Typy průmyslových vývěv

Vakuum se používá v celé řadě průmyslových výrobních procesů, jako je balení, stáčení, sušení, odplyňování, kompletace a další. Průmyslová vývěva se používá k vytváření, zlepšování a udržování vakua v těchto procesech. Existuje mnoho typů průmyslových vakuových technologií a tento článek se jimi bude zabývat. Abyste pochopili, který typ vysavače je pro vás a vaši aplikaci nejvhodnější, je nezbytné porozumět vlastnostem, výhodám a principu fungování jednotlivých typů technologií. V tomto článku se seznámíte s nejběžnějšími typy průmyslových vývěv, jejich fungováním a typy aplikací, pro které jsou nejvhodnější.

Základní princip činnosti průmyslové vývěvy

Základní princip činnosti průmyslové vývěvy zůstává stejný bez ohledu na typ technologie.

Vakuové vývěvy odstraňují molekuly vzduchu (a dalších plynů) z vakuové komory (nebo z výstupní strany v případě vyšší vakuové vývěvy zapojené do série). Se snižováním tlaku v komoře je odstraňování dalších molekul stále obtížnější. Proto musí být průmyslový vakuový systém (obr. 1) schopen pracovat v části mimořádně velkého rozsahu tlaků, který se obvykle pohybuje od 1 do 10^-6 Torr / 1,3 až 13,3 mBar tlaku. Ve výzkumných a vědeckých aplikacích je tato hodnota rozšířena na 10^-9 Torr nebo nižší. Za tímto účelem se ve standardním vakuovém systému používají různé typy vývěv, z nichž každá pokrývá určitou část tlakového rozsahu a někdy pracuje v sérii.

Tlakové rozsahy průmyslového vakuového systému

Průmyslové vakuové systémy lze rozdělit do následujících skupin tlakových rozsahů:

• Hrubé/nízké vakuum: 1000 až 1 mbar / 760 až 0,75 Torr
• Jemné/střední vakuum: 1 až 10^-3 mbar / 0,75 až 7,5^-3 Torr
• Vysoké vakuum: 10^-3 až 10^-7 mbar / 7,5^-3 až 7,5^-7 Torr
• Velmi vysoké vakuum: 10^-7 až 10^-11 mbar / 7,5^-7 až 7,5^-11 Torr
• Extrémně vysoké vakuum: < 10^-11 mbar / < 7,5^-11 Torr

Čerpadla na přečerpávání plynu

Přenosové pumpy přenášejí molekuly plynu buď výměnou hybnosti (kinetickým působením), nebo kladným posunem. Z čerpadla je vypouštěn stejný počet molekul plynu, jaký do něj vstupuje, a při vypouštění je tlak plynu mírně vyšší než atmosférický. Kompresní poměr je poměr výfukového tlaku (na výstupu) k nejnižšímu dosaženému tlaku (na vstupu).

Kinetická přečerpávací čerpadla

Kinetická čerpadla využívají vysokorychlostní lopatky nebo zavedené páry, které směřují plyn k výtlaku a fungují na principu přenosu hybnosti. Tyto typy čerpadel mohou dosahovat vysokých kompresních poměrů při nízkých tlacích, ale obvykle nemají uzavřený objem.

Pozitivní posun

Čerpadla, která pracují na základě mechanického zachycení objemu plynu a jeho pohybu čerpadlem, se nazývají objemová čerpadla. Izolovaný objem je často konstruován jako vícestupňový na jedné hnací hřídeli, stlačuje se na menší objem při vyšším tlaku a nakonec se stlačený plyn vypouští buď do atmosféry, nebo do dalšího čerpadla. K zajištění vyššího vakua a průtoku se často používají dvě sériové vývěvy.

Jak již bylo zmíněno, k vytvoření nízkého podtlaku se používají objemové vývěvy. Tento typ vývěvy rozšiřuje dutinu a umožňuje proudění plynů z uzavřeného prostředí nebo komory. Poté se dutina utěsní a způsobí, že je vypuštěna do atmosféry. Principem vývěvy je vytvoření podtlaku zvětšením objemu nádoby. Například u ruční vodní pumpy mechanismus rozšiřuje malou uzavřenou dutinu a vytváří hluboký podtlak. Vlivem tlaku je část kapaliny z komory vytlačována do malé dutiny čerpadla. Poté se dutina čerpadla uzavře od komory, otevře se do atmosféry a poté se stlačí zpět na nepatrnou velikost. Dalším příkladem vývěvy s pozitivním výtlakem je jako bránice sval, který rozšiřuje hrudní dutinu, což způsobuje zvětšení objemu plic. Tato expanze vede k vytvoření částečného podtlaku a snížení tlaku, který je následně vyplněn vzduchem tlačeným atmosférickým tlakem. Příkladem objemových vývěv jsou kapalinokružné vývěvy a kořenové dmychadlo, které se hojně používají v různých průmyslových odvětvích k vytváření vakua v omezeném prostoru.

Uvězněná čerpadla

Vývěvy, které zachycují molekuly plynu na povrchu ve vakuovém systému, jsou překvapivě známé jako zachycovací nebo záchytné vývěvy. Tyto vývěvy pracují s nižšími průtoky než vývěvy, jako jsou například přečerpávací vývěvy, mohou však poskytovat extrémně vysoké vakuum až do 10-12 Torr. Zachytávací vývěvy pracují na principu kryogenní kondenzace, iontové reakce nebo chemické reakce a nemají žádné pohyblivé části, takže vytvářejí bezolejové vakuum.

Vývěvy, které pracují s využitím chemických reakcí, jsou účinnější, protože jsou obvykle umístěny uvnitř nádoby, kde je požadováno vakuum. Molekuly vzduchu vytvářejí tenkou vrstvu, která se při provozu čerpadla odstraňuje a způsobuje chemickou reakci na vnitřním povrchu čerpadla. K vytvoření ultravysokého vakua se používají spolu s objemovými vývěvami a vývěvami pro přenos momentu.

Mokré nebo suché vývěvy - přehled

Technologie vývěv se považují za mokré (mazané) nebo suché (bez oleje nebo se suchým chodem) v závislosti na tom, zda je plyn během procesu komprese vystaven působení oleje nebo vody.

Mokrá čerpadla se mažou a/nebo těsní buď olejem, nebo vodou; tato kapalina může kontaminovat čerpaný (vymetený) plyn. Zatímco suché vývěvy nemají v čerpaném plynu žádnou kapalinu a spoléhají se na přesné vůle mezi rotujícími a statickými částmi vývěvy, suchá polymerová (teflonová) těsnění nebo membránu, která odděluje čerpací mechanismus od plynu a zajišťuje těsnost.

Suchá čerpadla však nejsou zcela bez oleje, protože v převodovkách a ložiscích čerpadel se často používá olej nebo mazivo. Ta je oddělena od strany vakuové komprese. Suchá čerpadla snižují riziko kontaminace a olejové mlhy. Mají také ekologické výhody, protože nevyžadují likvidaci olejů jako mazaná čerpadla.

Odstředivá čerpadla

Odstředivá čerpadla jsou hydraulicky poháněné stroje, které se vyznačují schopností přenášet energii do tekutin (zejména do kapalin) působením odstředivých sil. Jejich hlavním účelem je přenášet tekutiny zvýšením tlaku. Odstředivá čerpadla mohou mít různou konstrukci, ale jejich princip činnosti a dynamické vlastnosti kapaliny jsou vždy stejné.

Více o odstředivých čerpadlech

Rotační dráp

Rotační vývěvy Claw vytvářejí bezkontaktní vakuum efektivně a hospodárně. To je možné díky principu vnitřní komprese v konstrukci rotačního drápu. Drápkové vývěvy jsou založeny na statickém kompresním systému. Na rozdíl od rotačních laloků dochází k vnitřní kompresi objemovou kontrakcí.

Drápkové čerpadlo se skládá ze dvou rotorů. V tělese kompresoru se otáčejí v opačných směrech, aniž by se dotýkaly a dodržovaly velmi těsné vůle. Jsou synchronizovány přesným převodem. Při pohybu drápu přes sací přípojku a axiální sací kanál je plyn nasáván do kompresní komory. Plyn se v kompresní komoře předstlačuje a poté se vypouští.

Více informací o Rotary Claw

Rotační šroubová čerpadla

Šroubová vývěva se skládá ze dvou paralelních rotorů ve tvaru šroubu, z nichž jeden má pravý a druhý levý závit. Oba šrouby se v tělese kompresoru otáčejí bez tření a s velmi malou vůlí.

Jsou synchronizovány přesným převodem. Kompresní pouzdro a speciální tvar šroubů tvoří kompresní komory. V důsledku opačného otáčení obou šroubů se komora spojená se sacím otvorem zvětšuje a plyn je dopravován do kompresní komory. Poté se komora axiálně přesune ze sací strany na tlakovou (šipka).

U modelů s proměnnou roztečí se plyn při každé změně rozteče stlačuje a před další změnou rozteče se ochlazuje, což vede k vyšší účinnosti. Na tlakové straně se komora pohybuje proti axiální stěně skříně a objem se zmenšuje, dokud přední plocha šroubu neotevře tlakový kanál a předstlačený plyn se nevypouští tlakovou přípojkou. Chlazení se provádí pomocí vodou chlazené vnější komory. U některých velikostí čerpadel lze do čerpadla zavést další chladicí plyn.

Další informace o rotačních šroubových čerpadlech