Vakuové vývěvy lze obecně rozdělit podle tří technik:
Vakuové vývěvy s pozitivním výtlakem používají mechanismus, který opakovaně rozšiřuje dutinu, umožňuje proudění plynů z komory, uzavírá dutinu a odvádí ji do atmosféry. Čerpadla s přenosem hybnosti, nazývaná také molekulární čerpadla, používají vysokorychlostní proudy husté kapaliny nebo vysokorychlostní rotující lopatky k vyražení molekul plynu z komory. Vtahovací čerpadla zachycují plyny v pevném nebo adsorbovaném stavu. Patří sem kryočerpadla, getry a iontová čerpadla.
Pozitivní výtlačná čerpadla jsou nejúčinnější pro nízké vakuum. Vývěvy pro přenos hybnosti ve spojení s jednou nebo dvěma objemovými vývěvami jsou nejběžnější konfigurací používanou k dosažení vysokých podtlaků. V této konfiguraci slouží objemové čerpadlo ke dvěma účelům. Zaprvé dosáhne hrubého podtlaku ve vyprazdňované nádobě předtím, než lze k dosažení vysokého podtlaku použít vývěvu pro přenos hybnosti, protože vývěvy pro přenos hybnosti nemohou začít čerpat při atmosférickém tlaku. Za druhé, objemová vývěva podporuje vývěvu pro přenos hybnosti tím, že evakuuje do nízkého vakua nahromaděné vytěsněné molekuly ve vývěvě s vysokým vakuem. K dosažení ultravysokého vakua lze přidat záchytné vývěvy, které však vyžadují pravidelnou regeneraci povrchů zachycujících molekuly vzduchu nebo ionty. Vzhledem k tomuto požadavku může být jejich dostupná provozní doba při nízkém a vysokém vakuu nepřijatelně krátká, což omezuje jejich použití na ultravysoké vakuum. Čerpadla se také liší v detailech, jako jsou výrobní tolerance, těsnicí materiál, tlak, průtok, připouštění nebo nepřipouštění olejových par, servisní intervaly, spolehlivost, tolerance vůči prachu, tolerance vůči chemikáliím, tolerance vůči kapalinám a vibracím.
Objemové čerpadloEdit
Částečný podtlak lze vytvořit zvětšením objemu nádoby. Aby bylo možné pokračovat ve vakuování komory donekonečna, aniž by bylo nutné nekonečné zvětšování, lze oddělení vakua opakovaně uzavřít, vyčerpat a znovu zvětšit. Na tomto principu fungují vývěvy s nuceným výtlakem, například ruční vodní vývěva. Uvnitř vývěvy mechanismus rozšiřuje malou uzavřenou dutinu, aby snížil její tlak pod tlak atmosféry. V důsledku tlakového rozdílu je část kapaliny z komory (nebo v našem případě ze studny) vytlačována do malé dutiny čerpadla. Poté se dutina čerpadla od komory uzavře, otevře se atmosféře a stlačí se zpět na nepatrnou velikost.
Pro většinu průmyslových aplikací se používají složitější systémy, ale základní princip cyklického odstraňování objemu je stejný:
- Rotační lamelové čerpadlo, nejběžnější
- Membránové čerpadlo, nulové znečištění olejem
- Kapalinový kroužek vysoká odolnost proti prachu
- Pístové čerpadlo, kolísavý podtlak
- Spirálová vývěva, suchá vývěva s nejvyššími otáčkami
- Šroubová vývěva (10 Pa)
- Wankelova vývěva
- Vnější lamelová vývěva
- Rootsovo dmychadlo, nazývané také posilovací vývěva, má nejvyšší čerpací rychlost, ale nízký kompresní poměr
- Vícestupňové Rootsovo čerpadlo, které kombinuje několik stupňů zajišťujících vysokou čerpací rychlost s lepším kompresním poměrem
- Toeplerovo čerpadlo
- Lobelové čerpadlo
Základní tlak systému pístových čerpadel s gumovým a plastovým těsněním je obvykle 1 až 50 kPa, zatímco šroubové čerpadlo může dosáhnout 10 Pa (když je nové) a rotační lamelové olejové čerpadlo s čistou a prázdnou kovovou komorou může snadno dosáhnout 0.1 Pa.
Vývěva s objemovým výtlakem pohybuje při každém cyklu stejným objemem plynu, takže její čerpací rychlost je konstantní, pokud není překonána zpětným prouděním.
Vývěva s přenosem momentuEdit
U vývěvy s přenosem momentu jsou molekuly plynu urychlovány ze strany vakua na stranu výfuku (která je obvykle udržována při sníženém tlaku pomocí objemové vývěvy). Čerpání s přenosem hybnosti je možné pouze pod tlakem přibližně 0,1 kPa. Hmota proudí při různých tlacích odlišně na základě zákonů dynamiky tekutin. Při atmosférickém tlaku a mírném vakuu na sebe molekuly vzájemně působí a tlačí na sousední molekuly v tzv. viskózním proudění. Když se vzdálenost mezi molekulami zvětší, molekuly interagují se stěnami komory častěji než s ostatními molekulami a molekulární čerpání se stává účinnějším než čerpání s kladným výtlakem. Tento režim se obecně nazývá vysoké vakuum.
Molekulární vývěvy vymetají větší plochu než mechanické vývěvy a činí tak častěji, díky čemuž jsou schopny dosáhnout mnohem vyšších rychlostí čerpání. Toho dosahují na úkor těsnění mezi vakuem a jejich výfukem. Protože zde není těsnění, může malý tlak na výfuku snadno způsobit zpětný tok vývěvou; tomu se říká stall. Ve vysokém vakuu však mají tlakové gradienty na proudění kapaliny malý vliv a molekulární vývěvy mohou dosáhnout svého plného potenciálu.
Dva hlavní typy molekulárních vývěv jsou difuzní vývěva a turbomolekulární vývěva. Oba typy čerpadel vyfukují molekuly plynu, které difundují do čerpadla tím, že molekulám plynu propůjčují hybnost. Difuzní čerpadla vyfukují molekuly plynu pomocí proudů oleje nebo rtuti, zatímco turbomolekulární čerpadla používají k vytlačování plynu vysokorychlostní ventilátory. Obě tyto vývěvy se zastaví a nečerpají, pokud jsou odsávány přímo do atmosférického tlaku, takže musí být odsávány do vakua nižšího stupně vytvořeného mechanickou vývěvou.
Stejně jako u objemových vývěv bude základního tlaku dosaženo, když se únik, odplynění a zpětný tok vyrovnají otáčkám vývěvy, ale nyní je minimalizace úniku a odplynění na úroveň srovnatelnou se zpětným tokem mnohem obtížnější.
Regenerativní vývěvaEdit
Regenerativní vývěvy využívají vírového chování kapaliny (vzduchu). Konstrukce je založena na hybridní koncepci odstředivého čerpadla a turbočerpadla. Obvykle se skládá z několika sad kolmých zubů na rotoru obíhajících molekuly vzduchu uvnitř stacionárních dutých drážek podobně jako vícestupňové odstředivé čerpadlo. Mohou dosáhnout až 1×10-5 mbar (0,001 Pa) (při kombinaci s Holweckovým čerpadlem) a přímo odvádět vzduch do atmosférického tlaku. Příklady takových čerpadel jsou Edwards EPX (technický dokument ) a Pfeiffer OnTool™ Booster 150. Někdy se označuje jako čerpadlo s bočním kanálem. Vzhledem k vysoké rychlosti čerpání z atmosféry do vysokého vakua a menšímu znečištění, protože ložisko může být instalováno na straně výfuku, se tento typ vývěv používá při blokování zátěže v procesech výroby polovodičů.
Tento typ vývěvy trpí vysokou spotřebou energie (~1 kW) ve srovnání s turbomolekulární vývěvou (<100 W) při nízkém tlaku, protože většina energie se spotřebuje na zpětný atmosférický tlak. Tuto hodnotu lze snížit téměř desetinásobně zálohováním malým čerpadlem.
Záchytné čerpadloEdit
Záchytné čerpadlo může být kryočerpadlo, které využívá nízkých teplot ke kondenzaci plynů do pevného nebo adsorbovaného stavu, chemické čerpadlo, které reaguje s plyny za vzniku pevného zbytku, nebo iontové čerpadlo, které využívá silných elektrických polí k ionizaci plynů a pohonu iontů do pevného substrátu. Kryomodul využívá kryopumpování. Dalšími typy jsou sorpční vývěva, neodpařovací getrová vývěva a titanová sublimační vývěva (typ odpařovacího getru, který lze použít opakovaně).
Další typyEdit
- Venturiho vývěva (aspirátor) (10 až 30 kPa)
- Parní ejektor (vakuum závisí na počtu stupňů, ale může být velmi nízké)
.