Turbomolecular पम्प का प्रचालन सिद्धांत

एक turbomolecular पंप निर्वात पंप का एक प्रकार है, सतही रूप से एक turbopump के समान, प्राप्त करने के लिए और उच्च वैक्यूम बनाए रखने के लिए इस्तेमाल किया । इन पंपों सिद्धांत है कि गैस के अणुओं एक चलती ठोस सतह के साथ दोहराया टक्कर द्वारा एक वांछित दिशा में गति दी जा सकती है पर काम करते हैं । एक turbomolecular पंप में, एक तेजी से कताई प्रशंसक रोटर ' हिट ' निकास की दिशा में पंप के प्रवेश से गैस अणुओं के लिए बनाने के लिए या एक निर्वात बनाए रखने के लिए ।

ऑपरेटिंग सिद्धांत

अधिकांश turbomolecular पंपों कई चरणों को रोजगार, एक जल्दी घूर्णन रोटर ब्लेड और स्टेशनरी stater ब्लेड जोड़ी से मिलकर । प्रणाली एक कंप्रेसर कि गैस में ऊर्जा डालता है, बजाय इसे बाहर ले जाने की तरह काम करता है । ऊपरी चरणों द्वारा कैप्चर की गई गैस निचली अवस्थाओं में धकेली जाती है और क्रमिक के स्तर को संकुचित कर देती है-वैक्यूम (समर्थन पम्प) दबाव । के रूप में गैस अणुओं प्रवेश के माध्यम से दर्ज करें, रोटर, जो angled ब्लेड के एक नंबर है, अणुओं हिट । इस प्रकार ब्लेड की यांत्रिक ऊर्जा गैस अणुओं को हस्तांतरित कर दिया है । इस नए अधिग्रहीत गति के साथ, गैस अणुओं stater में गैस हस्तांतरण छेद में प्रवेश । यह उंहें अगले चरण जहां वे फिर से रोटर की सतह के साथ टकराने की ओर जाता है, और इस प्रक्रिया को जारी रखा है, अंत में उंहें अग्रणी निकास के माध्यम से बाहर ।

रोटर और stater के सापेक्ष गति की वजह से, अणुओं तरजीह ब्लेड के निचले हिस्से मारा । क्योंकि ब्लेड की सतह नीचे दिखता है, बिखरे हुए अणुओं के अधिकांश इसे नीचे की और छोड़ देंगे । सतह किसी न किसी तरह है, तो कोई प्रतिबिंब हो जाएगा । एक ब्लेड के लिए मोटी और उच्च दबाव आपरेशन के लिए स्थिर और संभव के रूप में और थोड़ा अधिकतम संपीड़न के लिए तुला के रूप में पतली की जरूरत है । उच्च संपीड़न अनुपात आसंन रोटर ब्लेड के बीच गले के लिए जितना आगे की दिशा में संभव के रूप में इशारा कर रहा है । उच्च प्रवाह दरों के लिए ब्लेड 45 डिग्री पर है और अक्ष के करीब पहुंच ।

प्रत्येक चरण के संपीड़न ~ 10 है, क्योंकि प्रत्येक चरण आउटलेट के करीब काफी पूर्ववर्ती प्रवेश चरणों की तुलना में छोटा है । यह दो परिणाम है । ज्यामितीय प्रगति हमें बताता है कि अनंत चरणों आदर्श एक परिमित अक्षीय लंबाई में फिट सकता है । इस मामले में परिमित लंबाई बीयरिंग के रूप में आवास की पूरी ऊंचाई है, मोटर, और नियंत्रक और कूलर के कुछ धुरी पर अंदर स्थापित किया जा सकता है । रेडियल, प्रवेश द्वार पर पतली गैस के रूप में ज्यादा काबू करने के लिए, प्रवेश साइड रोटर आदर्श रूप से एक बड़ा त्रिज्या है, और तदनुसार उच्च केंद्रापसारक बल; आदर्श ब्लेड उनके सुझावों और कार्बन फाइबर एल्यूमीनियम ब्लेड मजबूत करना चाहिए की दिशा में तेजी से पतले हो जाएगा । हालांकि, क्योंकि एक ब्लेड की औसत गति इतना यह जड़ व्यास बढ़ाने के बजाय टिप व्यास जहां व्यावहारिक द्वारा किया जाता है पंप को प्रभावित करता है ।

एक turbomolecular पंप के प्रदर्शन दृढ़ता से रोटर की आवृत्ति से संबंधित है । के रूप में rpm बढ़ जाती है, रोटर ब्लेड अधिक से ध्यान हटाने । गति बढ़ाने के लिए और विकृति को कम करने के लिए, कड़ा सामग्री और अलग ब्लेड डिजाइन का सुझाव दिया गया है ।

Turbomolecular पंपों बहुत उच्च गति से काम करना चाहिए, और घर्षण गर्मी buildup डिजाइन सीमाएं लगाता है । कुछ turbomolecular पंप चुंबकीय बीयरिंग का उपयोग करने के लिए घर्षण और तेल संदूषण को कम । क्योंकि चुंबकीय बीयरिंगों और तापमान चक्र रोटर और stater के बीच केवल एक सीमित मंजूरी के लिए अनुमति देते हैं, उच्च दबाव चरणों में ब्लेड कुछ हद तक एक एकल पेचदार पंनी प्रत्येक में पतित हो रहे हैं । लामिना प्रवाह पंप के लिए इस्तेमाल नहीं किया जा सकता है, क्योंकि लामिना टरबाइन स्टाल जब डिजाइन प्रवाह में इस्तेमाल नहीं किया । पंप संपीड़न में सुधार करने के लिए नीचे ठंडा किया जा सकता है, लेकिन ब्लेड पर बर्फ को गाढ़ा करने के लिए के रूप में इतना ठंडा नहीं होना चाहिए । जब एक turbopump बंद कर दिया है, समर्थन निर्वात से तेल turbopump के माध्यम से backstream सकता है और चैंबर दूषित । एक तरीका यह रोकने के लिए पंप के माध्यम से नाइट्रोजन के एक लामिना प्रवाह शुरू है । वैक्यूम से नाइट्रोजन और एक अभी भी turbopump करने के लिए चल रहे संक्रमण से सिंक्रनाइज़ करने के लिए पंप करने के लिए यांत्रिक तनाव से बचने के लिए और निकास पर अधिक दबाव है । एक पतली झिल्ली और निकास पर एक वाल्व को अत्यधिक वापस दबाव से turbopump की रक्षा के लिए जोड़ा जाना चाहिए (उदाहरण के लिए एक बिजली की विफलता या समर्थन निर्वात में लीक के बाद) ।

रोटर स्वतंत्रता के अपने छह डिग्री के सभी में स्थिर है । एक डिग्री विद्युत मोटर द्वारा नियंत्रित किया जाता है । न्यूनतम, इस डिग्री (या एक diamagnetic सामग्री है, जो भी एक सटीक पंप असर में इस्तेमाल किया जा अस्थिर है) इलेक्ट्रॉनिक रूप से स्थिर किया जाना चाहिए । एक और तरीका (उच्च आवृत्तियों पर चुंबकीय कोर में घाटे की अनदेखी) के लिए प्रत्येक के अंत में एक क्षेत्र के साथ एक धुरी के रूप में इस असर का निर्माण है । इन क्षेत्रों खोखले स्थैतिक क्षेत्रों के अंदर हैं । प्रत्येक क्षेत्र की सतह पर आवक और बाहर चुंबकीय क्षेत्र लाइनों जा रहा है की एक चेकरबोर्ड पैटर्न है । स्थिर क्षेत्रों के चेकरबोर्ड पैटर्न घुमाया जाता है के रूप में, रोटर घूमता है । इस निर्माण में कोई धुरी एक और धुरी अस्थिर बनाने की लागत पर स्थिर किया जाता है, लेकिन सभी अक्षों तटस्थ रहे है और इलेक्ट्रॉनिक विनियमन कम बल दिया है और अधिक गतिशील स्थिर हो जाएगा । हॉल प्रभाव सेंसर करने के लिए रोटेशन की स्थिति और स्वतंत्रता के अंय डिग्री भावना capacitively मापा जा सकता है इस्तेमाल किया जा सकता है ।

अधिकतम दबाव

वायुमंडलीय दबाव में, हवा का मतलब मुक्त पथ के बारे में 70 एनएम है । एक turbomolecular पंप काम कर सकते है केवल अगर उन चलती ब्लेड से मारा अणुओं अपने रास्ते पर अंय अणुओं के साथ टकराने से पहले स्थिर ब्लेड तक पहुंचने । कि प्राप्त करने के लिए, ब्लेड और स्थिर ब्लेड के बीच की खाई के करीब होना चाहिए या मतलब मुक्त रास्ते से कम है । एक व्यावहारिक निर्माण के दृष्टिकोण से, ब्लेड सेट के बीच एक व्यवहार्य अंतर 1 मिमी के आदेश पर है, तो एक turbopump (कोई शुद्ध पम्पिंग) अगर वातावरण को सीधे थक स्टाल जाएगा । चूंकि मतलब मुक्त पथ व्युत्क्रम दबाव के लिए आनुपातिक है, एक turbopump पंप होगा जब निकास दबाव के बारे में 10 फिलीस्तीनी अथॉरिटी (0.10 mbar) से कम है जहां मतलब मुक्त पथ के बारे में 0.7 mm है ।

सबसे turbopumps एक Holweck पंप (या आणविक खींचें पंप है) उनके अंतिम चरण के रूप में करने के लिए अधिकतम समर्थन दबाव (निकास दबाव) के बारे में 1-10 mbar वृद्धि हुई है । सैद्धांतिक रूप से, एक केंद्रापसारक पंप, एक तरफ चैनल पंप, या एक अपक्षयी पंप वायुमंडलीय दबाव को वापस करने के लिए सीधे इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन वर्तमान में वहां कोई व्यावसायिक रूप से उपलब्ध turbopump है कि सीधे वातावरण में निकास । ज्यादातर मामलों में, निकास एक यांत्रिक समर्थन पंप से जुड़ा हुआ है (आमतौर पर किसी न किसी पंप कहा जाता है) कि एक काफी कम दबाव turbomolecular पंप के लिए कुशलतापूर्वक काम का उत्पादन । आमतौर पर, इस समर्थन दबाव 0.1 mbar और सामांयतः 0.01 mbar के बारे में नीचे है । समर्थन दबाव शायद ही कभी नीचे है 10 − 3 mbar (मुक्त पथ ≈ 70 मिमी) क्योंकि turbopump और किसी न किसी पंप के बीच वैक्यूम पाइप के प्रवाह प्रतिरोध महत्वपूर्ण हो जाता है ।

turbomolecular पंप एक बहुत बहुमुखी पंप हो सकता है । यह मध्यवर्ती निर्वात (~ 10 − 2 फिलीस्तीनी अथॉरिटी) अल्ट्रा उच्च निर्वात स्तर (~ 10 − 8 फिलीस्तीनी अथॉरिटी) से निर्वात के कई डिग्री उत्पन्न कर सकते हैं ।

एक प्रयोगशाला या विनिर्माण संयंत्र में एकाधिक turbomolecular पंपों एक छोटे समर्थन पंप करने के लिए ट्यूबों द्वारा जोड़ा जा सकता है । स्वचालित वाल्व और एक बड़े बफर में इंजेक्शन की तरह प्रसार पंप-समर्थन पंप के सामने ट्यूब एक पंप से किसी भी दबाव को रोकता है एक और पंप स्टाल ।