Princíp činnosti čerpadla turbomolekulárnej

Turbomolekulárnej čerpadlo je druh Vákuová pumpa, povrchne podobné turbočerpadiel, použité na získanie a udržanie vysokého vákua. Tieto čerpadlá pracujú na princípe, že molekuly plynu môže poskytnúť impulz v požadovanom smere opakované kolízii s pohybujúce pevným povrchom. V turbomolekulárnej čerpadla, rýchlo spinning ventilátor rotor "hity" molekuly plynu z otvore čerpadla k výfuku na vytvorenie alebo udržiavanie vákua.

Prevádzkové zásady

Väčšina turbomolekulárnej čerpadlá zamestnať viacerých stupňoch, každý zložené z rýchlo rotujúceho rotora čepeľ a stacionárne statora blade. Systém funguje ako kompresor, ktorý dáva energiu do plynu, skôr ako brať to. Plyn zachytené na horných stupňoch je tlačil do nižších fázach a postupne skomprimovať na úroveň tlaku popredia-vákuum (čerpadla). Ako molekuly plynu vstup cez vstupné, rotor, ktorý má rad skosené lopatky, hity molekuly. Takto mechanickú energiu čepele je prevedené na molekuly plynu. S týmto novo nadobudnuté dynamiku molekúl plynu vstúpiť do plynu prenos diery v statore motora. To vedie k ďalšej fáze, kde sa opäť zrazí s povrchom rotora, a tento proces pokračuje, nakoniec viedol von cez výfuk.

Z dôvodu relatívneho pohybu rotora a statora, molekuly prednostne hit spodnej strane ostrie. Pretože povrch kotúča vyzerá, najviac rozptýlené molekúl opustí ju nadol. Povrch je drsný, takže žiadny odraz dôjde. Kotúč musí byť silná a stabilná vysokotlakové prevádzku a chudá ako možné a mierne ohnuté pre maximálnu kompresiu. Pre vysoký kompresný pomer hrdla medzi susednými rotora smeruje čo najviac sa smerom dopredu. Vysoké prietoky čepele sú 45 ° a dosiahnuť takmer osi.

Pretože kompresia každej fáze je ~ 10, každej fáze bližšie k zásuvke je podstatne menší ako v predchádzajúcich etapách inlet. To má dva dôsledky. Geometrický nárast nám hovorí, že nekonečné fázach mohol ideálne zapadá do konečnej axiálne dĺžka. Konečnej dĺžky v tomto prípade je plná výška bývanie ako ložiská, motor a radič a niektoré z chladiča môže byť nainštalovaný vo vnútri na osi. Radiálne, pochopiť rovnako tenké plynu pri vchode, vstupnej strane rotory by v ideálnom prípade mať väčší polomer, a príslušne vyššej Odstredivá sila; ideálne čepele by si exponenciálne tenšie smerom k ich tipy a uhlíkových vlákien by mali posilniť hliníkové lopatky. Však pretože priemerná rýchlosť kotúča ovplyvňuje čerpanie toľko je to zvýšením priemeru koreňového skôr než hrot s priemerom, kde je to praktické.

Výkonu turbomolekulárnej čerpadla je silne spojená s frekvenciou rotora. Zvyšuje otáčky rotora odvádzať viac. Zvýšiť rýchlosť a znížiť deformácie, boli navrhnuté tuhšie materiály a vzory rôznych blade.

Turbomolekulárnej pumpa musí pracovať pri veľmi vysokých rýchlostiach a nahromadenie tepla trenie ukladá návrhu obmedzenia. Čerpadlách turbomolekulárnej použiť magnetické ložiská znižujú trenie a ropné znečistenie. Pretože magnetické ložiská a teplotné cykly umožňujú len obmedzené medzera medzi rotora a statora, lopatky vysokotlakového stupňoch sú trochu zvrhla do jediného skrutkovitými fólie každý. Laminárne prúdenie sa nedá použiť na čerpanie, pretože laminárne turbíny státie nepoužívanie navrhnuté prietoku. Čerpadlo môžete vychladiť na zlepšenie kompresie, ale by nemal byť tak chladný, kondenzovať ľadu na lopatky. Po zastavení turbočerpadiel olej z sprievodné vákua môže backstream cez turbočerpadiel a kontaminovať komory. Jeden spôsob, ako tomu zabrániť je zaviesť laminárneho prúdenia dusíka pomocou čerpadla. Prechod z vákua na dusík a beží na stále turbočerpadiel má synchronizovať presne vyhnúť mechanickému namáhaniu čerpadlo a pretlak na výfuku. Tenkou membránou a ventil na výfuku potrebné doplniť chrániť turbočerpadiel z nadmerný spätný tlak (napr. po výpadku prúdu alebo netesnosti v podložke vákuum).

Rotor je stabilizovaná vo všetkých jeho šiestich stupňov voľnosti. Jeden stupeň sa riadi elektromotor. Minimálne, tento titul musia byť stabilizované elektronicky (alebo diamagnetic materiál, ktorý je príliš nestabilná EurópskehoparlamentuaRady čerpadlo s presnosťou). Iný spôsob (ignorovanie straty v magnetických jadier pri vysokých frekvenciách) je postaviť to ložisko ako OS s guľou na oboch koncoch. Tieto sféry sú vnútri duté statické sfér. Na povrchu každej oblasti je šachovnicový vzor dovnútra a von ísť magnetických siločiar. Ako šachovnicový vzor statické gulí sa otáča, rotor otáča. U tejto konštrukcie, no osi je urobený stabilné náklady na výrobu iného OS nestabilné, ale všetkých osiach sú neutrálne a elektronické nariadenia je menej zdôraznil a bude viac dynamicky stabilné. Hallov jav senzory môžu byť použité na zmysel rotačné pozície a ostatných stupňov voľnosti môže merať kapacitne.

Maximálny tlak

Pri atmosférickom tlaku, Stredná voľná cesta vzduchu je asi 70 nm. Turbomolekulárnej čerpadlo môže fungovať, len ak tieto molekuly zasiahnutý pohybujú čepele dosiahnuť čepele stacionárne pred kolízie s inými molekulami na ceste. Dosiahnuť, aby rozdiel medzi pohybujúce nože a čepele stacionárne musí byť blízko alebo menej než stredná voľná cesta. Z hľadiska praktickej výstavby uskutočniteľné priepasť medzi blade súpravy je v poradí 1 mm, takže turbočerpadiel bude stánok (žiadny čistý čerpanie) Ak vyčerpané priamo do atmosféry. Vzhľadom k tomu, že stredná voľná cesta je nepriamo úmerná tlaku, turbočerpadiel bude čerpadlo keď tlak výfukových plynov je menej ako 10 Pa (0,10 mbar) kde Stredná voľná cesta je asi 0,7 mm.

Väčšina turbopumps mať Holweck čerpadlo (alebo molekulárnej drag čerpadlo) ako nemalý zvýšiť maximálne backing tlak (tlak výfukových plynov) asi 1 – 10 mbar. Teoreticky, odstredivé čerpadlo, bočné kanál čerpadlo alebo regeneračné čerpadlo môže pri späť na atmosferický tlak priamo, ale v súčasnosti neexistuje žiadne komerčne dostupné turbočerpadiel, ktorý vyčerpáva priamo do atmosféry. Vo väčšine prípadov, výfuk je pripojený k mechanické podklad čerpadlo (zvyčajne s názvom roughing čerpadlo), ktorá vytvára tlak natoľko nízka pre turbomolekulárnej čerpadlo pracovať efektívne. Tento podklad tlak je zvyčajne pod 0,1 mbar a bežne o 0,01 mbar. Sprievodné tlak je zriedka pod 10−3 mbar (mysli voľná cesta ≈ 70 mm) pretože Prietokový odpor vákuové potrubie medzi turbočerpadiel a roughing čerpadla sa stáva významným.

Turbomolekulárnej čerpadlo môže byť veľmi univerzálne čerpadlo. Môže generovať veľa stupňov vákuum z priebežných vákuum (~ 10−2 Pa) úroveň Ultra vysoké vákuum (~ 10−8 Pa).

Viacero turbomolekulárnej čerpadlá v laboratóriu alebo výrobný závod možno pripojiť rúrky na malej podložke čerpadlo. Automatické ventily a difúznej pumpy ako injekcia do veľkých buffer trubice pred čerpadla zabraňuje akejkoľvek pretlaku od čerpadla na státie iným čerpadlom.