Pompy można ogólnie sklasyfikować według trzech technik:
Pompy wyporowe wykorzystują mechanizm do wielokrotnego rozszerzania wnęki, umożliwiając przepływ gazów z komory, uszczelniając wnękę i odprowadzając je do atmosfery. Pompy przenoszące moment obrotowy, zwane również pompami molekularnymi, wykorzystują wysokoobrotowe strumienie gęstej cieczy lub wysokoobrotowe łopatki do wybijania cząsteczek gazu z komory. Pompy pochłaniające wychwytują gazy w stanie stałym lub zaadsorbowanym. Obejmuje to kriopompy, pompy pobierające i pompy jonowe.
Pompy wyporowe są najbardziej efektywne w przypadku niskich próżni. Pompy przenoszące moment obrotowy w połączeniu z jedną lub dwiema pompami wyporowymi to najczęstsza konfiguracja stosowana w celu uzyskania wysokich próżni. W tej konfiguracji pompa wyporowa służy dwóm celom. Po pierwsze, uzyskuje wstępne podciśnienie w ewakuowanym zbiorniku, zanim do uzyskania wysokiego podciśnienia będzie można zastosować pompę przenoszącą moment, ponieważ pompy przenoszące moment nie mogą rozpocząć pompowania przy ciśnieniu atmosferycznym. Po drugie, pompa wyporowa wspomaga pompę przenoszącą moment pędu, odprowadzając do niskiej próżni nagromadzone wyparte cząsteczki w pompie wysokopróżniowej. W celu osiągnięcia ultra-wysokiej próżni można dodać pompy pochłaniające, ale wymagają one okresowej regeneracji powierzchni, które wychwytują cząsteczki powietrza lub jony. Ze względu na ten wymóg ich dostępny czas pracy może być niedopuszczalnie krótki w niskiej i wysokiej próżni, co ogranicza ich zastosowanie do bardzo wysokiej próżni. Pompy różnią się także takimi szczegółami, jak tolerancje produkcyjne, materiał uszczelnienia, ciśnienie, przepływ, dopuszczanie lub brak dopuszczania oparów oleju, okresy międzyobsługowe, niezawodność, tolerancja na pył, tolerancja na chemikalia, tolerancja na ciecze i wibracje.
Pompa wyporowaEdit
Próżnia częściowa może być wytworzona przez zwiększenie objętości zbiornika. Aby kontynuować opróżnianie komory w nieskończoność, nie wymagając nieskończonego wzrostu, przedział próżni może być wielokrotnie zamykany, opróżniany i ponownie rozszerzany. Na tej zasadzie działa pompa wyporowa, na przykład ręczna pompa wodna. Wewnątrz pompy mechanizm rozszerza małą, szczelnie zamkniętą komorę, obniżając jej ciśnienie poniżej ciśnienia atmosferycznego. Ze względu na różnicę ciśnień, część płynu z komory (lub studni, w naszym przykładzie) jest wpychana do małej komory pompy. Jama pompy jest następnie zamykana od komory, otwierana do atmosfery i ściskana z powrotem do rozmiaru minutowego.
Do większości zastosowań przemysłowych stosuje się bardziej zaawansowane systemy, ale podstawowa zasada cyklicznego usuwania objętości jest taka sama:
- Pompa łopatkowa, najbardziej powszechna
- Pompa membranowa, zerowe zanieczyszczenie olejem
- Pierścień cieczowy wysoka odporność na pył
- Pompa tłokowa, zmienne podciśnienie
- Pompa spiralna, najwyższa prędkość pompy suchej
- Pompa śrubowa (10 Pa)
- Pompa Wankla
- Pompa łopatkowa
- Dmuchawa Rootsa, zwana również pompą wspomagającą, ma najwyższe prędkości pompowania, ale niski stopień sprężania
- Wielostopniowa pompa Rootsa, która łączy kilka stopni, zapewniając wysoką prędkość pompowania z lepszym stopniem sprężania
- Pompa Toeplera
- Pompa krzywkowa
Ciśnienie podstawowe układu pompy tłokowej z uszczelnieniem gumowym lub plastikowym wynosi zwykle od 1 do 50 kPa, podczas gdy pompa spiralna może osiągnąć 10 Pa (gdy jest nowa), a rotacyjna łopatkowa pompa olejowa z czystą i pustą metalową komorą może z łatwością osiągnąć 0.1 Pa.
Pompa próżniowa wyporowa przenosi tę samą objętość gazu w każdym cyklu, więc jej prędkość pompowania jest stała, chyba że zostanie pokonana przez strumień wsteczny.
Pompa przenosząca moment pęduEdit
W pompie przenoszącej moment pędu cząsteczki gazu są przyspieszane od strony próżniowej do strony wylotowej (która jest zwykle utrzymywana pod zmniejszonym ciśnieniem przez pompę wyporową). Pompowanie z przeniesieniem pędu jest możliwe tylko poniżej ciśnienia około 0,1 kPa. Materia przepływa inaczej przy różnych ciśnieniach, zgodnie z prawami dynamiki płynów. W ciśnieniu atmosferycznym i łagodnej próżni cząsteczki oddziałują na siebie i naciskają na sąsiednie cząsteczki, co nazywamy przepływem lepkim. Gdy odległość pomiędzy molekułami wzrasta, molekuły oddziałują ze ściankami komory częściej niż z innymi molekułami, a pompowanie molekularne staje się bardziej efektywne niż pompowanie wyporowe. Ten reżim jest ogólnie nazywany wysoką próżnią.
Pompy molekularne omiatają większy obszar niż pompy mechaniczne i robią to częściej, co czyni je zdolnymi do znacznie większych prędkości pompowania. Odbywa się to kosztem uszczelnienia pomiędzy próżnią a ich wylotem. Ponieważ nie ma uszczelnienia, niewielkie ciśnienie na wylocie może łatwo spowodować cofanie się strumienia przez pompę; zjawisko to nazywane jest przeciągnięciem. W wysokiej próżni, jednakże, gradienty ciśnienia mają niewielki wpływ na przepływy płynów, a pompy molekularne mogą osiągnąć swój pełny potencjał.
Dwa główne typy pomp molekularnych to pompa dyfuzyjna i pompa turbomolekularna. Oba typy pomp wydmuchują cząsteczki gazu, które dyfundują do pompy poprzez nadanie cząsteczkom gazu pędu. Pompy dyfuzyjne wydmuchują cząsteczki gazu za pomocą strumieni oleju lub rtęci, natomiast pompy turbomolekularne wykorzystują wentylatory o dużej prędkości do przepychania gazu. Obie te pompy zatrzymają się i nie będą pompować, jeśli zostaną odprowadzone bezpośrednio do ciśnienia atmosferycznego, więc muszą zostać odprowadzone do niższej klasy próżni wytworzonej przez pompę mechaniczną.
Tak jak w przypadku pomp wyporowych, ciśnienie podstawowe zostanie osiągnięte, gdy przeciek, odgazowanie i wsteczny strumień są równe prędkości pompy, ale teraz zminimalizowanie przecieku i odgazowania do poziomu porównywalnego z wstecznym strumieniem staje się znacznie trudniejsze.
Pompa regeneracyjnaEdit
Pompy regeneracyjne wykorzystują zachowanie wirowe płynu (powietrza). Konstrukcja oparta jest na hybrydowej koncepcji pompy odśrodkowej i turbopompy. Zwykle składa się z kilku zestawów prostopadłych zębów na wirniku cyrkulujących cząsteczki powietrza wewnątrz stacjonarnych pustych rowków, jak wielostopniowa pompa odśrodkowa. Mogą osiągnąć ciśnienie do 1×10-5 mbar (0.001 Pa) (w połączeniu z pompą Holweck) i bezpośrednio odprowadzać powietrze do ciśnienia atmosferycznego. Przykładami takich pomp są Edwards EPX (artykuł techniczny ) i Pfeiffer OnTool™ Booster 150. Jest ona czasami określana jako pompa bocznokanałowa. Ze względu na wysoką wydajność pompowania z atmosfery do wysokiej próżni i mniej zanieczyszczeń, ponieważ łożysko może być zainstalowane po stronie wylotowej, ten typ pomp jest używany w blokadzie obciążenia w procesach produkcji półprzewodników.
Ten typ pompy cierpi z powodu wysokiego zużycia energii (~1 kW) w porównaniu z pompą turbomolekularną (<100W) przy niskim ciśnieniu, ponieważ większość mocy jest zużywana na powrót do ciśnienia atmosferycznego. Można to zmniejszyć prawie 10-krotnie, stosując małą pompę.
Pompa uwięzionaEdit
Pompa uwięziona może być kriopompą, która wykorzystuje niskie temperatury do skraplania gazów do stanu stałego lub adsorbowanego, pompą chemiczną, która reaguje z gazami w celu wytworzenia pozostałości stałej, lub pompą jonową, która wykorzystuje silne pola elektryczne do jonizacji gazów i wpychania jonów do stałego podłoża. Kriomoduł wykorzystuje kriopompę. Inne typy to pompa sorpcyjna, nie odparowująca pompa pobierająca i tytanowa pompa sublimacyjna (rodzaj odparowującej pompy pobierającej, która może być używana wielokrotnie).
Inne typyEdit
- Pompa próżniowa Venturiego (aspirator) (10 do 30 kPa)
- Wyrzutnik pary (próżnia zależy od liczby stopni, ale może być bardzo niska)
.