Principe van de werking van turbomoleculaire pomp

Een turbomoleculaire pomp is een soort vacuüm pomp, oppervlakkig vergelijkbaar met een turbopomp, gebruikt voor het verkrijgen en handhaven van hoog vacuüm. Deze pompen werken op het principe dat gasmoleculen dynamiek in een gewenste richting door herhaalde botsing met een bewegende harde ondergrond krijgen kunnen. In een turbomoleculaire pomp, een snel draaiende rotor van de ventilator 'hits' gasmoleculen uit de inlaat van de pomp naar de uitlaat te maken of beheren van een vacuüm.

Werkingsprincipes

De meeste turbomoleculaire pompen gebruiken meerdere stadia, elk bestaande uit een snel draaiende rotor blade en stationaire stator blade paar. Het systeem werkt zoals een compressor die energie in het gas, in plaats van het nemen van het zet uit. Gas gevangen genomen door de bovenste stadia is geduwd in de lagere stadia en achtereenvolgens gecomprimeerd tot het niveau van de voorgrond-vacuüm (steun pomp) druk. Terwijl de gasmoleculen via de inlaat invoert, raakt de rotor, die een aantal gebogen schoepen heeft, de moleculen. Dus wordt de mechanische energie van de wieken overgebracht naar de gasmoleculen. Met deze nieuw verworven momentum Voer de gasmoleculen in de gas-overdracht gaten in de stator. Dit leidt hen naar de volgende fase waar ze botsen weer met het oppervlak van de rotor, en dit proces wordt voortgezet, tot slot leidt hen naar buiten via de uitlaat.

Vanwege de relatieve beweging van de rotor en stator raakte moleculen bij voorkeur de onderkant van de messen. Omdat het oppervlak van de blade neerkijkt, laat allermeest naar de verspreide moleculen het naar beneden. Het oppervlak is ruw, dus geen reflectie zal optreden. Een mes moet dik en stabiel voor hogedruk werking en zo dun mogelijk zijn en lichtjes gebogen voor maximale compressie. Voor hoge compressie verhoudingen wijst de keel tussen aangrenzende rotorbladen zoveel mogelijk in de voorwaartse richting. De messen zijn 45 ° en bereiken dicht bij de as voor hoge stroomsnelheid.

Omdat de compressie van elke fase ~ 10, is elke fase dichter naar de outlet aanzienlijk kleiner dan de voorgaande stadia van de inlaat. Dit heeft twee gevolgen. De geometrische progressie vertelt ons dat oneindige stadia idealiter zou kunnen in een eindige axiale lengte passen. De eindige lengte is in dit geval de volledige hoogte van de behuizing als de lagers, motor en controller en sommige van de koelers kan worden geïnstalleerd binnen op de as. Radiaal, om zoveel mogelijk van het dunne gas te begrijpen bij de ingang, zou de inlaatzijde rotors idealiter hebben een grotere straal en dienovereenkomstig hoger middelpuntvliedende kracht; ideale messen zou krijgen exponentieel dunner naar hun tips en carbon vezels de aluminium messen moeten versterken. Echter omdat de gemiddelde snelheid van een mes invloed op zo veel dit gebeurt doordat de diameter van de wortel in plaats van de tip diameter, waar dat praktisch pompen.

De prestaties van een turbomoleculaire-pomp is sterk gerelateerd aan de frequentie van de rotor. Als rpm toeneemt, afbuigen de rotorbladen meer. Om de snelheid te verhogen en de vervorming verminderen, hebben stijver materialen en verschillende blade ontwerpen gesuggereerd.

Turbomoleculaire pompen moeten werken op zeer hoge snelheden, en de wrijving warmte opbouw ontwerpbeperkingen oplegt. Sommige turbomoleculaire pompen gebruiken magnetische lagers ter beperking van verontreiniging van wrijving en olie. Omdat de magnetische lagers en de temperatuur cycli toestaan voor slechts een beperkte speling tussen rotor en stator, de messen in de hogedruk stadia enigszins ontaarde in een enkele spiraalvormige folie zijn. Laminaire flow kan niet worden gebruikt voor het oppompen, omdat laminaire turbines kraam wanneer op de ontworpen stroom niet gebruikt. De pomp kan worden afgekoeld om de compressie, maar moet niet zo koud te condenseren ijs op de bladen. Wanneer een turbopomp wordt gestopt, wordt de olie uit het vacuüm van de steun kan backstream via de turbopomp en besmetten de zaal. Een manier om dit te voorkomen is om een laminaire flow van stikstof door de pomp. De overgang van vacuüm aan stikstof en van een lopend naar een nog turbopomp moet worden gesynchroniseerd juist om te voorkomen dat de mechanische belasting aan de pomp en de overdruk in de uitlaat. Een dun membraan en een klep aan de uitlaat moeten worden toegevoegd aan de turbopomp beschermen tegen overmatige tegendruk (bijvoorbeeld na een stroomstoring of lekken in het vacuüm van de steun).

De rotor is gestabiliseerd in alle van haar zes graden van vrijheid. Een graad wordt beheerst door de elektromotor. Deze graad moet minimaal, worden gestabiliseerd elektronisch (of door een diamagnetisch materiaal, dat wordt te instabiel om te worden gebruikt in een precisie pomp lager). Een andere manier (het negeren van verliezen in magnetische cores bij hoge frequenties) is voor de bouw van deze invloed als een as met een bol aan elk uiteinde. Deze bollen zijn binnen holle statische sferen. Op het oppervlak van elke bol is een dambordpatroon magnetische veldlijnen naar binnen en naar buiten te gaan. Zoals de dambordpatroon van de statische bollen wordt gedraaid, wordt de rotor draait. In deze constructie geen as is gemaakt testing op de kosten van het maken van een andere as unstable, maar alle assen zijn neutraal en de elektronische verordening is minder benadrukt en zullen meer dynamisch stabiel. Hall-effect sensoren kunnen worden gebruikt om het gevoel van de roterende positie en de andere vrijheidsgraden capacitief kan worden gemeten.

Maximale druk

Bij atmosferische druk, de gemiddelde gratis weg van lucht is ca. 70 nm. Een turbomoleculaire pomp kan alleen werken als deze moleculen getroffen door de bewegende messen de stationaire messen bereiken voor aanvaring met andere moleculen op hun weg. Om dat te bereiken, moet de kloof tussen de bewegende messen en stationaire mesjes dicht bij of minder dan het gemiddelde gratis pad. Vanuit een oogpunt van de praktische constructie is een haalbaar kloof tussen de mes sets over de volgorde van 1 mm, zodat een turbopomp zal kraam (geen netto pompen) als uitgeput rechtstreeks aan de sfeer. Aangezien de gemiddelde gratis pad omgekeerd evenredig met de druk is, een turbopomp zal pomp wanneer de druk van de uitlaat minder dan ongeveer 10 is Pa (0,10 mbar) waar het gemiddelde gratis pad is ongeveer 0,7 mm.

De meeste turbopumps hebben een Holweck pomp (of moleculaire slepen pomp) als hun laatste etappe te verhogen van het maximum back-ups druk (uitlaat druk) tot ongeveer 1 – 10 mbar. Theoretisch, een centrifugaalpomp, een kant kanaal pomp of een regeneratieve pomp kan worden gebruikt om rechtstreeks terug naar atmosferische druk, maar momenteel is er geen commercieel beschikbare turbopomp die rechtstreeks aan de sfeer uitlaten. In de meeste gevallen is de uitlaat verbonden met een mechanische steun pomp (gewoonlijk genoemd afbramen pomp), die produceert een druk laag genoeg voor de turbomoleculaire pomp om efficiënt te werken. Meestal is deze steun druk onder 0.1 mbar en vaak over 0,01 mbar. De druk van de steun is zelden onder 10−3 mbar (bedoel gratis pad ≈ 70 mm) omdat de stromingsweerstand van de vacuüm buis tussen de turbopomp en de roughing pomp belangrijk wordt.

De pomp van de turbomoleculaire kunnen een zeer veelzijdige pomp. Het kan leiden tot vele graden van vacuüm van tussenliggende vacuüm (~ 10−2 Pa) tot ultra hoog vacuüm (~ 10−8 Pa).

Meerdere turbomoleculaire pompen in een lab of productie-plant kunnen worden aangesloten door buizen met een kleine steun pomp. Automatische kleppen en diffusie pomp zoals injectie in een grote buffer-buis voor de steun pomp eventuele overdruk uit één pomp voorkomt tot stilstand van een andere pomp.