ประเภทของปั๊มสุญญากาศ

ระบบสุญญากาศเป็นเครื่องมือที่ใช้ในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมหลากหลายประเภท รวมถึงการบรรจุภัณฑ์ การบรรจุขวด การอบแห้ง การไล่แก๊ส การหยิบและวาง เป็นต้น ปั๊มสุญญากาศอุตสาหกรรมใช้สำหรับสร้าง ปรับปรุง และรักษาสุญญากาศในกระบวนการเหล่านี้ มีเทคโนโลยีสุญญากาศทางอุตสาหกรรมหลายประเภทให้เลือกใช้ และบทความนี้จะสำรวจเทคโนโลยีเหล่านั้น เพื่อให้เข้าใจว่าเครื่องดูดสุญญากาศประเภทใดเหมาะสมที่สุดสำหรับคุณและการใช้งานของคุณ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเข้าใจคุณสมบัติ ประโยชน์ และหลักการทำงานของเทคโนโลยีแต่ละประเภท บทความนี้จะทบทวนประเภทของปั๊มสุญญากาศอุตสาหกรรมที่พบได้ทั่วไป วิธีการทำงาน และการใช้งานประเภทใดที่เหมาะสมที่สุด

หลักการทำงานพื้นฐานของปั๊มสุญญากาศอุตสาหกรรมยังคงเหมือนเดิมไม่ว่าจะเป็นเทคโนโลยีประเภทใดก็ตาม

ระบบสุญญากาศอุตสาหกรรมสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มตามช่วงแรงดันดังต่อไปนี้

• สุญญากาศหยาบ/ต่ำ: 1000 ถึง 1 มิลลิบาร์ / 760 ถึง 0.75 ทอร์
• สุญญากาศละเอียด/ปานกลาง: 1 ถึง 10⁻³ มิลลิบาร์ / 0.75 ถึง 7.5-3 ทอร์
• สุญญากาศสูง: 10⁻³ ถึง 10⁻⁷ มิลลิบาร์ / 7.5-3 to 7.5-7 ทอร์
• สุญญากาศสูงมาก: 10⁻⁷ ถึง 10⁻¹¹ มิลลิบาร์ / 7.5-7 ถึง 7.5-11 ทอร์
• สุญญากาศสูงพิเศษ: < 10-11 มิลลิบาร์ / < 7.5-11 ทอร์

ปั๊มประเภทต่างๆ สำหรับช่วงสุญญากาศเหล่านี้ สามารถแบ่งออกเป็น ปั๊มหลัก (ปั๊มสำรอง) ปั๊มเพิ่มแรงดัน และปั๊มรอง (ปั๊มสุญญากาศสูง) ได้แก่ ปั๊มสำหรับช่วงแรงดันสุญญากาศสูง สูงมาก และสูงพิเศษ
ปั๊มสุญญากาศแบ่งออกเป็นสองประเภทพื้นฐาน ได้แก่ ปั๊มถ่ายโอนก๊าซ และปั๊มดักจับหรือปั๊มกักเก็บ (รูป 1)

ปั๊มถ่ายโอนโมเลกุลก๊าซจะถ่ายโอนโมเลกุลก๊าซโดยอาศัยการแลกเปลี่ยนโมเมนตัม (การกระทำเชิงจลน์) หรือการแทนที่ในเชิงบวก จำนวนโมเลกุลของก๊าซที่ปล่อยออกจากปั๊มมีจำนวนเท่ากับจำนวนโมเลกุลที่เข้าสู่ปั๊ม และก๊าซที่ถูกปล่อยออกมาจะมีแรงดันสูงกว่าความดันบรรยากาศเล็กน้อยอัตราส่วนการอัด คือ อัตราส่วนของความดันไอเสีย (ทางออก) ต่อความดันต่ำสุดที่ได้ (ทางเข้า)

ปั๊มถ่ายโอนพลังงานจลน์

ปั๊มถ่ายโอนแบบจลน์ใช้ใบพัดความเร็วสูงหรือไอน้ำที่ป้อนเข้าไปเพื่อนำก๊าซไปยังทางออก โดยทำงานบนหลักการถ่ายโอนโมเมนตัม ปั๊มประเภทนี้สามารถสร้างอัตราส่วนการอัดสูงได้ที่ความดันต่ำ แต่โดยทั่วไปแล้วจะไม่มีปริมาตรที่ปิดสนิท

ปั๊มที่ทำงานโดยการกักเก็บปริมาตรของก๊าซด้วยกลไกและเคลื่อนย้ายก๊าซนั้นผ่านปั๊ม เรียกว่า ปั๊มแบบปริมาตรคงที่ โดยทั่วไปแล้ว ปั๊มลมแบบหลายขั้นตอนนี้จะทำงานบนเพลาขับเดียว โดยปริมาตรที่ถูกแยกไว้จะถูกอัดให้เล็กลงด้วยความดันที่สูงขึ้น และในที่สุดก๊าซที่ถูกอัดแล้วจะถูกปล่อยออกสู่บรรยากาศหรือปั๊มตัวถัดไป เพื่อให้ได้แรงดันสุญญากาศและอัตราการไหลที่สูงขึ้น มักจะใช้ปั๊มถ่ายโอนสองตัวต่อกันแบบอนุกรม 

ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ปั๊มสุญญากาศแบบปริมาตรคงที่ใช้ในการสร้างสุญญากาศระดับต่ำ ปั๊มสุญญากาศชนิดนี้จะขยายช่องว่างและปล่อยให้ก๊าซไหลออกจากสภาพแวดล้อมหรือห้องที่ปิดสนิท หลังจากนั้น ช่องว่างนั้นจะถูกปิดผนึกและทำให้ไอเสียระบายออกสู่ชั้นบรรยากาศ หลักการทำงานของปั๊มสุญญากาศแบบปริมาตรคงที่ คือ การสร้างสุญญากาศโดยการขยายปริมาตรของภาชนะ ตัวอย่างเช่น ในปั๊มน้ำแบบใช้มือหมุน กลไกจะขยายช่องว่างที่ปิดสนิทขนาดเล็กเพื่อสร้างสุญญากาศที่ลึก เนื่องจากแรงดัน ทำให้ของเหลวบางส่วนจากห้องถูกดันเข้าไปในช่องเล็กๆ ของปั๊ม หลังจากนั้น ช่องว่างภายในปั๊มจะถูกปิดผนึกจากห้อง เปิดออกสู่บรรยากาศ และบีบกลับให้มีขนาดเล็กจิ๋ว อีกตัวอย่างหนึ่งของปั๊มสุญญากาศแบบแทนที่เชิงบวกก็คือ เหมือนกับกล้ามเนื้อกระบังลมที่ขยายช่องอก ทำให้ปริมาตรของปอดเพิ่มขึ้น การขยายตัวนี้ส่งผลให้เกิดสุญญากาศบางส่วนและลดความดันลง จากนั้นอากาศที่ถูกดันเข้ามาโดยความดันบรรยากาศจะเข้ามาเติมเต็มสุญญากาศนั้น ตัวอย่างของปั๊มสุญญากาศแบบปริมาตรคงที่ ได้แก่ ปั๊มสุญญากาศวงแหวนของเหลวและเครื่องเป่าลมแบบรูทส์ ซึ่งมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เพื่อสร้างสุญญากาศในพื้นที่จำกัด

ปั๊มที่ดักจับโมเลกุลของก๊าซบนพื้นผิวภายในระบบสุญญากาศนั้น เรียกกันตามชื่อเรียกอย่างไม่น่าแปลกใจว่า ปั๊มดักจับ หรือ ปั๊มกักเก็บ ปั๊มเหล่านี้ทำงานที่อัตราการไหลต่ำกว่าปั๊มสุญญากาศ เช่น ปั๊มถ่ายโอน แต่สามารถสร้างสุญญากาศได้สูงมาก ต่ำถึง 10-12 ทอร์ ปั๊มดักจับทำงานโดยใช้การควบแน่นด้วยความเย็นจัด ปฏิกิริยาไอออนิก หรือปฏิกิริยาเคมี และไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ จึงสร้างสุญญากาศที่ปราศจากน้ำมันได้
ปั๊มดูดสุญญากาศที่ทำงานโดยใช้ปฏิกิริยาเคมีนั้น จะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วจะถูกติดตั้งไว้ภายในภาชนะที่ต้องการสุญญากาศ โมเลกุลของอากาศจะสร้างฟิล์มบางๆ ซึ่งจะถูกกำจัดออกไปเมื่อปั๊มทำงาน เนื่องจากฟิล์มดังกล่าวทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่พื้นผิวภายในของปั๊ม ปั๊มดักจับใช้ร่วมกับปั๊มสุญญากาศแบบปริมาตรคงที่และปั๊มสุญญากาศแบบถ่ายโอนโมเมนตัมเพื่อสร้างสุญญากาศระดับสูงมาก

ปั๊มแรงเหวี่ยง

ปั๊มแรงเหวี่ยงคือเครื่องจักรที่ทำงานด้วยระบบไฮดรอลิก มีคุณลักษณะพิเศษในการส่งพลังงานไปยังของไหล (โดยเฉพาะของเหลว) ผ่านการทำงานของแรงเหวี่ยง วัตถุประสงค์หลักคือเพื่อส่งของไหลผ่านแรงดันที่เพิ่มสูงขึ้น ปั๊มแรงเหวี่ยงมีโครงสร้างแตกต่างกัน แต่หลักการทำงานและคุณลักษณะไดนามิกของไหลเหมือนกันเสมอ

ปั๊มสุญญากาศวงแหวนของเหลวคล้ายกับปั๊มใบพัดหมุน โดยมีความแตกต่างตรงที่ใบพัดเป็นส่วนหนึ่งของโรเตอร์และหมุนวงแหวนของเหลวเพื่อสร้างซีลในห้องอัด โดยพื้นฐานแล้ว มอเตอร์เหล่านี้ได้รับการออกแบบให้มีแรงเสียดทานต่ำ เนื่องจากโรเตอร์เป็นชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่เพียงชิ้นเดียว แรงเสียดทานแบบเลื่อนจำกัดอยู่เฉพาะบริเวณซีลเพลาเท่านั้น โดยทั่วไป ปั๊มวงแหวนของเหลวจะขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เหนี่ยวนำ
ระบบวงแหวนของเหลวอาจเป็นแบบขั้นตอนเดียวหรือหลายขั้นตอนก็ได้

ปั๊มสุญญากาศก้ามปูหมุนสร้างสุญญากาศแบบไร้สัมผัสได้อย่างมีประสิทธิภาพและประหยัด โดยทำได้เนื่องจากหลักการอัดภายในของการออกแบบก้ามปูหมุน ปั๊มสุญญากาศก้ามปูทำงานบนพื้นฐานของระบบการอัดแบบคงที่ โดยการอัดจะเกิดขึ้นภายในด้วยการลดปริมาตร ซึ่งแตกต่างจากโลบหมุน
ปั๊มก้ามปูประกอบด้วยโรเตอร์สองตัว โรเตอร์ทั้งสองจะหมุนในทิศทางตรงข้ามกันในตัวเรือนปั๊มลมโดยไม่สัมผัสกันและมีระยะห่างแคบมาก โรเตอร์จะทำงานประสานกันผ่านทางเกียร์แม่นยำ เมื่อก้ามปูเคลื่อนผ่านจุดต่อดูดและช่องทางดูดตามแนวแกน ก๊าซจะถูกดูดเข้าไปในห้องอัด ก๊าซจะถูกอัดล่วงหน้าภายในห้องอากาศอัดก่อนปล่อยออก

ปั๊มสกรูสุญญากาศประกอบด้วยโรเตอร์รูปสกรูสองตัวขนานกัน ตัวหนึ่งมีเกลียวแบบมือขวา ส่วนอีกตัวมีเกลียวแบบมือซ้าย สกรูทั้งสองจะหมุนในตัวเรือนปั๊มลมโดยปราศจากแรงเสียดทานและมีระยะห่างแคบมาก
โรเตอร์จะทำงานประสานกันผ่านทางเกียร์แม่นยำ ตัวเรือนห้องอัดและรูปทรงพิเศษของสกรูจะทำให้เกิดห้องอาการอัด การหมุนในทิศทางตรงกันข้ามของสกรูทั้งสองทำให้ห้องที่เชื่อมต่อกับท่อดูดมีขนาดใหญ่ขึ้น และก๊าซจึงถูกเคลื่อนเข้าสู่ห้องอากาศอัด จากนั้นห้องจะเคลื่อนตามแนวแกนจากด้านอัดไปยังด้านแรงดัน (ตามลูกศร)
ในรุ่นที่มีระยะ Pitch แปรผัน ก๊าซจะถูกอัดที่ทุกๆ การเปลี่ยนระยะ Pitch และจะเย็นลงก่อนเข้าสู่การเปลี่ยนระยะ Pitch ถัดไป ทำให้ปั๊มมีประสิทธิภาพสูงขึ้น ที่ฝั่งแรงดัน ห้องอากาศอัดจะเคลื่อนสวนผนังตัวเรือนแกน และปริมาตรจะลดลงจนกว่าพื้นผิวด้านหน้าของสกรูจะเปิดช่องแรงดัน และก๊าซที่อัดไว้ถูกปล่อยออกผ่านทางการเชื่อมต่อแรงดัน การระบายความร้อนเกิดขึ้นโดยใช้ห้องด้านนอกที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ สำหรับปั๊มบางขนาด จะมีการใส่ก๊าซระบายความร้อนเข้าไปในปั๊ม

เครื่องเป่าลมแบบช่องด้านข้างมีใบพัดติดตั้งอยู่บนเพลาของมอเตอร์โดยตรง เพื่อการปั๊มลมแบบไร้สัมผัส ก๊าซจะเข้าทางท่อทางเข้า เมื่อก๊าซเข้าสู่ช่องด้านข้าง ใบพัดที่หมุนจะส่งความเร็วเข้าในก๊าซในทิศทางการหมุน แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางในใบพัดจะเร่งความเร็วก๊าซไปทางด้านนอก ทำให้แรงดันเพิ่มขึ้น
ทุกๆ การหมุนจะเพิ่มพลังงานจลน์ เป็นผลให้แรงดันตามแนวช่องข้างเพิ่มขึ้น ช่องด้านข้างแคบลงที่โรเตอร์ โดยกวาดก๊าซออกจากใบพัด และระบายออกผ่านตัวเก็บเสียงทางออกที่ออกจากปั๊ม