پمپ وکیوم روتاری روغنی، در اکثر سیستم های خلاء بعنوان انتخاب اول و پمپ اولیه در سیستم های خلا مطرح می باشند. وقتی پمپ روتاری با یک پمپ وکیوم بوستر (تقویت کننده) یا پمپ های ثانویه ( پمپ های سطح خلا بالا)  کوپل گردد به آنها پمپ های وکیوم پشتیبان یا اولیه گفته می شود.

از پمپ وکیوم روتاری روغنی زمانی که نیاز به سطح خلا بالایی نباشد و  یا نرخ مکش بالا در سیستم خلا مورد نیاز نباشد می توان به تنهایی استفاده نمود. البته شایان ذکر است این پمپ ها به دلیل استفاده از روغن برای خنک کاری و آب بندی بین پره و بدنه، در مسیر پمپاژ گاز از درون پمپ وکیوم دارای بخارات روغن بوده و مناسب استفاده در سیستم های خلا تمیز نخواهد بود.

 پمپ وکیوم روتاری دو مرحله نیز دارای طراحی شبیه پمپ وکیوم روتاری تک مرحله ای بوده و در آنها از دو روتور به صورت سری در داخل پمپ استفاده می گردد. پمپ های تک مرحله ای توان رسیدن به سطح خلا  ^۲–۱۰*۳ تور ( ^۲–۱۰*۴ میلی بار) را دارا بوده و در انواع دو مرحله ای می توانند به سطح خلا ^۳–۱۰*۳ (^۳–۱۰*۴ میلی بار)  دست یابند.

نمایی از پمپ وکیوم روتاری برگرفته از (Nigel S. Harris M. Sc, C. Phys., author “Modern Vacuum Practice“, 3rd Revised Edition, Kurt J. Lesker Company, 2007)

 

با توجه به رواج و همه گیری استفاده از  پمپ وکیوم روتاری، درک مناسب از عملکرد و نحوه کارکرد این پمپ ها برای طراحان و کاربران تجهیزات خلاء صنعتی مهم می باشد.

این شرکت برای کارهایی که نیاز به خلا بالایی نباشد از پمپ های تحت خلا روتاری تا خلا 10^-2 میلی بار استفاده میکند که هم قیمت پایینی دارند و هم بازدهی بالا. در صورت سفارش مشتری میتوان برای اطمینان از خلا کافی چندین بار قبل از خلا نهایی شستشوی آرگون نیز انجام داد. طبق تجربه گاها قرار دادن تیتانیوم اسفتجی در اطراف نمونه ها نیز باعث کمتر شدن اکسیداسیون نمونه ها میشود.

 

آشنایی با پمپ دیفیوژن

از اولین پمپ‌های ساخته شده بمنظور دستیابی به خلأ‌های بالا، پمپ دیفیوژن است. پمپ دیفیوژن اولین بار در سال 1915 توسط W.Gaede معرفی شد. این پمپ با جیوه کار می‌کرد. در 1936 اولین پمپ دیفیوژن روغنی توسط Hickman ساخته شد.

پمپ دیفیوژن از انواع پمپ‌هایی است که در آن یک سیال، سیال دیگری را جاروب می‌کند(Fluid Entrainment). پمپ‌های مانند ایجکتورهای بخار و روغن نیز از این دسته پمپ‌ها می‌باشند.

پمپ‌های دیفیوژن یکی از پرکاربردترین پمپ‌های خلأ بالا می‌باشد که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. ساختار این پمپ ساده، قیمت آن مناسب و دوام و کارآیی بالایی دارد.

در پمپ دیفیوژن(مطابق زیر) ابتدا یک جت سیال با سرعت بالا تشکیل می‌شود. ذرات با برخورد به این جت، به سمت خروجی پمپ دیفیوژن پرتاب می‌شوند. بمنظور تشکیل جت، یک سیال با فشار بخار بالا(معمولا روغن‎‌های ارگانیک) در بویلر (توسط هیتر) حرارت داده می‌شود تا به دمای جوش برسد. سپس بخار روغن با عبور از جت‌های مخصوص سرعت گرفته و پس از طی مسیر و برخورد با ذرات گاز به دیواره آبگرد برخورد کرده و دوباره به مایع تبدیل شده و به درون بویلر باز می‌گردد. این فرآیند دایما تکرار شده و ذرات گاز به سمت خروجی پرتاب می‌شوند تا توسط پمپ پشتیبان تخلیه شوند.

 

نحوه عملکرد پمپ دیفیوژن

 

 پمپ‌های دیفیوژن برای کارایی بهتر دارای چندین مرحله جت هستند. جت اول(بالاتر) دارای بیشترین سرعت تخلیه است. جت‌های بعدی دارای سرعت تخلیه کمتری بوده و در فشار بالاتری کار می‌کنند. درواقع ذرات گاز با عبور ازهر مرحله جت، فشار آن افزایش می‌یابد تا به فشار مناسب جهت تخلیه توسط پمپ پشتیبان برسد. در مجموع در هر مرحله، میزان دبی حجمی(throughput) ثابت باقی می‌ماند.

فشار در بخش‌های مختلف پمپ دیفیوژن

 

پمپ‌های دیفیوژن نمی‌توانند در فشار بالا کار کنند زیرا براثر برخورد زیاد با مولکول‌های هوا شکل جت سیال بهم خورده و سرعت تخلیه به شدت کاهش می‌یابد(علاوه براینکه باعث میشود بخارات روغن به داخل محفظه نفوذ کند و یا روغن اکسید شود). پمپ ‌های دیفیوژن در فشار بالاتر از 10^-1 mbar سرعت تخلیه نزدیک به صفر دارند ولی در فشارهای کمتر از 10^-3 mbar حداکثر سرعت تخلیه را داشته و این سرعت با کاهش فشار ثابت می‌ماند. سرعت تخلیه گازهای مختلف در پمپ دیفیوژن متفاوت می‌باشد. این پمپ دارای سرعت تخلیه بالاتری برای گازهای سبکتر می‌باشد(مانند هیدروژن و هلیوم). در شکل 3 سرعت تخلیه پمپ دیفیوژن برای گازهای مختلف نشان داده شده است.

 

سرعت تخلیه پمپ دیفیوژن برای گازهای مختلف

 

سیستم گرمایی پمپ دیفیوژن

سیستم گرمایش دیفیوژن‌ها شامل یک هیتر عمدتا الکتریکی و یک بویلر است. هیتر دمای موردنیاز برای تبخیر روغن را فراهم می‌کند. روغن داخل بویلر قرار دارد. طراحی بویلر در دیفیوژنها اهمیت زیادی دارد. در دیفیوژن‌های با کیفیت،  بویلرها به گونه‌ای طراحی می‌شوند که روغن در چند مرحله گرم شده و  پیش از بخار شدن و حرکت بسوی جت‌ها، گازهای حل شده و سایر مواد داخل خود را آزاد می‌کند. برروی بدنه دیفیوژن‌ها معمولا یک سوئیچ حرارتی نصب می‌شود تا از بالا رفتن بیش از حد دمای بویلر جلوگیری شود.

 

سیستم گرمایی پمپ دیفیوژن

 

سیستم خنک کننده پمپ دیفیوژن

دیفیوژنها معمولا آبگرد هستند اما در نمونه‌های کوچک، انواع هواخنک آن نیز موجود می‌باشد. سیستم خنک کننده پمپ دیفیوژن به اندازه سیستم گرمایش آن دارای اهمیت است. اگر نرخ سرمایش کافی نباشد، جت سیال پس از برخورد با دیواره به اندازه کافی سرد نشده و چگالش بطور کامل انجام نمی‌گیرد. درصورتی که نرخ سرمایش نیز بیش از حد باشد، سیال پس از برخورد با جداره بیش از حد سرد شده و زمان زیادتری برای تبخیر دوباره آن لازم می‌شود.

 

پمپ دیفیوژن هواخنک

 

مشخصات سیستم سرمایش مورد نیاز پمپ‌های دیفیوژن در دفترچه فنی آنها موجود می‌باشد.

پمپ پشتیبان

پمپ پشتیبان(Backing pump) وظیفه تخلیه گاز پمپ شده توسط دیفیوژن و تامین فشار مورد نیاز در خروجی را دارد. به همین دلیل پمپ پشتیبان باید سرعت تخلیه و فشار نهایی مناسب را داشته باشد. معمولا یک فشار بحرانی برای فشار پشتیبان تعریف می‌شود که در دفترچه راهنما پمپ دیفیوژن مشخص شده است. فشار خروجی دیفیوژن هیچگاه نباید از فشار بحرانی بیشتر باشد.

امروزه معمولا از پمپ‌های روتاری پره‌ای و یا پیستونی به عنوان پمپ پشتیبان دیفیوژن استفاده می‌شود. در برخی کاربردها نیز از ترکیب روتاری-روتس به عنوان پمپ پشتیبان استفاده می‌شود.

جهت آشنایی با نحوه انتخاب پمپ پشتیبان مناسب می توانید این مقاله را مطالعه نمایید.

سیال پمپ دیفیوژن

در پمپ‌های دیفیوژن معمولا از روغن های ارگانیک استفاده می‌کنند. البته در برخی نمونه‌های قدیمی از جیوه نیز استفاده می‌شده است که این پمپ‌ها دارای بدنه شیشه‌ای بودند.

 

پمپ دیفیوژن شیشه‌ای

 

مهمترین ویژگی‌های روغن دیفیوژن عبارتند از:

توانایی رسیدن به فشار پایین

• پایین بودن فشار بخار
• پایین بودن گاز حل شده در آن

امکان پمپاژ موثر

• وزن مولکولی زیاد
• ویسکوزیتی مناسب
• کشش سطحی بالا
• دمای ویژه بخار پایین
• قیمت پایین

پایداری دمایی مناسب

• نقطه اشتعال بالا
• مقاوم به اکسید شدن در مجاورت هوا
• تجزیه ناپذیری در شرایط خلأ
• تجزیه ناپذیری در مجاورت کاتالیست‌ها(مانند مس)
• تجزیه ناپذیری دراثر تخلیه الکتریکی یا فیلامان داغ

عدم واکنش‌پذیری شیمیایی

• عدم واکنش‌پذیری شیمیایی
• غیرسمی بودن

همه سیالات دیفیوژن دارای کلیه خواص مورد نظر نیستند و به همین دلیل بایستی براساس نیاز آنها را انتخاب کرد. در هنگام انتخاب مشخصات کامل را در دفترچه آن مطالعه کنید. در شکل زیر مشخصات برخی از روغن‌های متداول دیفیوژن را ملاحظه می‌کنید. همچنین جهت آشنایی بیشتر با روغن های دیفیوژن می توانید مقاله روغن های خلا را در همین سایت مطالعه نمایید.

 

مشخصات انواع روغن‌های دیفیوژن موجود در بازار

 

برگشت روغن به محفظه خلأ و استفاده از تله‌های سرد:

یکی از مهمترین نقاط ضعف پمپ‌های دیفیوژن بازگشت روغن به محیط خلأ است. این روغن یا دراثر حرکت مولکول‌های روغن جدا شده از جت هاست(back-streaming) و یا حاصل تبخیر دوباره روغن پس از برخورد به دیواره‌ها است(back-migration). استفاده از تله‌های سرد(cold-trap، Baffle) در دهانه ورودی پمپ در کنار طراحی درست جتها، فشار محفظه و فشار پشتیبان کافی و همچنین خنکاری مناسب می‌تواند برگشت روغن را به مقدار زیادی کاهش دهد.

 

تله سرد مخصوص ورودی پمپ دیفیوژن

 

تله‌های سرد به گونه‌ای طراحی شده‌اند که با قرارگیری در بالای دهانه ورودی پمپ دیفیوژن، بخارات روغن حتما با صفحات سرد آن برخورد کند. تله‌های سرد معمولا آبگرد و یا حاوی نیتروژن مایع هستند. تله‌های آبگرد قادرند تا 10 برابر فشار را کاهش ‌دهند اگرچه این تله ها ممکن است سبب کاهش سرعت تخلیه شوند.(با استفاده از انتخاب تله سرد مناسب این کاهش سرعت را می توان به حداقل رسانید) در شکل زیر تاثیر تله سرد بر فشار نهایی پمپ دیفیوژن مشاهده می‌شود.

 

تاثیر تله سرد بر فشار نهایی پمپ دیفیوژن

 

نحوه اتصال پمپ دیفیوژن به محفظه خلأ

پمپ‌های دیفیوژن امکان کارکرد در فشار اتمسفر را ندارند و باید فشار ورودی آنها به کمتر از ^2-10 ×5 میلی بار برسد.   بدین منظور لازم است تا ابتدا فشار مخزن با استفاده از یک پمپ به فشار مناسب جهت کارکرد پمپ دیفیوژن برسد. این پمپ، معمولا یک پمپ روتاری روغنی و یا ترکیبی از روتاری روغنی و روتس است.

 

اتصال پمپ دیفیوژن با پمپ پشتیبان روتاری- روتس

 

در بسیاری از سیستم‌های خلأ، از پمپ‌های فوق جهت پمپ پشتیبان دیفیوژن نیز استفاده می‌شود. در این سیستم‌ها با استفاده از شیرهای جدا کننده ابتدا فشار محفظه را تا فشار مناسب پایین آورده و سپس مسیر خروجی پمپ دیفیوژن را تخلیه می‌کند.

 

نحوه اتصال پمپ دیفیوژن به سیستم خلا

این شرکت مجهز به پمپ دیفیوژن  Dp100  است که خلایی تا ^4- 10  میلی بار را حاصل میکند و اماده خدمات دهی برای مشتریان است.