หลักการทำงานปั๊มสุญญากาศ How Does a Vacuum Pump Work
ปั๊มสุญญากาศเป็นอุปกรณ์ที่กำจัดโมเลกุลของก๊าซหรืออนุภาคอากาศออกจากปริมาตรที่ปิดสนิท เพื่อให้เกิดความแตกต่างของความดันทำให้เกิดสุญญากาศบางส่วน ปั๊มสุญญากาศได้รับการออกแบบโดยใช้เทคโนโลยีที่หลากหลายตามความต้องการด้านแรงดันและการใช้งานที่ปั๊มให้บริการ เมื่อตั้งค่าระบบปั๊มสุญญากาศ การกำหนดขนาดตามพารามิเตอร์ที่ถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด
ปั๊มสุญญากาศทำงานอย่างไร
สุญญากาศเป็นพื้นที่ที่ไม่มีสสาร โดยที่ความดันก๊าซภายในปริมาตรนี้ต่ำกว่าความดันบรรยากาศ หน้าที่หลักของปั๊มสุญญากาศคือการเปลี่ยนแรงดันในพื้นที่ว่างเพื่อสร้างสุญญากาศทั้งหมดหรือบางส่วน ไม่ว่าจะโดยกลไกหรือทางเคมี ความดันจะพยายามทำให้เท่ากันเสมอในบริเวณที่เชื่อมต่อกัน เนื่องจากโมเลกุลของก๊าซจะไหลจากสูงไปต่ำจนเต็มพื้นที่ทั้งหมดของปริมาตรนั้น ดังนั้นหากมีการเปิดพื้นที่ความกดอากาศต่ำใหม่ ก๊าซจะไหลจากบริเวณความกดอากาศสูงไปยังบริเวณความกดอากาศต่ำใหม่จนกว่าจะมีความดันเท่ากัน สังเกตว่ากระบวนการสุญญากาศนี้ไม่ได้เกิดจากการ "ดูด" ก๊าซ แต่เป็นการผลักโมเลกุล โดยพื้นฐานแล้วปั๊มสุญญากาศจะย้ายโมเลกุลของก๊าซจากบริเวณหนึ่งไปยังอีกบริเวณหนึ่งเพื่อสร้างสุญญากาศโดยการเปลี่ยนสถานะแรงดันสูงและต่ำ
พื้นฐานของปั๊มสุญญากาศ
เมื่อโมเลกุลถูกกำจัดออกจากพื้นที่สุญญากาศ การกำจัดโมเลกุลเพิ่มเติมจะยากขึ้นเป็นทวีคูณ ซึ่งจะเป็นการเพิ่มพลังสุญญากาศที่จำเป็น ช่วงความดันแบ่งออกเป็นหลายกลุ่ม:
สุญญากาศหยาบ/ต่ำ: 1,000 ถึง 1 mbar / 760 ถึง 0.75 Torr
สุญญากาศละเอียด/ ปานกลาง: 1 ถึง 10-3 mbar / 0.75 ถึง 7.5-3 Torr
สุญญากาศสูง: 10-3 ถึง 10-7 mbar / 7.5-3 ถึง 7.5-7 Torr
สุญญากาศสูงพิเศษ: 10-7 ถึง 10-11 mbar / 7.5-7 ถึง 7.5-11 Torr
สุญญากาศสูงมาก: < 10-11 mbar / < 7.5-11 Torr
ปั๊มสุญญากาศจำแนกตามช่วงแรงดันที่สามารถทำได้เพื่อช่วยแยกแยะความสามารถ การจำแนกประเภทเหล่านี้คือ:
ปั๊มหลัก (สำรอง) ที่จัดการช่วงแรงดันสุญญากาศที่หยาบและต่ำ
บูสเตอร์ปั๊มรองรับช่วงแรงดันต่ำและปานกลาง
ปั๊มทุติยภูมิ (สุญญากาศสูง) รองรับช่วงแรงดันสุญญากาศสูง สูงมาก และสูงพิเศษ
เทคโนโลยีปั๊มสุญญากาศจะพิจารณาทั้งแบบเปียกและแบบแห้ง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดด้านแรงดันและการใช้งาน ปั๊มแบบเปียกใช้น้ำมันหรือน้ำในการหล่อลื่นและปิดผนึก ในขณะที่ปั๊มแบบแห้งไม่มีของไหลในช่องว่างระหว่างกลไกการหมุนหรือส่วนที่ไม่หยุดนิ่งซึ่งใช้ในการแยกและบีบอัดโมเลกุลของก๊าซ หากปราศจากการหล่อลื่น ปั๊มแบบแห้งจะมีค่าความคลาดเคลื่อนต่ำมากเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่สึกหรอ ให้เราดูวิธีการบางอย่างที่ใช้ในปั๊มสุญญากาศ
จับปั๊ม
ปั๊มดักจับ หรือที่เรียกว่าปั๊มดักจับ ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้ และใช้สำหรับงานที่ต้องการแรงดันสุญญากาศสูงมาก หากไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ ปั๊มดักจับสามารถสร้างสภาพแวดล้อมสุญญากาศได้โดยใช้สองวิธีที่แตกต่างกัน
Cryopump (แบบแห้ง, แบบทุติยภูมิ): แรงดัน 7.5 x 10-10 Torr, ความเร็วในการสูบ 1200 – 4200 I/s
วิธีการหนึ่งที่ใช้โดยปั๊มดักจับ คือการดักจับโมเลกุลของก๊าซผ่านไครโอเจนิกส์เพื่อดักจับโมเลกุลของก๊าซ Cryopumps ใช้เทคโนโลยีการแช่แข็งเพื่อแช่แข็งหรือดักก๊าซไว้บนพื้นผิวที่เย็นจัด ด้วยการใช้อุณหภูมิที่เย็นจัด พวกมันดึงโมเลกุลเข้าด้านในอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อสร้างสุญญากาศ
ปั๊มไอออนแบบสปัตเตอร์ (แบบแห้ง, แบบทุติยภูมิ): แรงดัน 7.5 x 10-12 Torr, ความเร็วในการสูบ 1,000 I/s
ปั๊มไอออนแบบสปัตเตอร์ใช้สนามแม่เหล็กสูงและการแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุลก๊าซเพื่อทำให้โมเลกุลของก๊าซเป็นตัวนำไฟฟ้าเป็นวิธีการดักจับ สนามแม่เหล็กสร้างเมฆไอออนอิเล็กโทรโพสิทีฟที่สะสมไว้บนแคโทดไททาเนียม ในกระบวนการนี้ วัสดุที่ใช้งานทางเคมีจะรวมตัวกับโมเลกุลของก๊าซเพื่อดึงพวกมันเข้ามาและสร้างสุญญากาศ
โอนปั๊ม
ปั๊มขนถ่ายสามารถทำงานได้สองวิธี พลังงานจลน์หรือ Positive Displacement ปั๊มถ่ายโอนจะผลักโมเลกุลของก๊าซออกจากที่ว่างผ่านระบบ สิ่งที่พวกเขามีเหมือนกันคือพวกเขาทั้งหมดใช้วิธีการผลักดันก๊าซและอากาศผ่านระบบกลไกในช่วงเวลาต่างๆ ของระบบ เป็นเรื่องปกติที่ปั๊มถ่ายโอนหลายตัวจะถูกใช้พร้อมกันเพื่อให้สุญญากาศและอัตราการไหลสูงขึ้น เป็นเรื่องปกติที่จะใช้ปั๊มถ่ายโอนหลายตัวในระบบเพื่อให้มีการทำงานซ้ำซ้อนในกรณีที่ปั๊มทำงานล้มเหลว
ปั๊มไคเนติก
Kinetic Pumps ใช้หลักการของโมเมนตัมผ่านใบพัด (ใบมีด) หรือการนำไอระเหยเพื่อดันก๊าซไปทางทางออก
ปั๊มเทอร์โบโมเลกุล (แห้ง, ทุติยภูมิ): แรงดัน 7.5 x 10-11 Torr, ความเร็วในการสูบ 10 – 50,000 I/s
ปั๊ม Kinetic ทั้งหมดเป็นปั๊มสำรองเนื่องจากใช้สำหรับงานที่มีแรงดันสูง วิธีการแบบแห้งวิธีหนึ่งคือปั๊ม Turbomolecular ซึ่งใช้ใบมีดหมุนความเร็วสูงภายในห้องที่ขับเคลื่อนโมเลกุลของก๊าซ การถ่ายโอนโมเมนตัมจากใบพัดที่หมุนไปยังโมเลกุลของก๊าซจะเพิ่มอัตราการเคลื่อนที่ไปยังทางออก ปั๊มเหล่านี้ให้แรงดันต่ำและมีอัตราการถ่ายโอนต่ำ
ปั๊มกระจายไอระเหย (แบบเปียก, แบบทุติยภูมิ): แรงดัน 7.5 x 10-11 Torr, ความเร็วในการสูบ 10 – 50,000 I/s ปั๊มกระจายไอระเหย ใช้งานสูง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น