A szivattyúk nagyjából három technika szerint csoportosíthatók:
A pozitív kiszorítású szivattyúk egy mechanizmust használnak egy üreg ismételt kitágítására, a gázok beáramlására a kamrából, az üreg lezárására és a légkörbe való kilégzésére. A lendületátvivő szivattyúk, más néven molekuláris szivattyúk, nagy sebességű sűrű folyadéksugarakat vagy nagy sebességű forgó lapátokat használnak a gázmolekuláknak a kamrából való kilökésére. Az elnyelőszivattyúk a gázokat szilárd vagy adszorbeált állapotban fogják fel. Ide tartoznak a krioszivattyúk, a getterek és az ionszivattyúk.
A pozitív kiszorítású szivattyúk a leghatékonyabbak alacsony vákuum esetén. A nagy vákuum eléréséhez leggyakrabban egy vagy két térfogat-kiszorításos szivattyúval együtt alkalmazott konfiguráció a lendületátvivő szivattyúk. Ebben a konfigurációban a térfogat-kiszorításos szivattyú két célt szolgál. Először is durva vákuumot hoz létre a kiürítendő tartályban, mielőtt a lendületátvivő szivattyú a nagy vákuum eléréséhez használható lenne, mivel a lendületátvivő szivattyúk nem tudnak atmoszférikus nyomáson szivattyúzni. Másodszor a térfogat-kiszorításos szivattyú támogatja a lendületátadó szivattyút azáltal, hogy a nagy vákuumú szivattyúban felhalmozódott kiszorított molekulákat alacsony vákuumba evakuálja. Az ultramagas vákuum eléréséhez beszorító szivattyúkkal is kiegészíthetők, de ezek a levegőmolekulákat vagy ionokat csapdába ejtő felületek időszakos regenerálását igénylik. E követelmény miatt a rendelkezésre álló működési idejük elfogadhatatlanul rövid lehet alacsony és magas vákuumban, így alkalmazásuk ultramagas vákuumokra korlátozódik. A szivattyúk olyan részletekben is különböznek egymástól, mint a gyártási tűrések, a tömítőanyag, a nyomás, az áramlás, az olajgőz beengedése vagy be nem engedése, a szervizintervallumok, a megbízhatóság, a portűrés, a vegyszerekkel szembeni tűrés, a folyadékokkal szembeni tűrés és a rezgés.
Kiszorító szivattyúSzerkesztés
Egy tartály térfogatának növelésével részleges vákuumot lehet létrehozni. Ahhoz, hogy a végtelenségig folytatni lehessen egy kamra kiürítését anélkül, hogy végtelen növekedésre lenne szükség, a vákuum egy rekeszét ismételten el lehet zárni, ki lehet fújni és újra ki lehet tágítani. Ez az elv áll a térfogat-kiszorításos szivattyú, például a kézi vízszivattyú mögött. A szivattyú belsejében egy mechanizmus egy kis lezárt üreget tágít ki, hogy annak nyomását a légköri nyomás alá csökkentse. A nyomáskülönbség miatt a kamrából (vagy példánkban a kútból) némi folyadék kerül a szivattyú kis üregébe. Ezután a szivattyú ürege elzáródik a kamrától, kinyílik a légkör felé, és visszaszorul egy parányi méretűre.
A legtöbb ipari alkalmazáshoz kifinomultabb rendszereket használnak, de a ciklikus térfogateltávolítás alapelve ugyanaz:
- Forgószárnyas szivattyú, a leggyakoribb
- Membránszivattyú, nulla olajszennyezés
- Folyadékgyűrű nagy ellenállás a porral szemben
- Dugattyús szivattyú, ingadozó vákuum
- Scroll szivattyú, legnagyobb fordulatszámú száraz szivattyú
- Csigaszivattyú (10 Pa)
- Wankel szivattyú
- Külső lapátos szivattyú
- Roots fúvó, más néven booster szivattyú, legnagyobb szivattyúzási sebességgel, de alacsony sűrítési aránnyal rendelkezik
- Multifokozatú Roots-szivattyú, amely több fokozatot kombinálva nagy szivattyúzási sebességet biztosít jobb sűrítési aránnyal
- Toepler-szivattyú
- Karikaszivattyú
A gumi és műanyag tömítésű dugattyús szivattyúrendszer alapnyomása általában 1 és 50 kPa között van, míg egy spirálszivattyú elérheti a 10 Pa-t (új állapotban), egy forgólapátos olajszivattyú pedig tiszta és üres fémkamrával könnyen elérheti a 0 Pa-t.1 Pa-t.
A térfogat-kiszorításos vákuumszivattyú minden egyes ciklusban ugyanazt a gázmennyiséget mozgatja, így szivattyúzási sebessége állandó, hacsak nem győzi le a visszaáramlás.
Lendületátadó szivattyúSzerkesztés
A lendületátadó szivattyúban a gázmolekulákat a vákuumoldalról a kipufogóoldalra gyorsítják (amelyet általában egy túlnyomásos szivattyú csökkentett nyomáson tart). A lendületátvivő szivattyúzás csak körülbelül 0,1 kPa nyomás alatt lehetséges. Az anyag különböző nyomáson a folyadékdinamika törvényei alapján különbözőképpen áramlik. Légköri nyomáson és enyhe vákuumban a molekulák kölcsönhatásba lépnek egymással, és a szomszédos molekulákra nyomást gyakorolnak, amit viszkózus áramlásnak nevezünk. Amikor a molekulák közötti távolság nő, a molekulák gyakrabban lépnek kölcsönhatásba a kamra falával, mint a többi molekulával, és a molekuláris szivattyúzás hatékonyabbá válik, mint a pozitív kiszorítású szivattyúzás. Ezt az állapotot általában nagyvákuumnak nevezik.
A molekuláris szivattyúk nagyobb területet söpörnek ki, mint a mechanikus szivattyúk, és ezt gyakrabban teszik, így sokkal nagyobb szivattyúzási sebességre képesek. Ezt a vákuum és a kipufogójuk közötti tömítés rovására teszik. Mivel nincs tömítés, egy kis nyomás a kipufogónál könnyen okozhat visszaáramlást a szivattyún keresztül; ezt nevezzük elakadásnak. Nagy vákuumban azonban a nyomásgradiensek kevéssé befolyásolják a folyadékáramlást, és a molekuláris szivattyúk teljes potenciáljukat ki tudják használni.
A molekuláris szivattyúk két fő típusa a diffúziós szivattyú és a turbómolekuláris szivattyú. Mindkét típusú szivattyú a szivattyúba diffundáló gázmolekulákat úgy fújja ki, hogy a gázmolekuláknak lendületet kölcsönöz. A diffúziós szivattyúk olaj- vagy higanysugarakkal fújják ki a gázmolekulákat, míg a turbómolekuláris szivattyúk nagy sebességű ventilátorokkal tolják ki a gázt. Mindkét szivattyú leáll és nem tud szivattyúzni, ha közvetlenül a légköri nyomásra szívják ki, ezért egy mechanikus szivattyú által létrehozott alacsonyabb vákuumba kell kivezetni őket.
A térfogat-kiszorításos szivattyúkhoz hasonlóan az alapnyomást akkor érik el, amikor a szivárgás, a kiáramlás és a visszaáramlás megegyezik a szivattyú fordulatszámával, de most a szivárgás és a kiáramlás minimalizálása a visszaáramláshoz hasonló szintre sokkal nehezebbé válik.
Regeneratív szivattyúSzerkesztés
A regeneratív szivattyúk a folyadék (levegő) örvénylő viselkedését használják ki. A konstrukció a centrifugálszivattyú és a turbópumpa hibrid koncepcióján alapul. Általában több, egymásra merőleges fogsorból áll a rotoron, amely a többfokozatú centrifugálszivattyúhoz hasonlóan álló üreges hornyokban keringeti a levegőmolekulákat. Eléri az 1×10-5 mbar (0,001 Pa) nyomást (Holweck-szivattyúval kombinálva), és közvetlenül a légköri nyomást is el tudja érni. Ilyen szivattyúk például az Edwards EPX (műszaki cikk ) és a Pfeiffer OnTool™ Booster 150. Néha oldalcsatornás szivattyúnak is nevezik. A légkörből a magas vákuumba történő nagy szivattyúzási sebesség és a kisebb szennyeződés miatt, mivel a csapágyat a kipufogóoldalon lehet elhelyezni, ezt a szivattyú típust a félvezetőgyártási folyamatokban a terhelészárásnál használják.
Ez a szivattyú típus szenved a magas energiafogyasztástól (~1 kW) a turbomolekuláris szivattyúhoz képest (<100W) alacsony nyomáson, mivel a legtöbb energiát a légköri nyomás visszaállításához fogyasztják. Ez közel 10-szeresére csökkenthető egy kis szivattyúval történő visszatáplálással.
Befogó szivattyúSzerkesztés
A befogó szivattyú lehet kriopumpa, amely hideg hőmérsékletet használ a gázok szilárd vagy adszorbeált állapotba történő kondenzálásához, kémiai szivattyú, amely a gázokkal reagálva szilárd maradékot hoz létre, vagy ionpumpa, amely erős elektromos mezőt használ a gázok ionizálására és az ionok szilárd szubsztrátumba történő bejuttatására. A kriomodul kriopumpát használ. További típusok a szorpciós szivattyú, a nem párologtató getterszivattyú és a titán szublimációs szivattyú (a párologtató getter egy típusa, amely többször is használható).
Egyéb típusokSzerkesztés
- Venturi vákuumszivattyú (aspirátor) (10-30 kPa)
- Gőzexjektor (a vákuum a fokozatok számától függ, de nagyon alacsony lehet)