skutkuje większą sprawnością. Po stronie ciśnieniowej komora jest dosuwana do osiowej ściany obudowy, a objętość jest zmniejszana, aż przednia powierzchnia śruby otworzy kanał ciśnieniowy, a wstępnie sprężony gaz zostanie odprowadzony przez przyłącze ciśnieniowe. Chłodzenie osiąga się za pomocą chłodzonej wodą komory zewnętrznej. W przypadku niektórych wielkości pomp do pompy można wprowadzać dodatkowy gaz chłodzący.
Dmuchawy bocznokanałowe
Dmuchawy bocznokanałowe mają wirnik zamontowany bezpośrednio na wale silnika, co zapewnia bezdotykową kompresję. Gaz jest pobierany przez wlot. Gdy gaz wpływa do kanału bocznego, obracający się wirnik nadaje mu prędkość w kierunku obrotu. Siła odśrodkowa w łopatkach wirnika przyspiesza gaz na zewnątrz, a ciśnienie wzrasta.
Każdy obrót dodaje energii kinetycznej, powodując dalszy wzrost ciśnienia wzdłuż kanału bocznego. Kanał boczny zwęża się przy wirniku, omiatając gaz z łopatek wirnika i odprowadzając go przez tłumik wylotowy, gdzie opuszcza pompę.
Każdy obrót dodaje energii kinetycznej, powodując dalszy wzrost ciśnienia wzdłuż kanału bocznego. Kanał boczny zwęża się przy wirniku, omiatając gaz z łopatek wirnika i odprowadzając go przez tłumik wylotowy, gdzie opuszcza pompę.
