Giới thiệu về các kiểu bơm hút chân không và ứng dụng

Khi thiết kế hoặc vận hành một hệ thống chân không, điều quan trọng là phải hiểu chức năng của các bơm chân không. Bài viết dưới đây chúng tôi sẽ xem xét các loại máy bơm chân không phổ biến nhất, nguyên lý hoạt động của chúng và vị trí chúng được sử dụng trong hệ thống.

Chủng loại máy bơm (theo áp suất chân không vận hành)

Máy bơm hút chân không được phân loại theo phạm vi áp suất hoạt động của chúng và như vậy được phân loại thành máy bơm chính, máy bơm tăng áp hoặc máy bơm thứ cấp. Trong mỗi phạm vi áp suất có một số loại máy bơm khác nhau, mỗi loại sử dụng một công nghệ khác nhau và mỗi loại có một số ưu điểm riêng về công suất áp suất, lưu lượng, chi phí và yêu cầu bảo trì khác nhau.

Bất kể thiết kế của chúng như thế nào, nguyên lý hoạt động cơ bản là giống nhau. Máy bơm hút  chân không hoạt động bằng cách loại bỏ các phân tử không khí và các khí khác khỏi buồng chân không (hoặc từ phía đầu ra của máy bơm chân không cao hơn nếu được lắp đặt nối tiếp). Trong khi áp suất trong buồng giảm, việc loại bỏ các phân tử bổ sung trở nên khó loại bỏ hơn theo cấp số nhân. Do đó, hệ thống chân không công nghiệp có thể hoạt động trên một phần của dải áp suất cực lớn, thường thay đổi từ 1 đến 10-6 Torr áp suất. Trong nghiên cứu và ứng dụng khoa học, độ chân không lên đến 10-9 Torr hoặc thấp hơn. Để thực hiện điều này, một số kiểu máy bơm khác nhau được sử dụng trong một hệ thống điển hình, mỗi kiểu bao gồm một phần của dải áp suất và đôi khi hoạt động theo chuỗi.

Hệ thống chân không được xếp vào nhóm các dải áp suất dựa trên phạm vi rộng sau:

Chân không thô / thấp:> Khí quyển đến 1 Torr

Chân không trung bình: 1 Torr đến 10-3 Torr

Chân không cao: 10-3 Torr đến 10-7 Torr

Chân không siêu cao: 10-7 Torr đến 10-11 Torr

Chân không cực cao: <10-11 Torr

Các loại máy bơm khác nhau cho các phạm vi chân không này sau đó có thể được chia thành các loại sau:

Bơm chính : Dải áp suất chân không thô và thấp.

Bơm tăng áp: Dải áp suất chân không thô và thấp.

Bơm thứ cấp (chân không cao): Phạm vi áp suất chân không cao, rất cao và cực cao.

Thuật ngữ

Hai công nghệ được sử dụng bởi bơm chân không là truyền khí và thu giữ khí

Bơm chuyển hoạt động bằng cách chuyển các phân tử khí bằng cách trao đổi động lượng (tác động động học) hoặc dịch chuyển tích cực. Cùng một số lượng phân tử khí được đẩy ra khỏi máy bơm khi đi vào máy bơm và khí sẽ cao hơn một chút áp suất khí quyển khi được đẩy ra ngoài. Tỷ số giữa áp suất khí thải (đầu ra) và áp suất thấp nhất thu được (đầu vào) được gọi là tỷ số nén.

Bơm chuyển động cơ học hoạt động dựa trên nguyên tắc truyền động lượng, hướng khí về phía đầu ra của bơm để tăng xác suất phân tử di chuyển về phía đầu ra bằng cách sử dụng cánh tốc độ cao hoặc đưa khí vào. Máy bơm cơ học thường không có thể tích kín nhưng có thể đạt được tỷ số nén cao ở áp suất thấp.

Máy bơm chuyển vị tích cực hoạt động bằng cách bẫy một thể tích khí và di chuyển nó qua máy bơm. Chúng thường được thiết kế theo nhiều giai đoạn trên một trục truyền động chung. Thể tích cô lập được nén đến một thể tích nhỏ hơn ở áp suất cao hơn, và cuối cùng, khí nén được đẩy ra khí quyển (hoặc đến máy bơm sơ cấp). Thông thường hai máy bơm chuyển tải được sử dụng nối tiếp để cung cấp độ chân không và lưu lượng cao hơn. Ví dụ, một máy bơm Turbo  có thể được mua nối tiếp với máy bơm cuộn như một hệ thống .

Bơm bắt hoạt động bằng cách thu giữ các phân tử khí trên các bề mặt trong hệ thống chân không. Máy bơm Capture hoạt động ở tốc độ dòng chảy thấp hơn so với máy bơm chuyển tải nhưng có thể cung cấp chân không cực cao, xuống đến 10-12 Torr và tạo ra chân không không dầu. Máy bơm Capture hoạt động bằng cách sử dụng quá trình ngưng tụ đông lạnh, phản ứng ion hoặc phản ứng hóa học và không có bộ phận chuyển động.

Các loại máy bơm hút chân không - Tổng quan

Các công nghệ bơm khác nhau được coi là loại bơm ướt hoặc khô, tùy thuộc vào việc khí có tiếp xúc với dầu hoặc nước trong quá trình bơm hay không. Thiết kế máy bơm ướt sử dụng dầu hoặc nước để bôi trơn và / hoặc làm kín và chất lỏng này có thể làm ô nhiễm khí được bơm (bơm). Máy bơm hút chân không khô không có chất lỏng trong thể tích quét và dựa vào khe hở chặt chẽ giữa các bộ phận quay và tĩnh của máy bơm, vòng đệm polyme khô (PTFE) hoặc màng ngăn để tách cơ cấu bơm khỏi khí được quét. Mặc dù máy bơm khô có thể sử dụng dầu hoặc mỡ trong bánh răng máy bơm và ổ trục, nhưng nó được làm kín bởi khí. Bơm hút chân không khô giảm nguy cơ nhiễm bẩn hệ thống và thải dầu so với bơm ướt. Hệ thống chân không không dễ dàng chuyển đổi từ ướt sang khô bằng cách thay đổi máy bơm từ kiểu ướt sang kiểu khô. Buồng và đường ống có thể bị nhiễm bẩn do bơm ướt và phải được làm sạch kỹ lưỡng hoặc thay thế, nếu không, chúng sẽ làm ô nhiễm khí trong quá trình vận hành sau này.

Sau đây xin giới thiệu đến các bạn các loại bơm chân không được sử dụng phổ biến nhất theo chức năng.

Bơm hút chân không vòng dầu ( cánh gạt )

Bơm hút chân không vòng dầu

Trong máy bơm cánh gạt, khí đi vào cổng đầu vào và bị giữ lại bởi một cánh quạt lắp lệch tâm nén khí và chuyển nó đến van xả .Van được lắp bằng lò xo và cho phép khí xả ra khi vượt quá áp suất khí quyển. Dầu được sử dụng là dầu chân không để làm kín và làm mát cánh gạt , buồng bơm. Áp suất có thể đạt được với máy bơm cánh gạt được xác định bởi số cấp  được sử dụng và dung sai của chúng. Thiết kế hai cấp có thể cung cấp áp suất 1 × 10-3 mbar. Nó có tốc độ bơm từ 0,7 đến 275 m3 / h

Bơm hút chân không vòng nước ( vòng chất lỏng )

Bơm hút chân không vòng nước nén khí bằng cách quay một bánh công tác hình vòm đặt lệch tâm so với  vỏ máy bơm. Chất lỏng được đưa vào máy bơm và bằng gia tốc ly tâm, tạo thành một vòng hình trụ chuyển động áp vào bên trong của vỏ. Vòng chất lỏng này tạo ra một loạt các vòng đệm trong không gian giữa các cánh của cánh bơm, tạo thành các buồng nén. Độ lệch tâm giữa trục quay của cánh bơm và vỏ máy bơm dẫn đến sự thay đổi theo chu kỳ của thể tích được bao quanh bởi cánh gạt và vòng đệm, nén khí và xả nó qua một cổng ở cuối vỏ máy. Máy bơm này có thiết kế đơn giản, mạnh mẽ vì trục và bánh công tác là bộ phận chuyển động duy nhất. Nó rất chịu được những xáo trộn quy trình và có dải công suất lớn. Nó có thể cung cấp áp suất 30 mbar khi sử dụng nước 15 ° C và áp suất thấp hơn có thể với các chất lỏng khác. Nó có dải lưu lượng bơm từ 25 đến 30.000 m3 / h

Bơm chân không khô kiểu màng

Một màng ngăn bị uốn cong nhanh chóng bởi một thanh đặt trên một cam quay bởi một động cơ, gây ra sự chuyển khí trong van này và ra van kia. Nó là nhỏ gọn và bảo trì thấp. Tuổi thọ của màng ngăn và van thường trên 10.000 giờ hoạt động. Bơm màng được sử dụng để hỗ trợ bơm phân tử turbo hợp chất nhỏ trong các ứng dụng chân không cao, sạch. Đây là một máy bơm công suất nhỏ được sử dụng rộng rãi trong phòng thí nghiệm R & D để chuẩn bị mẫu. Có thể đạt được áp suất cuối cùng lên tới 5 x 10-8 mbar khi sử dụng bơm màng để hỗ trợ bơm phân tử turbo hợp chất. Nó có phạm vi lưu lượng từ 0,6 đến 10 m3 / h (0,35 đến 5,9 ft3 / phút)

Bơm hút chân không cuộn xoắn ốc

Bơm hút chân không cuộn xoắn ốc sử dụng hai cuộn không quay, nhưng ở đó cuộn bên trong quay quanh và giữ một thể tích khí và nén nó với thể tích ngày càng giảm; nén nó cho đến khi nó đạt đến thể tích tối thiểu và áp suất lớn nhất tại tâm của xoắn ốc, nơi có đầu ra. Phớt đầu mút bằng polyme xoắn ốc (PTFE) cung cấp khả năng bịt kín dọc trục giữa hai cuộn mà không cần sử dụng chất bôi trơn trong dòng khí quét. Có thể đạt được áp suất cuối cùng là 1 x 10-2 mbar và  có phạm vi tốc độ bơm từ 5,0 đến 46 m3 / h (3,0 đến 27 ft3 / phút).

Bơm hút chân không tăng áp cơ khí

Máy bơm Booster chủ yếu được sử dụng như một bộ tăng áp chân không và được thiết kế để loại bỏ khối lượng lớn khí. Hai thùy lưới không chạm nhau và quay ngược chiều để liên tục chuyển khí theo một hướng qua máy bơm. Nó tăng hiệu suất của máy bơm sơ cấp / bơm hỗ trợ, tăng tốc độ bơm lên khoảng 7: 1 và cải thiện áp suất cuối cùng khoảng 10: 1. Máy bơm booster có thể có hai hoặc nhiều thùy. Có thể đạt được áp suất cuối cùng điển hình <10-3 Torr (kết hợp với bơm sơ cấp). Nó có thể đạt được tốc độ bơm 100.000 m3 / h (58.860 ft3 / phút).

Bơm hút chân không khô Claw

Máy bơm vuốt có hai móng xoay ngược chiều và hoạt động tương tự như máy bơm booster, ngoại trừ khí được truyền theo trục, thay vì từ trên xuống dưới. Nó thường được sử dụng kết hợp với máy bơm tăng áp Booster , là một tổ hợp máy bơm sơ cấp booster trong đó có một loạt các giai đoạn booster và vuốt trên một trục chung. Nó được thiết kế cho các môi trường công nghiệp khắc nghiệt và cung cấp lưu lượng lớn. Có thể đạt được áp suất cuối cùng là 1 x 10-3 mbar. Nó có phạm vi tốc độ bơm từ 100 đến 800 m3 / h (59 đến 472 ft3 / phút).

Máy bơm hút chân không trục vít

Máy bơm hút chân không trục vít sử dụng hai vít quay, một vít thuận tay trái và một vít thuận tay phải, lưới đó không chạm vào nhau. Chuyển động quay chuyển khí từ đầu này sang đầu kia. Các vít được thiết kế để không gian giữa chúng bị giảm khi khí đi qua và nó bị nén, gây ra áp suất giảm ở đầu lối vào. Máy bơm này có công lưu lượng cao, xử lý chất lỏng tốt, chịu được bụi và môi trường khắc nghiệt. Có thể đạt được áp suất cuối cùng điển hình khoảng 1 x 10-2 Torr. Nó có phạm vi lưu lượng bơm lên đến 750 m3 / h (440 ft3 / phút).

Bơm Turbomolecular

Turbomolecular bơm hút chân không Turbo phân tử. Bằng cách chuyển động năng với các phân tử khí sử dụng tốc độ cao xoay, lưỡi góc cạnh mà đẩy khí ở tốc độ cao: (. 670 dặm / giờ) tốc độ đầu cánh thường là 250 -300 m / s Bằng chuyển động lượng từ các cánh quay sang chất khí, chúng tạo ra xác suất lớn hơn cho các phân tử chuyển động về phía đầu ra. Chúng cung cấp áp suất thấp và tốc độ truyền tải thấp. Có thể đạt được áp suất cuối cùng điển hình dưới 7,5 x 10-11 Torr. Nó có dải tốc độ bơm từ 50 - 5000 l / s. Các giai đoạn bơm có cánh thường được kết hợp với các giai đoạn kéo cho phép máy bơm phân tử tuabin xả tới áp suất cao hơn (> 1 Torr). Luôn luôn được hỗ trợ bởi bơm hút chân không vòng dầu hoặc bơm hút chân không khô màng , xoắn ốc.

Bơm khuếch tán hơi

Máy bơm khuếch tán hơi truyền động năng cho các phân tử khí bằng cách sử dụng dòng dầu được làm nóng với vận tốc cao “kéo” khí từ đầu vào đến đầu ra, tạo ra áp suất giảm ở đầu vào. Các máy bơm này có công nghệ cũ hơn, được thay thế phần lớn bằng máy bơm phân tử tuabin khô. Chúng không có bộ phận chuyển động và cung cấp độ tin cậy cao với chi phí thấp. Có thể đạt được áp suất cuối cùng điển hình dưới 7,5 x 10-11 Torr. Nó có dải tốc độ bơm từ 10 - 50.000 l / s.

Cryopump

Cryopump hoạt động bằng cách thu giữ và lưu trữ khí và hơi thay vì chuyển chúng qua máy bơm. Họ sử dụng công nghệ đông lạnh để đóng băng hoặc giữ khí ở bề mặt rất lạnh (ngưng tụ lạnh hoặc hấp thụ lạnh) ở 10 ° K đến 20 ° K (âm 260 ° C). Những máy bơm này rất hiệu quả nhưng có khả năng lưu trữ khí hạn chế. Các khí / hơi thu gom phải được loại bỏ định kỳ khỏi máy bơm bằng cách làm nóng bề mặt và bơm đi qua một máy bơm chân không khác (được gọi là tái sinh). Cryopumps yêu cầu một máy nén lạnh để làm mát các bề mặt. Các máy bơm này có thể đạt được áp suất 7,5 x 10-10 Torr và có dải tốc độ bơm từ 1200 đến 4200 l / s.

Máy bơm Sputter Ion (Khô, Entrapment)

Máy bơm phún xạ ion bẫy các chất khí bằng cách sử dụng các nguyên tắc của sự phân tán (theo đó các vật liệu hoạt động hóa học kết hợp với các chất khí để loại bỏ chúng) và ion hóa (các phân tử khí được tạo ra dẫn điện và bắt giữ). Từ trường cao kết hợp với điện áp cao (4 đến 7kV), tạo ra một đám mây các ion dương điện tử (plasma) được lắng đọng trên một catốt titan và đôi khi là một catốt bổ sung thứ cấp bao gồm tantali. Cực âm thu giữ các khí, tạo ra một màng getter. Hiện tượng này được gọi là phún xạ. Cực âm phải được thay thế định kỳ. Các máy bơm này không có bộ phận chuyển động, bảo trì thấp và có thể đạt được áp suất thấp tới 7,5 x 10-12 Torr. Chúng có độ bơm tối đa là 1000 l / s.

Kết luận

Các loại máy bơm chân không khác nhau đã được mô tả ngắn gọn ở đây nhưng cần thảo luận chi tiết hơn về từng loại để hiểu đầy đủ những ưu điểm và hạn chế của từng công nghệ.

Công ty An Tài Lộc là đại diện chính thức thương hiệu bơm hút chân không Edwards tại Việt Nam,chúng tôi cung cấp sản phẩm và dịch vụ chính hãng . Khi khách hàng mua bơm hút chân không Edwards của chúng tôi sẽ được những kỹ sư lành nghề có nhiều kinh nghiệm được đào tạo bài bản từ hãng Edwards .

Một số lĩnh vực sử dụng bơm hút chân không Edwards như

Sản xuất chíp ,Điện thoại di động, Khí công nghiệp, Bán dẫn, Tấm pin năng lượng mặt trời, Sấy thăng hoa , Các phòng thí nghiệm, Các nhà máy sản xuất máy biến áp , các viện nghiên cứu , máy gia tốc , quang học , lò tôi chân không , các hệ thống coating .

Quý khách có nhu cầu về bơm hút chân không , dịch vụ bảo trì chuyên nghiệp xin vui lòng gọi số Hotline : 0915 933 355