Aðgerð Principle of Turbomolecular Pump

Turbomolecular dæla er tegund af tómarúm dælu, yfirborðslega svipað turbopump, notað til að fá og viðhalda háu lofttæmi. Þessar dælur vinna á þeirri forsendu að gas sameindir geti fengið skriðþunga í viðeigandi átt með endurteknum árekstri við hreyfanlegt fast yfirborð. Í turbomolecular dælu, snýst hratt snúandi aðdáandi snúningur "gas" sameindir frá inntaki dælunnar í átt að útblásturslofti til að búa til eða viðhalda lofttæmi.

Rekstrarreglur

Flestir turbomolecular dælur ráða mörg stig, hver samanstendur af snöggum snúningsblöð og kyrrstöðu statorblöðapar. Kerfið virkar eins og þjöppu sem setur orku í gasið frekar en að taka það út. Gas sem er tekin af efri stigum er ýtt inn í neðri stig og síðan þjappað niður í þrepið sem er undir loftþrýstingi. Þegar gasameindirnir koma inn í inntakið, hefur rotorinn, sem hefur fjölda hornhneigðra, áhrif á sameindina. Þannig er vélrænni orkan blaðanna flutt til gasameindanna. Með þessu nýlega keypti skriðþunga, kemst gasasameindin inn í gasflæði holur í stator. Þetta leiðir þá til næsta áfanga þar sem þau koma aftur á móti við yfirborðið, og þetta ferli er haldið áfram og leiðir þá að lokum út í gegnum útblásturinn.

Vegna hlutfallslegrar hreyfingar snúnings og stator, sameinast aðallega neðri hlið blaðanna. Vegna þess að blaðsyfirborðið lítur niður, mun flestir dreifðir sameindirnir láta það niður. Yfirborðið er gróft, þannig að engin spegilmynd mun eiga sér stað. Blade þarf að vera þykkt og stöðugt fyrir háþrýsting og eins þunnt og mögulegt er og örlítið bogið til hámarksþjöppunar. Við mikla þjöppunarhlutfall er hálsurinn milli aðliggjandi rotorblöðra sem bendir eins mikið og mögulegt er í framábaki. Við mikla flæði er blöðin 45 ° og nær nærri ásinni.

Vegna þess að þjöppun á hverju stigi er ~ 10, er hvert stig nær útrásinni töluvert minni en undanfarin inntaksstig. Þetta hefur tvær afleiðingar. The rúmfræðileg framfarir segja okkur að óendanlega stigum gæti helst passað inn í endanlegan axial lengd. Endanlegt lengd í þessu tilfelli er fullur hæð húsnæðisins sem legur, mótorinn og stjórnandi og sumir af kælirunum er hægt að setja inn á ásinn. Radially, til að skilja eins mikið af þunnt gas við innganginn, inntak hlið rotors myndi helst hafa stærri radíus og samsvarandi hærri miðflótta gildi; Tilvalin blað myndi verða veldisvænari í átt að ábendingum sínum og kolefnistrefjum ætti að styrkja álblöðin. Hins vegar vegna þess að meðalhraði blaðsins hefur áhrif á að dæla svo mikið er þetta gert með því að auka rótarþvermálið frekar en þvermál þvermálinnar þar sem það er hagnýt.

Frammistöðu turbomolecular dæla er mjög tengd við tíðni snúningsins. Þegar snúningshraði eykst snúast snúningsblöðin meira. Til að auka hraða og draga úr aflöguninni hefur verið mælt með stífri efni og mismunandi hönnun blaða.

Turbomolecular dælur verða að starfa við mjög mikla hraða og núningshitinn byggir á hönnunarmörkum. Sum turbomolecular dælur nota segulaga legur til að draga úr núningi og olíumengun. Vegna þess að segulmagnaðir og hitahringur leyfa aðeins takmarkaða úthreinsun á milli snúnings og stator, eru blöðin á háþrýstingunum nokkuð degenerated í einn helical filmu hvor. Ekki er hægt að nota laminarflæði til að dæla, vegna þess að laminar hverflar stela þegar þær eru ekki notaðar við hönnuð flæði. Dælan er hægt að kólna niður til að bæta þjöppunina, en ætti ekki að vera svo kalt að þétta ís á blaðunum. Þegar tindur er stöðvaður getur olían frá stuðningsþrýstinum komið aftur í gegnum túrbóluna og mengað hólfið. Ein leið til að koma í veg fyrir þetta er að kynna köfnunarefnisflæði gegnum dæluna. Umskiptin frá tómarúm til köfnunarefnis og frá gangi til kyrrstöðva þarf að samstilla nákvæmlega til að koma í veg fyrir vélrænan streitu á dæluna og ofþrýsting við útblástursloftið. Þunnt himna og loki við útblástursloftið ætti að bæta til að vernda túpuna úr of mikilli bakþrýstingi (td eftir rafmagnsleysis eða leka í stuðningsþrýstingi).

Snúran er stöðug í öllum sex frítíma sínum. Ein gráðu er stjórnað af rafmótoranum. Í lágmarki verður þessi gráðu að vera stöðug með rafrænum hætti (eða með demantískum efnum, sem er of óstöðugt til notkunar í nákvæmni dælubili). Önnur leið (að horfa á tjón í segulmagnaðir á háum tíðnum) er að búa til þetta mál sem ás með kúlu í hvorri endann. Þessar kúlur eru inni í holrænum kyrrstæðum kúlum. Á yfirborði hverrar kúlu er kistillarmynstur innra og út á að fara í segulsviðslínur. Eins og skýringarmynd kyrranna er snúið, snýr rotorinn. Í þessari byggingu er enginn ásur stöðugur á kostnað við að gera annan ás óstöðug en allir ásar eru hlutlausar og rafeindabúnaðurinn er minna álagaður og mun verða stöðugri. Hall áhrif skynjarar geta verið notaðir til að skynja snúning stöðu og aðrar gráður frelsis er hægt að mæla rakastig.

Hámark þrýstingur

Við þrýsting við andrúmsloftið er meðalhraði loftsins um 70 nm. Turbomolecular dæla getur aðeins unnið ef þessir sameindir högg við hreyfingu blöðin ná til kyrrstöðu blaðanna áður en þeir eru í sambandi við aðra sameindir á leiðinni. Til að ná því þarf bilið milli hreyfanlegra blaða og kyrrstöðu blað að vera nálægt eða minna en meðalhraðinn. Frá hagnýtri byggingarstöðu er raunhæft bil milli blaðsettanna í röðinni 1 mm, þannig að turbopump muni stela (ekki netdæla) ef það er búið beint í andrúmsloftið. Þar sem meðallausa leiðin er í öfugu hlutfalli við þrýsting verður dælan að dæla þegar útblástursþrýstingur er minni en um það bil 10 Pa (0,10 mbar) þar sem meðalvegurinn er um 0,7 mm.

Flestir turbopumps hafa Holweck dæla (eða sameinda dráttardæla) sem síðasta áfanga þeirra til að auka hámarksþrýstingsþrýsting (útblástursþrýsting) í um það bil 1-10 mbar. Fræðilega er hægt að nota miðflótta dælu, hliðarásdælu eða endurnýjunardælu til að koma aftur í loftþrýsting beint, en nú er ekki til staðar nein turbopump sem útblástur beint út í andrúmsloftið. Í flestum tilfellum er útblásturinn tengdur við vélrænni stuðningsdælu (venjulega kallaður gróftdæla) sem veldur þrýstingi sem er nógu lítill til þess að túrbólódælan dælur geti unnið á skilvirkan hátt. Venjulega er þessi stuðningsþrýstingur undir 0,1 mbar og almennt um 0,01 mbar. Þrýstingsþrýstingur er sjaldan undir 10-3 mbar (meðalhraði ≈ 70 mm) vegna þess að flæðiþol lofttæmipípunnar milli turbopump og gróftpumpinn verður veruleg.

Turbomolecular dæla getur verið mjög fjölhæfur dæla. Það getur búið til margar lofttegundir frá millistigstungu (~ 10-2 Pa) upp í mjög hátt tómarúmstig (~ 10-8 Pa).

Hægt er að tengja margar turbomolecular dælur í rannsóknarstofu eða framleiðslustöð með rörum í lítinn stuðningsdælu. Sjálfvirkir lokar og dreifingardælur eins og innspýting í stórum dælubúnaði fyrir framan dæluna dregur úr ofþrýstingi frá einni dælu til að stela annarri dælu.