Vákuové čerpadlá sú základnými zariadeniami v mnohých priemyselných odvetviach, od vedeckého výskumu až po výrobu, a dokonca aj v každodenných spotrebičoch. Ich základným účelom je odstrániť molekuly plynu z uzavretého priestoru, čím sa vytvorí vákuum. Zatiaľ čo konečný cieľ je rovnaký, metódy použité na jeho dosiahnutie sa výrazne líšia, čo vedie ku klasifikáciivákuové pumpyna tri základné typy na základe princípov ich fungovania. Pochopenie týchto rozdielov je kľúčové pre výber správneho čerpadla pre konkrétnu aplikáciu.
Typ 1: Objemové čerpadlá
Objemové vývevy sú možno najintuitívnejším typom vývevy, ktoré sa vyznačujú mechanickým pôsobením na zachytávanie a vytláčanie plynu.
Pracovný princíp
Mechanické zachytenie a vyhostenie
Tieto čerpadlá fungujú tak, že mechanicky zachytia pevný objem plynu zo vstupu, stlačia ho a potom ho vytlačia cez výstup. Tento proces je cyklický, pričom pri každom zdvihu alebo rotácii sa pohybuje diskrétne množstvo plynu. Bežné mechanizmy zahŕňajú piesty, rotujúce lopatky alebo membrány.
Vhodné pre hrubé až stredné vákuum
Objemové čerpadlású vysoko účinné v rozsahu od atmosférického tlaku až po stredné úrovne vákua. Často sa používajú ako primárne čerpadlá na zníženie tlaku predtým, ako iné typy čerpadiel môžu prevziať vyššie úrovne vákua.
Typické príklady a aplikácie
Bežné typy: Rotačné lopatkové, membránové, piestové čerpadlá
Príklady zahŕňajú rotačné lopatkové čerpadlá, ktoré používajú rotujúci excentrický rotor s lopatkami na prečerpávanie plynu amembránové čerpadlá, ktoré využívajú pružnú membránu na vytvorenie sania a kompresie. Do tejto kategórie patria aj piestové čerpadlá.
Micro vzduchové čerpadlá PinMotor
V sektore mikro-púmp, PinMotor'smikro vzduchové čerpadlávrátanemikro vákuové pumpy, sú hlavnými príkladmi technológie objemového pohybu. Tieto kompaktné a efektívne čerpadlá sú široko používané v lekárskych prístrojoch, analytických prístrojoch a zariadeniach na monitorovanie životného prostredia, kde poskytujú presný podtlak alebo uľahčujú prenos plynu v miniatúrnych systémoch.
Typ 2: Čerpadlá na prenos hybnosti
Prečerpávacie čerpadlá hybnosti fungujú na inom princípe, pri pohybe molekúl plynu sa spoliehajú na kinetickú energiu-vysokorýchlostného prúdu.
Pracovný princíp
Vysokorýchlostné molekulárne kolízie
Tieto čerpadlá fungujú tak, že do vákuovej komory privádzajú vysokorýchlostný prúd tekutiny (často olejové pary alebo rýchlo rotujúce lopatky). Molekuly plynu vstupujúce do vývevy sa zrážajú s týmto vysokorýchlostným prúdom-, získavajú na sile, a sú tak nasmerované k výfuku vývevy, preč z vákuovej komory.
Vhodné pre vysoké až ultra{0}}vysoké vákuum
Čerpadlá na prenos hybnosti sú najúčinnejšie pri nižších tlakoch a zvyčajne sa používajú na dosiahnutie vysokých až ultra{0}}vysokých úrovní vákua. Zvyčajne vyžadujú apredné-čerpadlo(objemové čerpadlo), aby sa najprv znížil tlak na úroveň, pri ktorej môže čerpadlo na prenos hybnosti efektívne fungovať.
Typické príklady a aplikácie
Bežné typy: Turbomolekulárne čerpadlá, difúzne čerpadlá
Turbomolekulárne čerpadlá využívajú rýchlo sa otáčajúce lopatky rotora na dodávanie hybnosti molekulám plynu, zatiaľ čo difúzne čerpadlá využívajú vysokorýchlostné prúdy pary na strhávanie molekúl plynu. Obidve sú rozhodujúce pre dosiahnutie veľmi nízkych tlakov.
Oblasti použitia
Tieto čerpadlá sú nenahraditeľné v oblastiach vyžadujúcich extrémne podmienky vákua, ako je vedecký výskum (napr. urýchľovače častíc, elektrónové mikroskopy), výroba polovodičov a povrchová analýza.
Typ 3: Zachytávacie/zachytávacie čerpadlá
Zachytávacie alebo zachytávacie čerpadlá fungujú tak, že fyzicky odstraňujú molekuly plynu z vákuovej komory prostredníctvom adsorpcie, kondenzácie alebo chemických reakcií.
Pracovný princíp
Fyzikálna adsorpcia alebo chemická reakcia
Na rozdiel od ostatných dvoch typov, ktoré fyzicky pohybujú plyn, zachytávacie čerpadlázachytiťmolekuly plynu na povrchu v pumpe. K tomu môže dôjsť prostredníctvom rôznych mechanizmov:kryopumpyochladzovať povrchy na extrémne nízke teploty, čo spôsobuje kondenzáciu a zamrznutie molekúl plynu;iónové čerpadláionizovať molekuly plynu a urýchľovať ich na getrový materiál; agetrové čerpadlápoužívať chemicky reaktívne materiály na absorbovanie molekúl plynu.
Vhodné pre ultra{0}}vysoké vákuum
Tieto čerpadlá sú obzvlášť účinné pri dosahovaní a udržiavaní úrovní ultra{0}}vysokého vákua (UHV) a extrémneho ultra{1}}vysokého vákua (XUHV), pretože do vákuového prostredia nevnášajú žiadne pohyblivé časti ani pracovné tekutiny.
Typické príklady a aplikácie
Bežné typy: Kryopumpy, iónové pumpy, Getrové pumpy
Kryopumpy sú široko používané v komorách na spracovanie polovodičov a na simuláciu vesmíru. Iónové čerpadlá sú obľúbené pre ich čistú-prevádzku bez vibrácií v aplikáciách, ako sú urýchľovače častíc a povrchová veda. Getrové čerpadlá sa často používajú ako doplnkové čerpadlá na udržanie úrovne vákua.
Oblasti použitia
Ich primárne aplikácie sú vo vysoko citlivých prostrediach, kde sú potrebné najnižšie možné tlaky a najčistejšie vákuum, ako je napríklad výskum pokročilých materiálov, nanášanie tenkých{0}}vrstvov a experimenty s energiou jadrovej syntézy.
Záver: Výber správnej vákuovej technológie
Výber vhodnej vákuovej pumpy je kritickým rozhodnutím, ktoré závisí od niekoľkých faktorov, vrátane požadovanej úrovne vákua, rýchlosti čerpania, typu plynu, ktorý sa má odsať, nákladových úvah a špecifického prostredia aplikácie. Každý typ vákuovej pumpy-objemu, prenosu hybnosti a zachytávania-vyniká v rôznych rozsahoch vákua a aplikáciách.