Pumpar kan i stort sett kategoriseras enligt tre tekniker:
Positivförskjutningspumpar använder en mekanism för att upprepade gånger expandera ett hålrum, låta gaser strömma in från kammaren, försegla hålrummet och släppa ut det i atmosfären. Momentöverföringspumpar, även kallade molekylpumpar, använder höghastighetsstrålar av tät vätska eller höghastighetsroterande blad för att slå ut gasmolekyler ur kammaren. Inlåsningspumpar fångar upp gaser i fast eller adsorberat tillstånd. Hit hör kryopumpar, getter och jonpumpar.
Positivförskjutningspumpar är mest effektiva för låga vakuum. Momentöverföringspumpar i kombination med en eller två förträngningspumpar är den vanligaste konfigurationen som används för att uppnå höga vakuummängder. I denna konfiguration tjänar förträngningspumpen två syften. För det första skapar den ett grovt vakuum i det kärl som ska evakueras innan momentumöverföringspumpen kan användas för att uppnå det höga vakuumet, eftersom momentumöverföringspumpar inte kan börja pumpa vid atmosfäriskt tryck. För det andra stöder den positiva deplacementpumpen momentumöverföringspumpen genom att till lågt vakuum evakuera den ackumulering av fördrivna molekyler som sker i högvakuumpumpen. För att nå ultrahöga vakuum kan man lägga till en inkapslingspump, men den kräver periodisk regenerering av de ytor som fångar in luftmolekyler eller joner. På grund av detta krav kan deras drifttid vara oacceptabelt kort i låg- och högvakuum, vilket begränsar deras användning till ultrahögvakuum. Pumpar skiljer sig också åt i detaljer som tillverkningstoleranser, tätningsmaterial, tryck, flöde, tillträde eller inget tillträde av oljeånga, serviceintervall, tillförlitlighet, tolerans mot damm, tolerans mot kemikalier, tolerans mot vätskor och vibrationer.
Positiv förträngningspumpRedigera
Ett partiellt vakuum kan genereras genom att öka volymen i en behållare. För att fortsätta att evakuera en kammare på obestämd tid utan att kräva oändlig tillväxt kan ett vakuumavsnitt stängas av upprepade gånger, tömmas ut och expanderas igen. Detta är principen bakom en förträngningspump, till exempel den manuella vattenpumpen. Inne i pumpen expanderar en mekanism ett litet förseglat hålrum för att sänka dess tryck till under atmosfärens tryck. På grund av tryckskillnaden pressas en del vätska från kammaren (eller brunnen, i vårt exempel) in i pumpens lilla hålrum. Pumpens hålrum försluts sedan från kammaren, öppnas för atmosfären och pressas tillbaka till en mycket liten storlek.
Mer sofistikerade system används för de flesta industriella tillämpningar, men grundprincipen för cykliskt volymuttag är densamma:
- Roterande lamellpump, den vanligaste
- Membranpump, ingen oljeförorening
- Vätskering hög motståndskraft mot damm
- Kolvpump, fluktuerande vakuum
- Scrollpump, högsta hastighet torrpump
- Skruvpump (10 Pa)
- Wankelpump
- Extern lamellpump
- Rootsblåsmaskin, även kallad boosterpump, har högsta pumphastighet men lågt kompressionsförhållande
- Multistage Roots-pump som kombinerar flera steg som ger hög pumphastighet med bättre kompressionsförhållande
- Toepler-pump
- Lobe-pump
Bastrycket i ett gummi- och plastförseglat kolvpumpssystem är vanligen 1 till 50 kPa, medan en scrollpump kan nå 10 Pa (när den är ny) och en oljepump med roterande skovel med en ren och tom metallkammare lätt kan nå 0.1 Pa.
En vakuumpump med positiv förskjutning flyttar samma gasvolym vid varje cykel, så dess pumphastighet är konstant om den inte övervinns av backstreaming.
MomentumöverföringspumpRedigera
I en momentumöverföringspump accelereras gasmolekylerna från vakuumsidan till avgassidan (som vanligen hålls vid ett reducerat tryck av en deplacementspump). Momentumöverföringspumpning är endast möjlig under tryck på cirka 0,1 kPa. Materia flödar på olika sätt vid olika tryck, baserat på de vätskebaserade dynamiska lagarna. Vid atmosfäriskt tryck och lätt vakuum interagerar molekylerna med varandra och trycker på sina grannmolekyler i ett så kallat visköst flöde. När avståndet mellan molekylerna ökar interagerar molekylerna oftare med kammarens väggar än med de andra molekylerna, och molekylär pumpning blir effektivare än positiv förskjutningspumpning. Denna regim kallas i allmänhet för högvakuum.
Molekylära pumpar sveper ut ett större område än mekaniska pumpar och gör det oftare, vilket gör att de kan uppnå mycket högre pumphastigheter. De gör detta på bekostnad av tätningen mellan vakuumet och deras utlopp. Eftersom det inte finns någon tätning kan ett litet tryck vid utloppet lätt orsaka bakströmning genom pumpen; detta kallas stall. I högvakuum har dock tryckgradienterna liten effekt på vätskeflöden, och molekylära pumpar kan uppnå sin fulla potential.
De två huvudtyperna av molekylära pumpar är diffusionspumpen och den turbomolekylära pumpen. Båda typerna av pumpar blåser ut gasmolekyler som diffunderar in i pumpen genom att ge gasmolekylerna momentum. Diffusionspumpar blåser ut gasmolekylerna med hjälp av olje- eller kvicksilverstrålar, medan turbomolekylära pumpar använder höghastighetsfläktar för att driva gasen. Båda dessa pumpar kommer att stanna och misslyckas med att pumpa om de pumpas direkt till atmosfäriskt tryck, så de måste pumpas till ett lägre vakuum som skapas av en mekanisk pump.
Som med förträngningspumpar kommer grundtrycket att uppnås när läckage, utgasning och backstreaming är lika stort som pumphastigheten, men nu blir det mycket svårare att minimera läckage och utgasning till en nivå som är jämförbar med backstreaming.
Regenerativ pumpRedigera
Regenerativa pumpar utnyttjar vridningsbeteendet hos vätskan (luft). Konstruktionen bygger på ett hybridkoncept av centrifugalpump och turbopump. Vanligtvis består den av flera uppsättningar av vinkelräta tänder på rotorn som cirkulerar luftmolekyler i stationära ihåliga rännor likt flerstegscentrifugalpumpen. De kan nå upp till 1×10-5 mbar (0,001 Pa) (när de kombineras med Holweck-pumpen) och direkt avgasa till atmosfäriskt tryck. Exempel på sådana pumpar är Edwards EPX (tekniskt dokument ) och Pfeiffer OnTool™ Booster 150. Den kallas ibland för sidokanalspump. På grund av den höga pumphastigheten från atmosfär till högvakuum och mindre föroreningar eftersom lager kan installeras på utloppssidan används denna typ av pumpar för lastlåsning i halvledartillverkningsprocesser.
Denna typ av pump lider av hög energiförbrukning (~1 kW) jämfört med turbomolekylära pumpar (<100W) vid lågt tryck, eftersom den största delen av energin förbrukas för att återgå till det atmosfäriska trycket. Detta kan minskas med nästan 10 gånger genom att man backar med en liten pump.
InneslutningspumpRedigera
En inneslutningspump kan vara en kryopump, som använder kalla temperaturer för att kondensera gaser till ett fast eller adsorberat tillstånd, en kemisk pump, som reagerar med gaser för att producera en fast rest, eller en jonpump, som använder starka elektriska fält för att jonisera gaser och driva jonerna in i ett fast substrat. I en kryomodul används kryopumpning. Andra typer är sorptionspump, icke-avdunstande getterpump och titansublimeringspump (en typ av avdunstande getter som kan användas upprepade gånger).
Andra typerRedigera
- Venturi-vakuumpump (aspirator) (10 till 30 kPa)
- Ångejektor (vakuumet beror på antalet steg, men kan vara mycket lågt)
.