Основни увод у вакуумске пумпе и вакуумску опрему

1 Класификација и примена вакуумских опсега

Вакуум се одређује величином притиска. Свако побољшање нивоа вакуума у реду величине одговара режеј молекуларној густини гаса и чистијем физичком окружењу, покривајући све сценарије од конвенционалне индустријске обраде до најсавременијих фундаменталних физичких истраживања.

• Грубо вакуум (105 ~ 102 Па) Примене: Руковање материјалима путем индустријских сисачких чаша, вакуумне паковање хране, вакуум формирање, груба вакуумна филтрација и други општи цивилни и лаки индустријски процеси.
• Средњи вакуум (102 ~ 10−1 Па) Примене: Вакуумско топлотно обрађивање, вакуумско замрзавање материјала, вакуумска дестилација и пречишћавање у хемијској индустрији, вакуумско импрегнирање делова.
• Високи вакуум (10−1 ~ 10−5 Па) Примене: Оптичко и магнетроно спотерерско премазивање, посматрање електронском микроскопијом, вакуумско металуршко топљење, израда полупроводничких уређаја.
• Ултра-висок вакуум (УХВ, ＜ 10−5 Па) Примене: физичка анализа површине (СЕМ/ХПС), камери убрзавача честица, симулација ваздушно-космичке средине, вакуумне камере за нуклеарне фузијске уређаје.
• Екстремно висок вакуум (XHV, ＜ 10−9 Па) Примене: Инструменти за детекцију гравитационих таласа, најсавременији експерименти у фундаменталној физици, истраживање ултрачисте површине, производња ултрапрецизних инструмената.

2 Општи оквир класификације вакуумских пумпа

Као основна опрема за производњу вакуума, вакуумске пумпе се категоризују по три димензије: принцип рада, опсег радног притиска и средство за запљуштање / марење. Избор модела захтева свеобухватну процену захтева за чистоћу, циљног нивоа вакуума, брзине пумпања и производних трошкова.

2.1 Класификација по принципу рада

• Пумпе за пренос гаса Гас се континуирано преноси механичким покретом, што представља најшироко усвојену категорију у индустрији. Подељен је на пумпе са позитивним изменама (ротационе пумпе, реципроциране пумпе) и пумпе за пренос импулма (турбомолекуларне пумпе, млазне пумпе).
• Помазање пумпа Молекули гаса се иммобилишу кроз криогену адсорпцију или хемијске реакције без континуираног гасног испарења, првенствено распоређени за УХВ и ХХВ окружења. Типични типови укључују криопумпе и путер ионске пумпе.

2.2 Класификација по опсегу радног притиска

• Предње пумпе / пумпе за грубост : Евакуира атмосферски притисак како би се успоставио почетни груби вакуум, који служи као основна јединица свих вакуумских система.
• Главне пумпе : Додају висок/ультрависок вакуум који су потребни технолошким процесима, делујући као примарни извор вакуума опреме.
• Бустер пумпе : Устављени у серији између предње и главне пумпе за побољшање ефикасности пумпања у опсегу средње вакуум; Корене пумпе су репрезентативни тип.

2.3 Класификација по запломбивачу и лубрикационом средству

• Улазнице за вакуумске пумпе : Вакуумско уље обезбеђује запечатање и марење, са великом брзином пумпања и ниским трошковима набавке. Недостатак је ретрострим нафтне паре, што захтева сепараторе нафтне магла. Погодан за металургију, механичку обраду и друге апликације са нестрогим захтевима за чистоћу.
• Сухе вакуумске пумпе : Безмасловно запломбивање и марење потпуно елиминишу контаминацију уљевим паром, са поједностављеним постоперативним одржавањем. Они су преферирани избор за процесе високе чистоће као што су производња полупроводника, фармацеутска производња и прецизни премаз.

3 Главне вакуумске пумпе са позитивним помером

3.1 Ротативне пумпе са запечаћеним уљем

3.1.1 Принцип рада и структура

Кључне компоненте се састоје од статора, ексцентричног ротора и еластичних пелена. Специјализовано вакуумско уље попуњава шупљину пумпе, формирајући уље за запечаћивање механичких прозорца и пружање масти. Ротација покреће центрифугално кретање лопасти за завршетак секвенцијалних цикла сисања, компресије и издувања. Двостепене ротационе пумпе за лопате усвајају серијску компресију како би постигли супериорни крајњи вакуум у поређењу са моделама са једном степеном. Додатке за гасни балласни вентил: Сув ваздух се увози у компресијску комору како би се смањио парцијални притисак водене паре, спречавајући течност паре и контаминацију уља за процесе са водном паром.

3.1.2 Карактеристике перформанси

Брзина пумпања остаје стабилна у широком опсегу притиска и постепено се распада како се притисак уступа смањује. Двостепене јединице пружају крајњи притисак од 10−3~10−4 Па, што их чини основном опремом за груби и средњи вакуум и стандардне предње пумпе за системе са високим вакуумом.

3.1.3 Пријаве и критеријуми за избор

• Типичне примене: Пумпање шума за све високовакуумске системе, пуњење хладником за хладничку опрему, сушење хране замрзавањем, вакуумско паковање електронских компоненти, основни процеси премаза.
• Индикатори за избор: Ефикасна брзина пумпања (одређује трајање евакуације), крајњи притисак, конфигурација гасне баласте, монтаж за раздвајање масне масне масте.
• Оперативна ограничења: морају бити инсталирани хладни замци или молекуларна сита како би се блокирао ретрострим уље за чишћење осетљивих процеса; пред-филтри су обавезни за струје гаса са прашином; корозивни и запаљиви/експлозивни гасови се не могу директно пум

3.2 Корене пумпе (бустер пумпе)

3.2.1 Принцип рада

Пара ротора фигуре осам унутар шупљине пумпе се синхронно окреће у супротним правцима под покретом прецизних зуба без физичког контакта, преносећи гас кроз периодичну варијацију запремине. У оквиру тела пумпе не постоји унутрашња компресија; диференцијал притиска изгуса у потпуности се снабдева предним пумпама (роторне пумпе или суве пумпе), стога корене пумпе морају радити у серији са предним пумпама као пумпаном комплектом Унутрашњи бипас вентил аутоматски смањује притисак када диференцијални притисак прелази праг како би се избегло прегревање ротора и напад. Свака Рутс пумпа има критичан однос компресије; повратни ток гаса се јавља ако стварни однос притиска прелази ово гранично ниво.

3.2.2 Карактеристике перформанси

Одржи стабилну велику брзину пумпања у опсегу средњег вакуума од 103 ~ 10−2 Па, значајно повећавајући укупну ефикасност пумпања комбинованих вакуумских система као стандардне опреме за подстицање.

3.2.3 Пријаве и критеријуми за избор

• Типичне апликације: вакуумско металуршко топљење, оптичко/електронско вакуумско премазивање, вакуумска топлотна обрада радног комада, брзо евакуација великих вакуумских комора.
• Потреба за избором: Однос брзине пумпања корене пумпе према предње пумпе препоручује се као 5:1 ~ 10: 1; покретни и континуирани оперативни диференцијални притисак морају бити строго контролисани; за континуиран рад велике снаге усвојио се хлађење водом, док је хлађење вазду

3.3 Серија сувих вакуумских пумпа (чисте пумпе без уља)

Сухе пумпе раде без запечатања или марења на бази уља, потпуно елиминишући контаминацију уљевим паром и задовољавајући сценарије високе чистоће, укључујући производњу полупроводника, производњу фармацеутских производа и прецизне аналитичке инструменте. Следеће су наведене четири главне врсте:

• Помпе за ноге Гас се компресира у више фаза парма неконтактних ротора у облику ногља. Осећа се на стабилно функционисање, толеранцију на малу прашинку и опционално чишћење азота за заштиту од експлозије, погодно за непрестано 24 сата грубо пумпање у грубом и средњем вакууму.
• Заврти суве пумпе Двоструки вијачки ротори се помећују да би остварили изотрму компресију, постижући високе односе компресије у једној фази са директним атмосферским издувником. Пустоће пумпе могу бити премазене антикорозијским материјалима за управљање проценама струја који садрже паре и корозивне гасове, широко примењене у ецу полупроводника, депозицији ТВД танких филмова, фотоволтајском премазу и фармацеутском сушењу.
• Скрол Сух пумпе Односно орбитално кретање између фиксираних и орбиталних плоча ролл формира континуиране компресијске коморе. Компактни отпечатак, ниска бука и вибрација, и ниска стопа неуспеха чине буцање пумпе идеалним за лабораторијске масне спектрометре, детекторе цурења хелија и друге мале прецизне инструменте.
• Многостепени суви пумпе за корен Многе парке Роотс ротора повезане су у серији за стадијну компресију гаса, пружајући велику брзину пумпања и директну атмосферску излучну перформансу, широко распоређену у великим индустријским производним линијама за полупроводнике и фотоволтаику.

4 Вакуумске пумпе за пренос импулма (главне пумпе за висок вакуум)

4.1 Турбомолекуларне пумпе

4.1.1 Принцип рада

Многостепени брзи ротирајући лопати ротора и стационарни лопати статора распоређени су наизменично. Ротори се окрећу са десетинама хиљада обртаја у минути, преносећи импулс молекулама гаса путем сукоба како би се управљао усмерним транспортом гаса. Већина комерцијалних пројеката усваја композитну турбину-холовецк структуру како би се уравнотежила висока брзина пумпања и висок однос компресије. Сносници компресије су изузетно високи за тешке гасове као што је аргон, али релативно ниски за лаке гасове (водород, хелијум), што захтева пред-евакуацију одговарајућим предним пумпама. Доступне су две конфигурације лежаја: јефтине механичке лежаје смазане масно-мастиним / уљеним фитиљама и напредне потпуно магнетне левитационе лежаје са бесконтактним радњем, ниском вибрацијом и продуженом животном ставом.

4.1.2 Апликације и смернице за избор

Крайни вакуум се креће од 10−2 до 10−9 Па. Без уља и чисте, турбомолекуларне пумпе служе као главна централна пумпа за процесе високог вакуума, укључујући полупроводничко ПВД премазивање, пренос/сканирање електронске микроскопије, масно спектрометрију и ваздухопловне и свемирске симула Кључни фактори за избор: одговарајући брзини пумпања предње пумпе, ограничавање максималног притиска у улазу како би се избегло преоптерећење, хлађење водом за моделе велике снаге, изоловање од вибрација и магнетно штитило током инсталације. Непримерно излагање атмосферском притиску је забрањено, јер ће изазвати трајну штету лопатима турбине.

4.2 Дифузијске пумпе за уље

4.2.1 Принцип рада

Силиконско уље или полифенил етер радна течност се загрева да би се генерисали суперсонични усмерни струјеви паре, који увлаче и компресирају молекуле гаса путем вискозног сукоба за пумпање. Многостепени фракционирање млазнице потисне ретростримње уља. Нема покретних механичких компоненти који обезбеђују стабилан рад, низак трошак одржавања, велику брзину пумпања и висок однос трошкова и перформанси. Главни недостатак је ретростримски пренос нафтне паре, који захтева хладне замке или високоефикасне бафле за заштиту вакуумних комора.

4.2.2 Апликације и смернице за избор

Достиже крајњи вакуум од 10−6 ~ 10−9 Па, широко се користи за декоративно премазивање великих површина, премазивање оптичких сочива, вакуумске пећи за топлотну обраду и велике ваздухопловне просторске симулационе коморе. Критеријуми за избор: одговарајући номинални дијаметар коморе, интегрисани систем грејања са контролисаном температуром; потребан је комплет пумпе за ротирање коренима као шума за одржавање предвакуума испод 10 Па. Силиконско уље је пожељно за апликације са великим вакуумом, док је минерално уље ограничено на нискостандардне индустријске процесе. Тенденција у индустрији: Турбомолекуларне суве пумпе постепено замењују пумпе за дифузију уља у производњи прецизних полупроводника, али пумпе за дифузију уља остају незаменљиве за велике комбе и индустријске процесе са умереним захтевима за чистоћу због њихове

4.3 Парове млазне пумпе

Парова под високим притиском се претварају у суперсонични струјни ток кроз Лавалну млазницу, која уноси и меша циљни гас како би се остварило пумпање. Без покретних механичких делова, стручне пумпе имају ултра-ниску стопу неуспеха и могу директно обрађивати струје гаса које садрже честице, корозивне медије и запаљиве/експлозивне супстанце. Многостепени серијски монтаж постиже грубо ниво вакуума од стотина Паскала. Главне апликације обухватају вакуумску дестилацију у петрохемијској индустрији, вакуумску рафинирање растворених челика у металургији, вакуумско сушење материјала у великом обиму и вакуумске системе за електране. Параметри за избор: притисак и потрошња паре, проток хладне воде, прилагођени материјал за пумпу у складу са корозивношћу гаса и проводњом.

5 Помазање пумпа за ултрависок вакуум

5.1 Криопомпе

5.1.1 Принцип рада

Г-М криокулер генерише криогенске хладне плоче у две фазе: примарна фаза (5080 К) заробљава водну пару и угљоводороде; секундарна фаза (1015 К) кондензира азот, кисеоник и аргон. Активни угљен обложен на секундарним хладним плочама адсорбује лаке гасове као што су водоник и хелијум путем физичке адсорпције. Када се насити адсорбованим гасом, хладне плоче се загревају на 100200 °C за регенерацију како би се вратио капацитет пумпања, са радом без уља и нултом рекстримминга током цикла.

5.1.2 Примене и оперативне спецификације

Крайњи вакуум достиже 10−9 Па, који се користи у имплантацији полупроводничких јона, магнетронском прскању, оптичком испаравачком премазу, нуклеарној фузији и истраживању површинске физике. Пре покретања, предње пумпе морају грубо да просуше комору до испод 1 Па и потпуно суше вакуумски систем; директно покретање под високим притиском са обилном водном паром довеће до хладног главе леденика и трајне штете. Фактори за избор укључују топлотну оптерећење коморе, трајање циклуса регенерације и дизајн бафлера против рекстреаминга.

5.2 Пумпе за ионске прљавце

5.2.1 Принцип рада

Пенинг пуњење се индукује под ортогоналним електромагнетним пољима како би јонизовало молекуле гаса. Високоенергетски јони бомбардују титанијске катоде како би се испуцали свежи активни титанијски филмови. Реактивни гасови формирају стабилна једињења путем хемијске реакције са титанијским филмовима, док су водоник и други лаки гасови заробљени унутар титанијумских кристалних решетина. Без ротирајућих механичких делова, јонске пумпе обезбеђују рад без вибрација са целим металом без масла и ултра-дугом непрестано радном временом без одржавања. Ограничења: Мала брзина пумпања за инертне гасове (He, Ar), која захтева додатну комбинацију са титанијумским сублимационим пумпама или криопумпама.

5.2.2 Апликације и смернице за избор

Крайњи вакуум може се проширити до 10−11 Па, погодан за електронске микроскопе, убрзаваче честица, XPS / AES површинске аналитичке инструменте и истраживачке објекте са екстремно високим вакуумом. Уграђени трајни магнети генеришу лутају магнетна поља, што захтева сигурно постављање удаљености од прецизне опреме за електронски зрак. Пре-евакуација на 10−2 Па је обавезна за покретање. Не дозвољава се директна пумпање прашине и паре угљен-водорода како би се спречила отровања и оштећења електрода.

5.3 Титањске сублимационе пумпе (ТСП) и неиспариве гетерске пумпе (НЕГ)

Обе служе као помоћне пумпе за УХВ/ХХВ системе, обично у комбинацији са јонским пумпама и криопумпама:

• Титанове сублимационе пумпе (TSP) : Титанове влакна или пелети се загревају високом струјом како би се подигли титанови атоми и формирали адсорпциони филмови на хладним зидовима за реактивно улажење гаса. "Предност" за производњу "уреда" за производњу "уреда" за производњу "уреда" за производњу "уреда" за производњу "уреда" за производњу "уреда" за производњу "уреда" за производњу "уреда" за производњу "уреда" за
• Неиспариве Геттер пумпе (НЕГ) : Зр-В-Фе легура се активира на 400450 °C да би формирала порезне структуре, остварујући хемијску адсорпцију водоника, угљен моноксида, угљен-диоксида и водене паре на собној температури. Без вибрација и без уља са продуженом трајањем, неефикасан за метан и инертне гасове. Примарне апликације: синхротронски прстени за складиштење зрачења, убрзавачи честица и висококвалитетна полупроводничка опрема, која се користе за изградњу чистих УХВ/ХХВ система и гаранцију стабилног квалитета зрака и експерименталне поузданости.

6 Општа методологија за избор вакуумских пумпа

Избор вакуумске пумпе не може да се ослања само на циљну ниво вакуума; потребна је вишедимензионална крстоваревација:

• Циљна ниво вакуума : Успореди комбинације главне и предње пумпе према грубим/средњим/вишим/утврдно високим вакуумским класификацијама технолошких процеса.
• Стандарди чистоће : Сухе пумпе, криопумпе и јонске пумпе имају приоритет за полупроводнике, фармацеутске производе и прецизну анализу; ротационе пумпе са маслом и дифузијске пумпе са маслом су прихватљиве за металургију, паковање и индустриј
• Услови процесних гасова : Прумпе за ротацију са баластом за гас за струје са водом; префилтри за гас који садржи прашину; антикорозијске бутане суве пумпе за корозивне медије; интеграција криопомпе за велике инртне гасове; експлозионски отпорне згруж
• Успоредивање брзине пумпања : Већа запремина коморе и стопа цурења захтевају већу брзину пумпања; однос брзине пумпања 5:1 ~ 10:1 мора се одржавати између пумпа за подстицање корени и предних пумпа; турбомолекуларне пумпе и криопумпе захтевају одговарајућу проток
• Капитални и трошкови одржавања : Ротативне пумпе са запечаћеним уљем нуде ниске почетне трошкове за краткорочно интермитантно функционисање; суве пумпе су оптималне за дугорочну континуирану чисту производњу; пумпе за дифузију уља су економичне за велике коморе са умереним захте

Укратко, вакуумске технологије ослањају се на комбиноване конфигурације различитих типова пумпа како би покриле комплетне индустријске ланере од основне производње до најсавременијих фундаменталних истраживања. Непрекидно побољшање нивоа вакуума и чистоће животне средине покрећу технолошку итерацију у производњи, науци о материјалима, полупроводницима, ваздухопловству и основној физици.