Αρχή λειτουργίας του στροβιλομοριακή αντλία

Ένα στροβιλομοριακή αντλία είναι ένα είδος αντλίας κενού, επιφανειακά παρόμοια με ένα turbopump, που χρησιμοποιείται για την απόκτηση και τη διατήρηση υψηλού κενού. Αυτές οι αντλίες λειτουργούν βάσει της αρχής ότι μόρια αερίου μπορεί να δοθεί ώθηση σε μια επιθυμητή κατεύθυνση από επαναλαμβανόμενη σύγκρουση με μια κινούμενη στερεή επιφάνεια. Σε μια στροβιλομοριακή αντλία, μια ταχύτατα γυρίζοντας στροφέα ανεμιστήρων «χτυπά» μόρια αερίων από το στόμιο εισόδου της αντλίας προς την εξάτμιση προκειμένου να δημιουργήσουν ή να διατηρήσουν ένα κενό.

Αρχές λειτουργίας

Οι περισσότερες αντλίες Στροβιλομοριακή απασχολούν πολλαπλά στάδια, το καθένα αποτελούμενο από ένα γρήγορα περιστρεφόμενο ρότορα λεπίδα και εν στάσει στάτη λεπίδα ζευγάρι. Το σύστημα λειτουργεί όπως ένα συμπιεστή που βάζει ενέργειας το φυσικό αέριο, αντί να παίρνετε έξω. Αερίου που συλλαμβάνονται από τα ανώτερα στάδια είναι έσπρωξε σε χαμηλότερα στάδια και διαδοχικά να συμπιεστεί στο επίπεδο της πίεσης προσκήνιο κενού (αντλία υποστήριξη). Καθώς τα μόρια του αερίου που εισέρχονται μέσω της εισόδου, το στροφέα, ο οποίος έχει μια σειρά από υπό γωνία λεπίδες, χτυπά τα μόρια. Επομένως η μηχανική ενέργεια των λεπίδων μεταφέρεται με τα μόρια του αερίου. Με αυτή τη δυναμική νεοαποκτηθέντα, τα μόρια του αερίου συνάπτει τις τρύπες μεταφορά φυσικού αερίου στο στάτη. Αυτό τους οδηγεί στο επόμενο στάδιο όπου συγκρούονται και πάλι με την επιφάνεια του ρότορα, και αυτή η διαδικασία συνεχίζεται, τελικά, οδηγώντας τους προς τα έξω μέσω της εξάτμισης.

Λόγω της σχετικής κίνησης του ρότορα και στάτορα, μόρια κατά προτίμηση χτυπήσει κάτω πλευρά των λεπίδων. Γιατί η επιφάνεια της λεπίδας κοιτάζει προς τα κάτω, τα περισσότερα από τα διάσπαρτα μόρια θα αφήσω προς τα κάτω. Η επιφάνεια είναι τραχιά, έτσι θα προκύψει καμία αντανάκλαση. Μια λεπίδα πρέπει να είναι παχύ και σταθερό για υψηλές πιέσεις λειτουργίας και τόσο λεπτό όσο το δυνατόν και ελαφρώς λυγισμένα για μέγιστη συμπίεση. Για υψηλές αναλογίες συμπίεσης του λαιμού μεταξύ των παρακείμενων πτερύγια δείχνει όσο γίνεται προς τα εμπρός. Για υψηλά ποσοστά ροής των λεπίδων είναι 45 ° και φτάσετε κοντά στον άξονα.

Επειδή η συμπίεση του κάθε σταδίου είναι ~ 10, κάθε στάδιο πιο κοντά στην πρίζα είναι σημαντικά μικρότερη από τα προηγούμενα στάδια εισόδου. Αυτό έχει δύο συνέπειες. Η γεωμετρική πρόοδο μας λέει ότι άπειρο στάδια θα μπορούσε ιδανικά να ταιριάζει σε ένα πεπερασμένο αξονικού μήκους. Το πεπερασμένο μήκος σε αυτή την περίπτωση είναι το πλήρες ύψος της κατοικίας όπως τα ρουλεμάν, κινητήρα και ελεγκτής και μερικά από τα ψυγεία μπορούν να εγκατασταθούν εσωτερικά στον άξονα. Ακτινικά, να κατανοήσουν τόσο πολύ από το λεπτό αέριο στην είσοδο, οι φτερωτές πλευρά κολπίσκων θα ιδανικά έχουν μεγαλύτερη ακτίνα, και αντίστοιχα υψηλότερες φυγόκεντρη δύναμη? ιδανικό λεπίδες θα πάρει εκθετικά λεπτότερη προς τις άκρες τους και ίνες άνθρακα θα πρέπει να ενισχύσουν τα πτερύγια αλουμινίου. Ωστόσο, επειδή η μέση ταχύτητα του μια λεπίδα επηρεάζει άντληση τόσο πολύ, αυτό γίνεται με την αύξηση της διαμέτρου της ρίζας αντί για τη διάμετρο άκρη όπου είναι πρακτικό.

Η απόδοση ενός στροβιλομοριακή αντλία συνδέεται στενά με τη συχνότητα του στροφέα. Καθώς αυξάνει το rpm, οι λεπίδες στροφέων εκτρέψει περισσότερο. Για να αυξήσει την ταχύτητα και μειώνει την παραμόρφωση, έχουν προταθεί πιο σκληρή υλικά και τα σχέδια διαφόρων λεπίδα.

Στροβιλομοριακή αντλίες πρέπει να λειτουργούν σε πολύ υψηλές ταχύτητες, και η συσσώρευση θερμότητας τριβής επιβάλλει περιορισμούς σχεδιασμού. Ορισμένες αντλίες Στροβιλομοριακή Χρησιμοποιήστε Μαγνητικά ρουλεμάν για τη μείωση της τριβής και λάδι μόλυνση. Επειδή τα μαγνητικά ρουλεμάν και η θερμοκρασία κύκλους επιτρέπουν μόνο ένα περιορισμένο διάκενο μεταξύ ρότορα και στάτορα, οι λεπίδες στα στάδια υψηλής πίεσης είναι κάπως εκφυλίστηκε σε ένα ενιαίο ελικοειδή εξουδετερώνει κάθε. Στρωτής ροής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την άντληση, επειδή στρωτή στρόβιλοι στάβλο όταν δεν χρησιμοποιείται η σχεδιασμένη ροή. Η αντλία μπορεί να δροσιστεί για τη βελτίωση της συμπίεσης, αλλά δεν πρέπει να είναι τόσο κρύο ώστε να συμπυκνώσει πάγο στα πτερύγια. Όταν διακοπεί ένα turbopump, το λάδι από το κενό της τη δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας μπορεί να backstream μέσω του turbopump και μολύνουν το Επιμελητήριο. Ένας τρόπος για να αποφευχθεί αυτό είναι να εισαγάγει μια στρωτή ροή του αζώτου μέσω της αντλίας. Η μετάβαση από το κενό στο άζωτο και από ένα τρέξιμο για να ένα ακόμα turbopump έχει να συγχρονιστούν ακριβώς για να αποφύγουμε την μηχανική καταπόνηση για την αντλία και υπερπίεσης κατά την εξάτμιση. Για την προστασία της turbopump από υπερβολική πίεση πίσω (π.χ. μετά από μια διακοπή ρεύματος ή διαρροές στο κενό τη δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας) πρέπει να προστεθεί μια λεπτή μεμβράνη και μια βαλβίδα στην εξάτμιση.

Ο ρότορας έχει σταθεροποιηθεί σε όλες τις έξι βαθμούς ελευθερίας. Ένα βαθμό διέπεται από τον ηλεκτροκινητήρα. Ελάχιστα, αυτό το βαθμό θα σταθεροποιηθούν ηλεκτρονικά (ή από ένα διαμαγνητικά υλικό, το οποίο είναι πολύ ασταθής για να χρησιμοποιηθεί σε ένα ακρίβειας ρουλεμάν αντλίας). Ένας άλλος τρόπος (αγνοώντας απώλειες σε μαγνητικούς πυρήνες στις υψηλές συχνότητες) είναι να κατασκευάσει αυτό έχοντας ως άξονα με μια σφαίρα σε κάθε τέλος. Αυτές τις σφαίρες είναι μέσα στο κοίλο στατική σφαίρες. Στην επιφάνεια του κάθε σφαίρα είναι ένα μοτίβο σκακιέρας της προς τα μέσα και προς τα έξω πηγαίνοντας γραμμές του μαγνητικού πεδίου. Καθώς περιστρέφεται το μοτίβο σκακιέρας της στατικής σφαίρες, το στροφείο περιστρέφεται. Σε αυτή την κατασκευή χωρίς άξονα είναι γίνεται σταθερό το κόστος της κάνοντας έναν άλλο άξονα ασταθής, αλλά όλους τους άξονες είναι ουδέτερα και η ηλεκτρονική ρύθμιση είναι λιγότερο τόνισε και θα είναι πιο σταθερή δυναμικά. Αισθητήρες Hall effect μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αίσθηση της περιστροφής θέσης και των άλλων βαθμών ελευθερίας μπορεί να μετρηθεί χωρητικά.

Μέγιστη πίεση

Υπό ατμοσφαιρική πίεση, η ελεύθερη και ανεμπόδιστη διαδρομή του αέρα είναι περίπου 70 nm. Ένα στροβιλομοριακή αντλία μπορεί να λειτουργήσει μόνο εάν εκείνοι μόρια χτυπήσει από την συγκινητική λεπίδες φτάσει τις σταθερές λεπίδες πριν συγκρουστεί με άλλα μόρια στο δρόμο τους. Για να επιτευχθεί αυτό, το χάσμα μεταξύ κινείται λεπίδες και σταθερές λεπίδες πρέπει να είναι κοντά ή λιγότερο από ό, τι η μέση ελεύθερη διαδρομή. Από άποψη πρακτική κατασκευή, ένα εφικτό χάσμα μεταξύ των δύο συνόλων λεπίδα είναι της τάξης του 1 mm, έτσι ώστε ένα turbopump θα καθυστερήσουν (καμία καθαρή άντληση) Εάν εξαντληθεί άμεσα με την ατμόσφαιρα. Δεδομένου ότι η μέση ελεύθερη διαδρομή είναι αντιστρόφως ανάλογη προς την πίεση, ένα turbopump θα αντλία όταν η πίεση εξαγωγής είναι λιγότερο από περίπου 10 Pa (0.10 mbar) όπου η μέση ελεύθερη διαδρομή είναι περίπου 0.7 mm.

Οι περισσότεροι turbopumps έχουν μια Holweck αντλία (ή μοριακή μεταφορά αντλία) ως τους τελευταίο στάδιο να αυξηθεί η μέγιστη υποστήριξη πίεση (πίεση εξάτμισης) σε περίπου 1 – 10 mbar. Θεωρητικά, μια φυγοκεντρική αντλία, αντλία κανάλι πλευρά ή μια αναγεννητική αντλία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να δημιουργήσετε αντίγραφα σε ατμοσφαιρική πίεση άμεσα, αλλά προς το παρόν δεν υπάρχει καμία εμπορικά διαθέσιμα turbopump που εξαντλεί απευθείας στην ατμόσφαιρα. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η εξάτμιση είναι συνδεδεμένο με μια μηχανική υποστήριξη αντλία (συνήθως ονομάζεται εκχόνδρισης αντλία) που παράγει μια χαμηλή πίεση αρκετά για την στροβιλομοριακή αντλία να λειτουργεί αποτελεσματικά. Συνήθως, αυτή η υποστήριξη πίεση είναι κάτω από 0,1 mbar και συνήθως περίπου 0.01 mbar. Η πίεση υποστήριξη είναι σπάνια κάτω 10−3 mbar (σημαίνει ελεύθερη πορεία ≈ 70 mm) επειδή η αντίσταση ροής του κενού σωλήνα μεταξύ του turbopump και το εκχόνδρισης αντλία γίνεται σημαντική.

Το στροβιλομοριακή αντλία μπορεί να είναι ένα πολύ ευπροσάρμοστο αντλία. Αυτό μπορεί να δημιουργήσει πολλούς βαθμούς του κενού από ενδιάμεσο κενό (~ 10−2 Pa) έως εξαιρετικά υψηλά επίπεδα κενού (~ 10−8 Pa).

Πολλαπλές Στροβιλομοριακή αντλίες σε ένα εργαστήριο ή εργοστάσιο κατασκευής μπορούν να συνδεθούν με σωλήνες σε μια αντλία μικρή υποστήριξη. Αυτόματες βαλβίδες και αντλία διάχυσης σαν ένεση σε ένα μεγάλο σωλήνα buffer-μπροστά από την αντλία υποστήριξη αποτρέπει τυχόν υπερπίεση από μία αντλία να καθυστερήσουν μια άλλη αντλία.