برچسب: تاریخچه پیدایش پمپ وکیوم

انواع پمپ وکیوم و یا پمپ خلاء به دستگاهی گفته می‌شود که مولکولهای گاز را از یک حجم  بسته حذف می‌کند تا به یک خلاء جزئی برسد. اولین پمپ خلاء در سال 1650 توسط اتو فون گریک اختراع شد.  قبل از آن پمپ مکش وجود داشته است.

تاریخچه پیدایش پمپ وکیوم

پیش از پمپ خلاء پمپ مکش توسط رومیان اختراع شده بود. مهندس عربی “الجزاری” پمپ های مکش را در قرن 13 معرفی کرد. مدل وی نسخه‌ی بزرگتر از سیفون‌هایی بود که بیزانتی‌ها برای خاموش کردن آتش استفاده می‌کردند. پمپ مکش بعدها در قرن 15در اروپا استفاده شد.

در سال 1654، اتو فون گوریک اولین پمپ خلاء را اختراع کرد و آزمایش نیمکره مشهور ماگدبورگ را انجام داد. او نشان داد که تیم‌های اسب نمی‌توانند دو نیمکره را که از هوا تخلیه شده جدا کنند. رابرت بویل طراحی گوریک را بهبود و آزمایشاتی بر روی خواص خلاء انجام داد. رابرت هوک نیز به بویل در تولید پمپ هوایی که به تولید خلاء کمک کرد. مطالعات درباره خلاء تا سال 1855ادامه داشت، زمانی که “هینریگز گایسلر” پمپ جابجایی جیوه را اختراع و به فشار حدود 10پاسکال رسید.

تعدادی از خواص الکتریکی در این سطح خلاء قابل مشاهده است و این اشتیاق به تولید خلاء را افزایش می‌دهد.

در قرن نوزدهم، نیکولا تسلا دستگاهی را طراحی کرد که دارای یک پمپ اسپرنگل برای ایجاد وکیوم زیاد بود.

انواع پمپ وکیوم

انواع پمپ وکیوم می‌توانند به طور گسترده‌ای بر اساس سه تکنیک طبقه بندی شوند:

• پمپ های جابجایی مثبت: از یک مکانیسم استفاده می‌کنند تا بطور مکرر مقداری از محفظه خلاء را بسته، تخلیه کرده و دوباره باز کنند.

• پمپ های انتقال (Momentum): که با نام پمپ‌های مولکولی نیز شناخته می‌شوند، از جت‌های سرعت بالا با مایع متراکم و یا پره‌های چرخشی سرعت بالا استفاده می‌کنند تا مولکول های گاز را از محفظه خارج کنند.

• انواع پمپ وکیوم جذبی: گاز را در حالت جامد جذب می‌کنند. این شامل کریوپمپ‌ها، پمپ‌های دریافت کننده و پمپ‌های یون می‌باشد.

پمپ‌های جابجایی مثبت برای وکیوم کم موثرند در حالی که پمپ های انتقال Momentum همراه با یک یا دو پمپ جابجایی مثبت، رایج ترین پیکربندی مورد استفاده برای رسیدن به وکیوم بالا هستند. در این پیکربندی، پمپ جابجایی مثبت دو هدف دارد.

• ابتدا مقداری از هوای مخزن تخلیه را می‌کند قبل از اینکه پمپ انتقال بتواند خلاء بالا را ایجاد کند، زیرا پمپ‌های انتقال موثر نمی‌توانند کار را در فشار اتمسفر شروع کنند.
• دوم، پمپ جابجایی مثبت، با تخلیه کردن مقداری از هوای مخزن باعث جلوگیری از انباشت مولکول‌ها در پمپ خلاء بالا، می‌شود.

در نهایت پمپ‌های جذبی می‌توانند برای رسیدن به وکیوم حداکثر اضافه شوند، اما این مدل‌ها نیاز به بازسازی دوره‌ای سطوحی که مولکول‌ها یا یون‌های هوا را  جذب می‌کنند دارند.

پمپ‌ها همچنین در جزئیات مانند تلرانس تولید، مواد آب بندی، فشار، جریان، پذیرش و یا عدم پذیرش بخار روغن، فواصل سرویس، قابلیت اطمینان، تحمل گرد و غبار، تحمل مواد شیمیایی، تحمل مایعات و ارتعاش متفاوت هستند.

پمپ جابجایی مثبت

خلاء جزئی ممکن است با افزایش حجم ظرف ایجاد شود. برای ادامه تخلیه یک اتاق به طور نامحدود بدون نیاز به رشد بی نهایت حجم، مقداری از محفظه خلاء را می‌توان بارها بسته و تخلیه کرد و دوباره آن را باز کرد. این اصل پشت پمپ جابجایی مثبت مانند پمپ وکیوم روتاری است. درون پمپ، دستگاه وکیوم یک حفره آب بند کوچک ایجاد می‌کند تا آن مقدار هوا را در جو تخلیه کند و این پروسه بارها تکرار می‌شود.

سیستم‌های پیچیده‌تر برای صنایع پیچیده‌تر استفاده می شود، اما اصل اصلی حذف حجم یکسان در هر سیکل است

پمپ های جابجایی مثبت پر استفاده:

همانند کمپرسورهای هوا، انواع اصلی پمپ‌های خلاء ، پمپ‌های جابجایی مثبت هستند.

• انواع پمپ وکیوم پیستونی – مزیت اصلی این نوع وکیوم آن است که می‌تواند خلأ های ​​نسبتا بالا را از 27 تا 28.5 اینچ جیوه به طور مداوم در تمام شرایط کاری ایجاد کند. عیب اصلی آن نیز ظرفیت کم، سر صدای زیاد و همچنین دارای ارتعاشاتی که به پایه منتقل می‌شود است. ساختار پیستونی برای وکیوم بالا و حجم کم مناسب است.
• پمپ‌های دیافراگمی – ساختار آن به شکلی است که با خم شدن یک دیافراگم در یک محوطه بسته، خلاء ایجاد می‌کنند. پمپ های دیافراگم کوچک در دو نوع تک مرحله و دو مرحله ساخته می‌شوند. تک مرحله خلأ تا 24 اینچ جیوه و دو مرحله خلأ تا 29 اینچ جیوه وکیوم ایجاد می‌کنند.
• دیافراگمی-پیستونی-این نوع طراحی ترکیبی از وزن سبک و اندازه جمع و جور است. با اندازه کوچک پمپ دیافراگمی و توانایی خلاء پمپ‌های پیستونی که تا 27.5 اینچ جیوه را در یک مرحله و تا 29 میلیمتر جیوه را در دو مرحله وکیوم می‌کنند. با این حال حجم جریان هوای محدودی دارند. بزرگترین مدل ساخته شده موجود با دو سیلندر تنها 2.7CFM  قدرت جابه جایی هوا را دارد.
• پمپ‌های روتاری – بیشتر پمپ های روتاری دارای توانایی خلاء پایین هستند. حدود 20 تا 28 اینچ جیوه. ولی برخی از مدل های دو مرحله دارای توانایی خلاء تا 29.5 اینچ جیوه هستند. با این حالطراحی روتاری مزایای قابل توجهی را ارائه می دهد: کوچک بودن؛ ظرفیت جریان بیشتر برای یک اندازه مشخص؛ هزینه کمتر (حدود 50 درصد کمتر برای جابجایی و سطح خلاء در موارد مشابه پیستونی) گشتاور پایین تر در شروع و در حال کار؛ آرام، بدون ارتعاش، دائم کار و تخلیه هوا بدون نیاز به یک مخزن گیرنده.
• پمپ های “اسکرو” و “لوب” – قابلیت خلاء این نوع پمپ‌ها مشابه پمپ پیستونی است، اما کارکرد آنها تقریبا بدون ارتعاش است. پمپ های خلاء Lobe، مانند کمپرسورهای اسکرو، از شکاف بین دو تیغه متحرک استفاده می‌کنند. جریان هوای بالا با توانایی خلاء محدود (حدود 15 میلیمتر جیوه) ولی قدرت وکیوم را می توان با مرحله بندی بهبود داد.

فشار پایه یک پمپ پیستونی که با پلاستیک و لاستیک آب بندی شده معمولا 1 تا 50 کیلو پاسکال است، در حالی که فشار پمپ اسکرول ممکن است تا 10 پاسکال برسد (در صورت نو بودن) و یک پمپ روتاری با یک محفظه تمیز و خالی به راحتی می تواند به 0.1 پاسکال برسد.

تکنیک‌های خلاء برای انواع پمپ وکیوم

پمپ‌های خلاء و روش های عملیاتی در انواع گسترده ای از سیستم‌های خلاء موجود هستند. گاهی اوقات نیز بیش از یک پمپ (به صورت سری یا موازی) استفاده می‌شود. خلاء جزئی می‌تواند با استفاده از یک پمپ جابجایی مثبت ایجاد شود که گاز را از یک پورت ورودی به یک پورت خروجی (اگزوز) انتقال می‌دهد. به دلیل محدودیت‌های مکانیکی ، چنین پمپ ها تنها می توانند خلاء کم را ایجاد کنند. برای رسیدن به یک خلاء بالاتر، باید از تکنیک‌های دیگر وکیوم معمولا به صورت سری (بعد از پمپ جابجایی مثبت) استفاده شود. در بعضی از نمونه‌ها ممکن است از یک پمپ روغنی روتاری (شایع ترین پمپ جابجایی مثبت) قبل از یک پمپ توربو مولکولی استفاده شود. بسته به میزان خلاء مورد نظر، انواع دیگری نیز وجود دارد.

دستیابی به خلاء بالا دشوار است زیرا تمام مواد موجود در خلاء باید به دقت برای خواص فیزیکی و فشار بخار آنها مورد بررسی قرار گیرند. به عنوان مثال، روغن ها، گریس ها و واشرهای لاستیکی یا پلاستیکی که برای آب بندی محفظه خلا استفاده می‌شوند، وقتی که در معرض خلاء قرار می‌گیرند، نباید بجوشند یا تولید گاز کنند که از ایجاد درجه مطلوب خلاء جلوگیری کند. اغلب تمام سطوح در معرض خلاء باید در دمای بالا برای راندن گازهای جذب شده پخته شوند.

چندین نوع از پمپ ها می‌توانند به صورت سری یا موازی استفاده شوند. در یک توالی پمپاژ معمولی، یک پمپ جابجایی مثبت برای حذف اکثر گازها از یک محفظه استفاده می‌شود. سپس یک پمپ جذبی برای فشار کمتر استفاده می‌شود. پمپ فریو یا توربو مولکولی میتواند فشار را به1میکروپاسکال برساند.

خلاء فوق العاده بالا به طور کلی نیاز به تجهیزات سفارشی و روش‌های عملیاتی دقیق و مقداری تجربه دارد. سیستم‌های خلاء فوق العاده بالا معمولا از فولاد ضد زنگ با فلنج های فلزی ساخته شده اند و محفظه معمولا تحت وکیوم پخته شده است، هنگامی که بخش عمده ای از مواد تخلیه می شود، سیستم می تواند برای کاهش فشار گازهای خروجی از طریق عملیات اصلی، خنک شود. بعضی از سیستم‌ها را با نیتروژن مایع به خوبی خنک می‌کنند تا در نهایت گاز باقی مانده را خارج کنند.

انواع پمپ وکیوم و کاربرد آنها

پمپ های خلاء در بسیاری از فرایندهای صنعتی و علمی از جمله فرایندهای قالب گیری پلاستیک کامپوزیت، تولید انواع  لامپ‌های الکتریکی، لوله‌های خلاء و CRT ها ( با تخلیه و شارژدوباره با مخلوط گاز) ، تولید نیمه هادیها از جمله کاشت یون، فوتولیتوگرافی، میکروسکوپ الکترونی، پروسه های پزشکی که نیاز به مکش دارند، غنی سازی اورانیوم، کاربردهای پزشکی مانند رادیوتراپی و رادیو‌فیزیولوژی، ابزارهای تحلیلی برای تجزیه و تحلیل گاز، مایع، جامد، سطح و مواد زیستی، خلاء روی شیشه، فلز و پلاستیک برای دکوراسیون، برای صرفه جویی در انرژی (شیشه های  دو جداره)، پوشش  سخت برای اجزای موتور (در فرمول یک)، ماشین آلات دوشیدن پستانداران و سایر تجهیزات در لبنیات، سرویس تهویه مطبوع (حذف تمام آلاینده ها قبل از شارژ با مبرد)، فشرده سازی زباله ، در زمینه فرآورده‌های نفتی، تعمیر و نگهداری ترانسفورماتور، همچنین پمپ‌های خلاء نقش مهمی در تصفیه روغن ترانسفورماتور دارند که برای افزایش طول عمر ترانسفورماتورها استفاده می‌شوند.