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

فشار، خود به فشار‌مطلق، فشار‌جزیی و فشار‌کل تقسیم بندی می شود.

فشار مطلق Pabs

این فشاری است که همواره در بیان فشار خلا از آن استفاده می شود.

فشار کل Pt

فشار‌کل در یک مخزن، مجموع فشار جزیی هریک از گاز‌ها و فشار‌بخاری است که در مخزن وجود دارد.

فشار جزیی Pi

فشار‌جزیی هر گاز یا بخار، فشاری است که آن گاز در مخزن می داشت (اعمال می‌کرد) اگر هیچ گاز یا بخار دیگری در آن مخزن نبود.

فشار بخار Pd

سهمی از فشار‌کل بالای سطح مایع است که توسط مولکول های بخار مایع تامین شده است.

فشار استاندارد Pn

براساس DIN 1343 عبارت است از:

Pn = 1013.25 mbar

فشار نهایی Pend

پایین ترین مقدار فشاری است که یک مخزن فشار می تواند به آن دست یابد. مقدار فشار‌نهایی (Pend) هم به سرعت مکش پمپ و هم به فشار‌بخار (Pd) روغنی که برای روغنکاری و آب‌بندی استفاده می‌شود بستگی دارد. بنابراین اگر یک مخزن با یک پمپ مکنده روتاری که از روغن برای آب بندی استفاده می کند، خلا شود، فشار‌نهایی (Pend) که می‌تواند به آن دست یابد در درجه اول با فشار بخار روغن پمپ تعیین می‌شود، و آن نیز به مسیرهای عبور روغن در پمپ و همچنین فشاربخاری که در مسیرهای عبوری پمپ حضور دارد و میزان نشت بخار روغن در مسیر مکش وابسته است.

فشار محیط Pamb

فشار‌محیط معادل فشارمطلق است.

فشار گیج Pe

این فشاری است که توسط ابزار های اندازه گیری بدست می‌آید و مقدار آن عبارت است از:

Pe = Pabs – Pamb

مثبت بودن مقدار این فشار، بیان کننده overpressure یا gauge pressure است و مقدار منفی آن بیان کننده خلاء می‌باشد.

 مفهوم خلا

مفهوم خلا در دستگاه مکنده

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 که 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 اینکه ذرات گاز لازم است از آن فضا خارج شوند 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 می گردد و وارد فضای اطراف می‌شود. 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 می‌گرد:

-۱- پمپ هایی که با افزایش و کاهش مداوم حجم محفظه پمپ عمل می‌کنند ( پمپ Rotary Vane و Rotary Plunger و همچنین پمپ های Trochoid)

-۲- 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)

-۳- پمپ هایی که بر اساس انتشار گاز در یک جت بخار با سرعت بالا هستند (Vapor Pumps)

-۴- پمپ هایی که بخارات را با فشرده کردن (Condensers) و گازها را با فشرده کردن در دمای بسیار پایین (Cryopomps) پمپ می کند.

-۵- پمپ هایی که با جذب سطحی و ایجاد پیوند با گازها عمل پمپ کردن را انجام می دهد (Sorption Pumps)

 

انتخاب سیستم مکنده

با توجه به میزان ایجاد مکش ، دستگاه مکنده و پمپ مکنده انتخاب می‌شود. در جدول زیر محدوده کاری انوع پمپ های مکنده نمایش داده شده است.

جدول فشار کاری پمپ های مکنده

جدول فشار‌کاری پمپ های مکنده

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.

لوب پمپ ، پمپ مکنده

لوب پمپ

کارکرد پمپ

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.

سیستم خنک کن لوب پمپ

سیستم خنک کن لوب پمپ

دیدگاه کاربران

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