مفهوم خلاء و مکنده

۱۰ بهمن ۱۳۹۵

برای بیان مفهوم خلا ابتدا به تعریف فشار می پردازیم. فشار، یک کمیت اسکالر است و به صورت نیرو بر واحد سطح تعریف می شود. مقدار فشار با یکاهای مختلفی بیان می شود:

1 atm = 1.013 bar = 1.013 x 10^5 Pa = 14.69 psi = 760 Torr

انواع فشار

تعریف انواع فشار
فشار خلأ فشار مطلق Pabs
یا فشار بخار درون مخزن برابر با مجموع فشار جزئی هر یک از گازها فشار کل Pt
فشار هر گاز یا بخار در صورت عدم وجود سایر گازها و بخارات داخل مخزن فشار جزئی Pi
بخشی از فشار کل بالای سطح مایع ایجاد شده توسط مولکول‌های بخار مایع فشار بخار Pd
برابر با 1013.25mbar فشار استاندارد Pn
کمترین فشار یک مخزن فشار فشار نهایی Pend
معادل فشار مطلق فشار محیط Pamb
فشار قابل اندازه‌گیری توسط تجهیزات فشار سنج فشار گیج Pe

 مفهوم خلا

خلا به مفهوم کلی نبود ماده است و همانطور که پیشتر بیان شد اگر تعداد ذرات ماده در محیطی از محیط پیرامونش کمتر باشد یک خلا نسبی تشکیل شده است.

برای بیان دقیقتر خلا آن را به چهار دسته تقسیم بندی می‌کنند:

mbar

mbar

mbar

mbar

1000 – 1

1-10^-3

10^-3-10^-7

10^-7-10^-14

Rough vacuum (RV)

Medium vacuum (MV)

High vacuum (HV)

Ultrahigh vacuum (UHV)

مفهوم جریان سیال

سیال و به طور خاص، گازها همواره در صورت وجود اختلاف فشار، از فشار زیاد به سمت فشار کم جریان پیدا می کنند: Δp = (p1 – p2) > 0. شدت این فشار، مقدار گازی که در بازه مشخصی از زمان جریان پیدا می کند، با اختلاف فشار تعیین می‌شود. این حرکت سیال در بازه زمان، سرعت ماده را تعیین می کند و از آنجایی که سرعت حرکت سیال نمی‌تواند بیشتر از سرعت صوت باشد، می توان اختلاف فشار بحرانی را در سرعت صوت تعریف نمود:

ΔPcrit = P1 [ 1- (P2/P1)|crit ]

این معادله برای هوا در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد به صورت زیر خواهد بود:

(P2/P1)|crit = 0.528

تولید خلا

برای ایجاد خلا نیاز به ابزاری برای مکش است این ابزار پمپ مکنده می‌باشد که بصورت قلب یک مکنده صنعتی عمل نموده و در ادامه به آن خواهیم پرداخت.

پمپ مکنده

پمپ خلا یا مکنده برای کاهش فشار سیال (گاز) در یک حجم مشخص و در نتیجه کاهش چگالی گاز به کار می‌رود. با توجه به لزوم خروج ذرات گاز از آن فضا دو دسته بندی برای پمپ های خلا به وجود می آید:

۱- پمپ های مکنده که ذرات گاز به وسیله یک یا چند مرحله کمپرس از فضای مشخص شده خارج کرده و وارد فضای اطراف می‌‌کنند. ذرات گاز با استفاده از جابجایی (Displacement) یا پالس (Pulse) پمپ می شوند. (Compression)

۲- پمپ های مکنده که ذرات گاز را قرار است متراکم کنند و در فضای دیگری بفرستند. (Condensation)

 

با توجه به این دو نوع پمپ، دسته بندی جزیی تری از انواع پمپ ها ارائه می‌گردد:

  •  پمپ هایی که با افزایش و کاهش مداوم حجم محفظه پمپ عمل می‌کنند ( پمپ Rotary Vane و Rotary Plunger و همچنین پمپ های Trochoid)
  • پمپ هایی که گاز را از قسمتی که فشار‌کمتری دارد به قسمتی که فشار‌بیشتری دارد حمل می کند بدون آنکه حجم محفظه پمپ تغیییر کند (Roots Pumps و Turbomulecular Pumps)
  • پمپ هایی که بر اساس انتشار گاز در یک جت بخار با سرعت بالا هستند (Vapor Pumps)
  •  پمپ هایی که بخارات را با فشرده کردن (Condensers) و گازها را با فشرده کردن در دمای بسیار پایین (Cryopomps) پمپ می کند.
  • پمپ هایی که با جذب سطحی و ایجاد پیوند با گازها عمل پمپ کردن را انجام می دهد (Sorption Pumps)

 

پمپ‌های مورد استفاده در دستگاه‌های مکنده صنعتی سخت کار

در بسیاری از مدلهای دستگاه مکنده  صنعتی از پمپ‌های سایدچنل استفاده می‌شود اما دو پمپ بکار رفته متداول در مکنده‌های صنعتی سخت کار برای دستیبابی به قدرت و سرعت مکش بالا عبارتند از :

  • پمپ لوب
  • پمپ بلید

پمپ لوب

این پمپ که به آن Roots Pump نیز می‌گویند، توسط برادران Roots در سال ۱۸۴۸ ابداع شد و در سال ۱۹۵۴ برای مکش مورد استفاده قرار گرفت. از این پمپ برای مصارفی که نیاز به سرعت مکش بالا (بیشتر از ۱۰۰،۰۰۰ مترمکعب بر ساعت) دارند استفاده می‌شود. این پمپ یک پمپ روتاری با جابجایی مثبت است که دو پیستون مشابه هم با گردش خود حول محورهای موازی هم عمل پمپاژ را انجام می‌دهند. فاصله بین دو پیستون و دیواره‌های پمپ در حدود یک صدم میلیمتر است.

با چرخش پیستون ها و ایجاد خلا در محفظه مکش، سیال را از دریچه ورودی به داخل محفظه پمپ مکش کرده (مرحله شارژ) و با چرخش پیستون‌ها، سیال به سمت دریچه خروجی هدایت می‌شود (مرحله دشارژ). قسمت‌های متحرک پمپ موجب ایجاد گرما می‌شود و لازم است قسمت خنک کننده ای نیز در پمپ وجود داشته باشد.

 

پمپ بلید

پمپ بلید از یک بدنه دایره‌ای شکل، روتور یا دیسک چرخان شیاردار و تیغه‌ها تشکیل شده است. در این پمپ روتور شیاردار و بدنه دایره‌ای شکل هم مرکز نیستند. روتور نزدیک دیواره داخلی بدنه قرار گرفته است که باعث ایجاد یک فضای هلالی شکل بین روتور و دیواره بدنه میشود. روتور داخل بدنه با دو صفحه جانبی کاملا عایق بندی شده است. تیغه‌ها داخل شیارهای روتور قرار گرفته‌اند.

با چرخش روتور، تیغه‌های داخل شیارها به سمت خارج حرکت کرده و فضای خالی در محل دهانه ورودی تشکیل می شود که باعث کشیده شدن هوا به داخل پمپ می‌شود.هوا بین ورودی و خروجی پمپ در مسیر هلالی شکل حرکت کرده و در دهانه خروجی با کاهش فضای هلالی هوا به خارج هدایت می شود و تیغه به سمت داخل شیار حرکت می‌کند.

عایق بندی دقیق بین تیغه‌ها، روتور، بدنه و صفحات جانبی عامل کلیدی ایجاد خلأ بالا در این پمپ است که می‌تواند به 80 الی 90 درصد برسد.

دیدگاه کاربران

نام (الزامی):
ایمیل:
ایمیل شما نمایش داده نخواهد شد
وب سایت:
نظر شما: