پمپ توربو مولکولار

پمپهاي توربو مولكولار

پمپ توربو مولكولار يك نوع پمپ انتقال گاز است كه شبيه يك كمپرسور جريان محوري كه در موتور هاي جت ا ستفاده مي شود عمل مي كند. اين پمپ ها مجموعه اي از پره هاي متحرك هستند كه بوسيله پره هاي ساكن از يكديگر بصورت يك در ميان جدا شده اند و با سرعت بالا مي چرخند و گاز را از داخل يك محفظه خلاء مي مكند و به طرف يك پمپ روتاري كه به دهانه خروجي آن متصل شده است هدايت مي كنند. سرعت چرخش پره هاي متحرك در اين پمپها بسته به اندازه پمپ و طراحي شركت سازنده از 50000 الي 90000 دور بر دقيقه مي رسد.

پمپ توربو مولکولار

پمپ Turbovac 50

اصل فيزيكي حاكم بر عملكرد اين پمپها همان اصل عمل و عكس العمل است كه ميان يك مولكول گاز و يك سطح متحرك حادث مي شود. وقتيكه يك مولكول به يك سطح متحرك برخورد مي كند در جهت حركت سطح (پره هاي متحرك ) شتاب مي گيرد و با توجه به جهت حركت پره و زاويه آن به سمت جلو هدايت مي شود و از ميان پره ساكن عبور مي كند و به پره متحرك بعدي مي رسد. شيب پره هاي ساكن بگونه اي طراحي مي شود كه مانع حركت بازگشت به عقب مولكولها ي گاز شوند و تاثير مهم ديگر اين پره ها اين است كه مانع حركت جانبي مولكول مي شوند كه بوسيله پره متحرك ايجاد شده است و بدينوسيله مولكولها را به سمت جلو هدايت مي كنند.

سرعت چرخش پره و سرعت خطي ايجاد شده بوسيله ان بايد متناسب با سرعت حركت مولكول ها باشد. براي مثال هنگامي كه يك پره متحرك (روتور) با سرعت 60000 دور بر دقيقه مي چرخد و قطر متوسط پره هاي آن 5/7 سانتي متر است سرعت خطي در نوك پره 236 متر بر ثانيه خواهد بود. براي مقايسه ، سرعت حركت مولكول نيتروژن در دماي 20 درجه سانتي گراد 470 متر بر ثانيه است. مولكول هاي سنگين آرامتر حركت مي كنند و مولكول هاي سبك سريعتر (سرعت حركت هيدروژن 1900 متر بر ثانيه است ).

 پمپ توربو مولکولار برش خورده

پمپ توربو بصورت برش خورده

به همين دليل تخليه گازهاي سبك بوسيله پمپ توربو مولكولار بسيار مشكل است. زيرا احتمال زيادي وجود دارد كه بدون برخورد به پره هاي متحرك به سمت عقب برگردند. بنابراين هندسه پره ها و سرعت حركت انها نقش بسزايي در كارايي اين پمپ ها دارد. استفاده از يك پمپ روتاري دو مرحله اي براي رساندن فشار پشتيبان پمپ توربو مولكولار به كمتر از 0.1 میلی بار بسيار ضروري است بخصوص وقتيكه گاز هاي داراي وزن مولكولي پائين در حال پمپ شدن هستند.

عموما ساختار مكانيكي اين پمپها به دو گونه است :

1- جريان تكي : در اين نوع پمپ گاز از طريق يك فلنج بزرگ ( دهانه ورودي ) وارد پمپ شده و از طرف ديگر پمپ كه به پمپ روتاري متصل است خارج مي شود.

2- جريان دوگانه : در اين نوع پمپها گاز از نقطه مياني پمپ وارد شده ودر دو جهت مخالف جريان مي يابد (بالا و پائين) سپس بوسيله مجرايي كه در دو انتهاي پره ها قرار دارد به پمپ روتاري متصل مي شود.

با توجه به سرعت زياد اين پمپها در محل ياتاقان بندي گرماي زيادي توليد مي شود كه در پمپهاي بزرگتر بوسيله جريان اب و در پمپهاي كوچك بوسيله هواي ناشي از يك فن خنك كاري صورت مي پذيرد.

 

با توجه به سرعت بالاي روتور در اين پمپها بالانس ديناميكي آن از اهميت زيادي برخوردار است بطوريكه ايجاد يك عدم بالانس و يا ورود جريان بيش از حد گاز در سرعت هاي بالا ممكن است موجب از بين رفتن بيرينگها ي پمپ شود. (به همين منظور استفاده از توري محافظ در ورودي اين پمپها قويا توصيه می شود.)

عموما بيرينگهاي اين پمپ ها روغني هستند و بگونه اي طراحي مي شوند كه در زمان طول عمر كاري خود مرتبا خود را روغنكاري نمايند تا پمپ بتواند در سرعت ها ي بالا به كار بپردازد. با توجه به وزن زياد مولكول هاي روغن پمپ اكثر آنها را تخليه مي نمايد و آلودگي چنداني وارد محفظه خلاء نمي شود.

ولي در برخي از كاربرد هاي خاص نظير فيزيك هسته اي، آزمايشات علوم سطح، آناليز از طريق اندازه گيري طيف جرم و ليتو گرافي با استفاده از باريكه الكترون نياز به سيستمي با خلاء فو ق العاده تميز داريم در نتيجه در اين موارد از پمپهايي با ياتاقان هاي مغناطيسي استفاده مي شود. در اين روش روتور بوسيله ميدان مغناطيسي ايجاد شده بصورت معلق بين استاتور قرار مي گيرد در نتيجه هر گونه الودگي هيدروكربني حذف مي شود. استفاده از پمپهاي توربو مولكولار با ياتاقان مغناطيسي نتايج زير را به همراه دارد:

  • عدم تماس اصطكاكي بيرينگها
  • عدم نياز به روانكاري
  • ايجاد خلا بدون آلودگي
  • سرو صدا و لرزش كم
  • عدم نياز به خنك كاري
  • مي توان پمپ را در هر جهتي نصب نمود.

گرچه اين پمپها يك خلا بالاي تميز براي كاربردهاي خاص ايجاد مي كنند و مصرف انرژي آنها هم نسبت به پمپ ديفيوژن با سرعت تخليه برابر كمتر است ولي قيمت تمام شده آنها بسيار بالاست و نسبت به ورود جسم خارجي به محدوده پمپ بسيار حساسند و ممكن است آسيب هاي جبران ناپذير ببينند .