Prinsip operasi pam Turbomolecular

Pam turbomolecular adalah sejenis pam vakum, seakan sama seperti yang turbopump, digunakan untuk memperolehi dan mengekalkan vakum yang tinggi. Pam ini berfungsi pada prinsip bahawa molekul gas boleh diberi momentum dalam arah yang dikehendaki oleh perlanggaran berulang dengan permukaan pepejal yang bergerak. Dalam pam turbomolecular, Tmn pesat rotor kipas 'hits' molekul gas daripada inlet pam ke arah ekzos untuk mencipta atau mengekalkan kekosongan jawatan.

Prinsip-prinsip operasi

Kebanyakan turbomolecular pam menggunakan berbilang peringkat, masing-masing yang terdiri daripada cepat berputar rotor blade dan pegun stator bilah sepasang. Sistem ini berfungsi seperti pemampat yang meletakkan tenaga ke dalam gas, dan bukannya mengambil. Gas yang ditangkap oleh peringkat atas ditolak ke dalam peringkat-peringkat yang lebih rendah dan berturut-turut dimampatkan ke tahap tekanan itu-vakum (bantuan pam). Seperti molekul gas masuk melalui salur masuk dalam, rotor, yang mempunyai beberapa bilah mencondong, hits molekul. Oleh itu tenaga mekanikal bilah-bilah ini dipindahkan kepada molekul-molekul gas. Dengan momentum ini baru diperoleh, molekul gas memasuki lubang pemindahan gas di dalam stator. Ini membawa mereka ke peringkat yang seterusnya di mana mereka lagi collide dengan permukaan rotor, dan proses ini berterusan, akhirnya mendorong mereka keluar melalui ekzos.

Kerana pergerakan relatif rotor dan stator, molekul preferentially memukul bahagian bawah bilah-bilah ini. Kerana permukaan bilah kelihatan, kebanyakan molekul-molekul yang berselerak akan meninggalkan ia menurunkan. Permukaan yang kasar, jadi tiada pantulan akan berlaku. Bilah perlu menjadi tebal dan stabil untuk operasi tekanan yang tinggi dan yang nipis serta mungkin sedikit bent untuk mampatan maksimum. Bagi nisbah pemampatannya yang tinggi tekak antara elok bersebelahan adalah mengarahkan seberapa banyak yang mungkin ke arah hadapan. Kadar aliran yang tinggi bilah-bilah ini di 45° dan mencapai berdekatan dengan paksi.

Kerana pemampatan setiap peringkat adalah ~ 10, setiap peringkat lebih dekat ke outlet adalah jauh lebih kecil daripada peringkat inlet sebelumnya. Ini mempunyai dua kesan. Janjang geometri memberitahu kita bahawa tidak terhingga berperingkat sebaik-baiknya dapat dimuatkan ke dalam tempoh bersama paksi yang terbatas. Tempoh terhad dalam kes ini adalah kemuncak penuh perumahan yang di galas, motor dan pengawal dan beberapa alat pendingin yang boleh dipasang di dalam pada paksi. Radially, untuk memahami sebanyak mungkin gas yang nipis di pintu masuk, rotor bahagian inlet menginap sebaik-baiknya mempunyai jejari lebih besar, dan emparan sejajar dengan itu lebih tinggi; bilah yang ideal akan mendapatkan pesat nipis ke arah tips mereka dan gentian karbon perlu memperkukuhkan bilah aluminium. Walau bagaimanapun, kerana purata kelajuan daripada bilah menjejaskan mengepam begitu banyak ini dilakukan dengan meningkatkan diameter akar dan bukannya dengan diameter Petua di mana praktikal.

Prestasi pam turbomolecular amat berkaitan dengan kekerapan rotor ini. Seperti meningkatkan rpm, bilah-bilah rotor ini memesongkan sinaran lebih. Untuk meningkatkan kelajuan dan mengurangkan kecacatan itu, bahan-bahan stiffer dan reka bentuk pisau yang berbeza telah telah mencadangkan.

Turbomolecular pam mesti beroperasi pada kelajuan sangat tinggi, dan pembentukan haba geseran mengenakan had-had rekabentuk. Sesetengah pam turbomolecular menggunakan magnet galas bagi mengurangkan pencemaran minyak dan geseran. Kerana di galas magnet dan suhu kitaran membenarkan hanya pelepasan terhad antara rotor dan stator, bilah-bilah ini peringkat tekanan tinggi yang agak degenerated ke dalam satu heliks Kerajang masing-masing. Aliran laminar tidak boleh digunakan untuk mengepam, kerana turbin laminar gerai apabila tidak digunakan pada aliran direka bentuk. Pam boleh menyejuk untuk memperbaiki pemampatan, tetapi tidak begitu sejuk tentang terpeluwap ais pada bilah-bilah ini. Apabila turbopump yang dihentikan, minyak yang dihasilkan dari bantuan vakum yang boleh backstream melalui turbopump dalam dan contaminate Dewan. Salah satu cara untuk mencegah hal ini adalah untuk memperkenalkan satu aliran laminar nitrogen melalui pam. Peralihan dari vakum untuk nitrogen dan berjalan ke turbopump yang masih perlu disegerakkan dengan tepat untuk mengelakkan tekanan mekanikal kepada pam dan anggota pada ekzos. Membran yang nipis dan injap pada ekzos perlu ditambah untuk melindungi turbopump di daripada tekanan belakang yang berlebihan (contohnya selepas kegagalan kuasa atau kebocoran dalam vakum sokongan).

Rotor yang stabil dalam semua dengan enam darjah kebebasan. Satu darjah ditadbir oleh motor elektrik. Minimal, ijazah ini mesti stabil secara elektronik (atau oleh bahan yang diamagnetic, yang juga tidak stabil untuk digunakan dalam satu persis pam galas). Satu lagi cara (mengabaikan kerugian dalam teras magnetik pada frekuensi-frekuensi tinggi) adalah untuk membina galas ini sebagai satu paksi dengan sfera di setiap hujung. Ini sfera di dalam sfera berongga statik. Di permukaan setiap sfera merupakan pola checkerboard ke dalam dan ke luar akan garis-garis medan magnet. Kerana corak checkerboard sfera yang statik diputar, putar rotor ini. Dalam pembinaan ini tiada paksi adalah stabil yang dibuat pada kos membuat satu lagi paksi tidak stabil, tetapi semua paksi neutral dan pengawalseliaan elektronik adalah kurang tertekan dan akan menjadi lebih dinamik stabil. Penderia kesan Hall boleh digunakan untuk mengesan kedudukan putaran dan yang lain-lain darjah kebebasan boleh dikira capacitively.

Tekanan maksimum yang

Pada tekanan atmosfera, laluan percuma min udara adalah kira-kira 70 batu nautika. Pam turbomolecular boleh bekerja hanya jika molekul tersebut dilanggar oleh bilah-bilah ini bergerak sampai ke bilah-bilah ini tidak bergerak sebelum colliding dengan molekul lain cara mereka. Untuk mencapai matlamat itu, jurang antara bilah bergerak dan tidak bergerak bilah mesti dekat atau kurang daripada min jalan percuma. Dari sudut pembinaan yang praktikal, boleh dilaksanakan jurang antara set pisau adalah atas arahan 1 mm, jadi turbopump yang akan gerai (tiada bersih mengepam) jika habis terus ke atmosfera. Sejak laluan percuma min adalah berkadar songsang dengan tekanan, turbopump yang akan mengepam apabila tekanan ekzos kurang daripada kira-kira 10 Pa (0.10 mbar) di mana laluan percuma min adalah kira-kira 0.7 mm.

Turbopumps kebanyakan mempunyai pam Holweck (atau pam molekul drag) sebagai peringkat akhir mereka untuk meningkatkan maksimum sandaran tekanan (ekzos tekanan) kepada kira-kira 1-10 mbar. Secara teorinya, pam emparan, bahagian saluran pam, atau pam regeneratif boleh digunakan untuk kembali ke tekanan atmosfera secara langsung, tetapi pada masa ini terdapat tiada turbopump yang tersedia secara komersil yang dilepaskan melalui ekzos ke atmosfera. Dalam kebanyakan kes, ekzos bersambung ke pam sokongan Mekanikal (biasanya dipanggil pam roughing) yang menghasilkan rendah tekanan cukup bagi pam turbomolecular untuk bekerja dengan cekap. Biasanya, tekanan sokongan ini adalah di bawah 0.1 mbar dan biasanya kira-kira 0.01 mbar. Tekanan sokongan adalah jarang di bawah 10−3 mbar (bermakna laluan percuma ≈ 70 mm) kerana rintangan aliran paip vakum turbopump di antara pam roughing menjadi penting.

Pam turbomolecular boleh pam sangat fleksibel. Ia boleh menjana banyak darjah vakum dari pertengahan vakum (~ 10−2 Pa) sehingga tahap vakum yang ultra tinggi (~ 10−8 Pa).

Pelbagai turbomolecular pam dalam makmal atau kilang boleh dihubungkan dengan tiub untuk pam kecil sokongan. Injap automatik dan pam penyebaran seperti suntikan ke dalam tiub penampan yang besar di hadapan pam sokongan menghalang mana-mana anggota dari satu pam untuk pam lain gerai.