Pumput voidaan karkeasti luokitella kolmen tekniikan mukaan:
Tyhjiöpumput käyttävät mekanismia, joka laajentaa toistuvasti onteloa, päästää kaasut virtaamaan kammiosta sisään, sulkee ontelon ja poistaa sen ilmakehään. Momentinsiirtopumput, joita kutsutaan myös molekyylipumpuiksi, käyttävät tiheän nesteen suurnopeussuihkuja tai suurella nopeudella pyöriviä teriä työntämään kaasumolekyylejä ulos kammiosta. Sieppauspumput keräävät kaasuja kiinteässä tai adsorboituneessa tilassa. Tähän kuuluvat kryopumput, getterit ja ionipumput.
Positiiviset syrjäytyspumput ovat tehokkaimpia alhaisissa tyhjiöissä. Momentinsiirtopumput yhdessä yhden tai kahden syrjäytyspumpun kanssa ovat yleisin kokoonpano, jota käytetään korkeiden tyhjiöiden saavuttamiseksi. Tässä kokoonpanossa syrjäytyspumppu palvelee kahta tarkoitusta. Ensinnäkin se saa aikaan karkean tyhjiön evakuoitavaan astiaan ennen kuin momentinsiirtopumppua voidaan käyttää korkean tyhjiön aikaansaamiseksi, koska momentinsiirtopumput eivät voi aloittaa pumppausta ilmakehän paineessa. Toiseksi syrjäytyspumppu tukee momentinsiirtopumppua evakuoimalla pieneen tyhjiöön syrjäytyneiden molekyylien kerääntymisen korkean tyhjiön pumppuun. Eristyspumppuja voidaan lisätä ultrakorkean tyhjiön saavuttamiseksi, mutta ne vaativat ilmamolekyylejä tai ioneja pidättävien pintojen säännöllistä uudistamista. Tämän vaatimuksen vuoksi niiden käytettävissä oleva toiminta-aika voi olla kohtuuttoman lyhyt matalissa ja korkeissa tyhjiöissä, mikä rajoittaa niiden käytön ultrakorkeisiin tyhjiöihin. Tavallaan se toimii kaivon tyhjentäjänä, joskin lian suuri vuotonopeus estää laadukkaan tyhjiön ylläpitämisen pitkiä aikoja.
Osittainen tyhjiö voidaan luoda lisäämällä säiliön tilavuutta. Jotta kammion tyhjentämistä voidaan jatkaa loputtomiin ilman, että tarvitaan ääretöntä kasvua, tyhjiön osasto voidaan toistuvasti sulkea, tyhjentää ja laajentaa uudelleen. Tämä on syrjäytyspumpun, esimerkiksi käsikäyttöisen vesipumpun, periaate. Pumpun sisällä oleva mekanismi laajentaa pientä suljettua onteloa alentaakseen sen paineen alle ilmakehän paineen. Paine-eron vuoksi osa kammiosta (tai esimerkissämme kaivosta) peräisin olevasta nesteestä työntyy pumpun pieneen onteloon. Sitten pumpun ontelo suljetaan kammiosta, avataan ilmakehään ja puristetaan takaisin pieneen kokoon.
Useimmissa teollisissa sovelluksissa käytetään kehittyneempiä järjestelmiä, mutta syklisen tilavuuden poiston perusperiaate on sama:
- Pyörivä siipipumppu, yleisin
- Kalvopumppu, nollaöljykontaminaatio
- Nesterengas korkea pölynkestävyys
- Mäntäpumppu, vaihteleva alipaine
- Kierukkapumppu, suurin nopeus kuivapumppu
- Ruuvipumppu (10 Pa)
- Wankel-pumppu
- Ulkopuolinen siipipumppu
- Roots-puhallin, jota kutsutaan myös tehostinpumpuksi, on suurin pumppausnopeus, mutta matala puristussuhde
- Monivaiheinen Roots-pumppu, jossa yhdistetään useita vaiheita, jotka tarjoavat suuren pumppausnopeuden paremmalla puristussuhteella
- Toepler-pumppu
- Kiekkopumppu
Kumi- ja muovitiivisteisen mäntäpumppujärjestelmän peruspaine on tyypillisesti 1 – 50 kPa, kun taas kierukkapumppu saattaa saavuttaa 10 Pa (uutena) ja pyörivä siipipyöräöljypumppu, jossa on puhdas ja tyhjä metallikammio, voi helposti saavuttaa 0 Pa.1 Pa.
Tyhjäkäyntityhjiöpumppu siirtää samaa kaasutilavuutta jokaisella kierroksella, joten sen pumppausnopeus on vakio, ellei vastavirtausta pääse yli.
MomentinsiirtopumppuEdit
Momentinsiirtopumpussa kaasumolekyylit kiihdytetään tyhjiöpuolelta ulospuhalluspuoleen (jota yleensä pidetään pienemmällä paineella syrjäytyspumpun avulla). Momentinsiirtopumppaus on mahdollista vain noin 0,1 kPa:n paineen alapuolella. Aine virtaa eri paineissa eri tavalla nestedynamiikan lakien perusteella. Ilmakehän paineessa ja lievissä tyhjiöissä molekyylit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja työntävät naapurimolekyylejä niin sanotussa viskoosivirtauksessa. Kun molekyylien välinen etäisyys kasvaa, molekyylit ovat vuorovaikutuksessa kammion seinämien kanssa useammin kuin muiden molekyylien kanssa, ja molekyylipumpusta tulee tehokkaampaa kuin positiivisen syrjäytymisen pumppauksesta. Tätä tilaa kutsutaan yleisesti korkeaksi tyhjiöksi.
Molekyylipumput pyyhkäisevät suuremman alueen kuin mekaaniset pumput ja tekevät sen useammin, minkä ansiosta ne pystyvät paljon suurempiin pumppausnopeuksiin. Ne tekevät tämän tyhjiön ja niiden pakokaasun välisen tiivisteen kustannuksella. Koska tiivistettä ei ole, pieni paine pakoputkessa voi helposti aiheuttaa takaisinvirtauksen pumpun läpi; tätä kutsutaan sakkaukseksi. Korkeassa tyhjiössä painegradientit vaikuttavat kuitenkin vain vähän nestevirtauksiin, ja molekyylipumput voivat saavuttaa täyden potentiaalinsa.
Molekyylipumppujen kaksi päätyyppiä ovat diffuusiopumppu ja turbomolekyylipumppu. Molemmat pumpputyypit puhaltavat pumppuun diffundoituvat kaasumolekyylit ulos antamalla kaasumolekyyleille vauhtia. Diffuusiopumput puhaltavat kaasumolekyylejä ulos öljy- tai elohopeasuihkujen avulla, kun taas turbomolekyylipumput käyttävät kaasun työntämiseen suurnopeuspuhaltimia. Molemmat näistä pumpuista pysähtyvät ja pumppaaminen epäonnistuu, jos ne tyhjennetään suoraan ilmakehän paineeseen, joten ne on tyhjennettävä mekaanisella pumpulla luotuun alempiasteiseen alipaineeseen.
Kuten syrjäytyspumppujen kohdalla, peruspaine saavutetaan, kun vuoto, kaasujen poistuminen ja takaisinvirtaus ovat yhtä suuret kuin pumpun nopeus, mutta nyt vuotojen ja kaasujen minimoiminen takaisinvirtaukseen verrattavalle tasolle tulee paljon vaikeammaksi.
Regeneratiivinen pumppu Muokkaa
Regeneratiiviset pumput käyttävät hyväkseen nesteen (ilman) pyörteistä käyttäytymistä. Rakenne perustuu keskipakopumpun ja turbopumpun hybridikonseptiin. Yleensä se koostuu useista kohtisuorista hammassarjoista roottorissa, jotka kierrättävät ilmamolekyylejä paikallaan olevien onttojen urien sisällä monivaiheisen keskipakopumpun tavoin. Ne voivat saavuttaa 1 × 10-5 mbarin (0,001 Pa) paineen (kun ne yhdistetään Holweck-pumppuun) ja poistuvat suoraan ilmakehän paineeseen. Esimerkkejä tällaisista pumpuista ovat Edwards EPX (tekninen paperi ) ja Pfeiffer OnTool™ Booster 150. Sitä kutsutaan joskus sivukanavapumpuksi. Koska pumppausnopeus ilmakehästä korkeaan tyhjiöön on suuri ja kontaminaatio on vähäisempää, koska laakeri voidaan asentaa poistopuolelle, tämäntyyppisiä pumppuja käytetään puolijohteiden valmistusprosesseissa kuorman lukitsemisessa.
Tämä pumpputyyppi kärsii suuresta tehonkulutuksesta (~1 kW) verrattuna turbomolekyylipumppuun (<100W) matalassa paineessa, koska suurin osa tehosta kuluu ilmakehän paineen palauttamiseen. Tätä voidaan pienentää lähes kymmenkertaisesti tukemalla pienellä pumpulla.
SulkeutumispumppuEdit
Sulkeutumispumppu voi olla kryopumppu, joka käyttää kylmiä lämpötiloja kaasujen tiivistämiseen kiinteään tai adsorboituneeseen tilaan, kemiallinen pumppu, joka reagoi kaasujen kanssa tuottaakseen kiinteän jäännöksen, tai ionipumppu, joka käyttää voimakkaita sähkökenttiä kaasujen ionisoimiseksi ja ionien kuljettamiseksi kiinteään substraattiin. Kryomoduuli käyttää kryopumppua. Muita tyyppejä ovat sorptiopumppu, höyrystymätön getteripumppu ja titaanisublimaatiopumppu (eräänlainen höyrystyvä getteripumppu, jota voidaan käyttää toistuvasti).
Muita tyyppejä Muokkaa
- Venturi-vakuumipumppu (aspiraattori) (10-30 kPa)
- Höyrynpoistopumppu (tyhjiö riippuu portaiden määrästä, mutta voi olla hyvin alhainen)