ターボ分子ポンプの動作原理

- Dec 27, 2017-

ターボ分子ポンプは、真空ポンプ、ターボポンプを取得し、高真空を維持するために使用に表面的に類似の一種です。これらのポンプは、気体分子を指定できること運動量目的の方向に繰り返し移動固体表面衝突による原理で動作します。ターボ分子ポンプ、急速に回転のファンの回転子 'ヒット' を作成または、真空を維持するために排気に向かってポンプのインレットから気体分子。

 

動作原理

 

ほとんどのターボ分子ポンプは、すばやく回転ローター ブレードと静止した固定子ブレード ペアから成る複数の段階を採用しています。システムは、コンプレッサーを取り出すのではなく、ガスにエネルギーを入れるような動作します。上部の段階によってキャプチャされたガスはより低い段階にプッシュされ、引き続いての前面真空 (バックポンプ) 圧力レベルに圧縮します。気体分子は、入口から入ってくる、角度の刃の数を持って、ローターは分子に当たります。このようにブレードの力学的エネルギーは、気体分子に転送されます。この新たに買収した勢いでガス分子を固定子のガス転送穴に入力します。これは、彼らは再びローター表面と衝突する、このプロセスを続行すると、最後にそれらをリードして外側に排気を次の段階にそれらを導きます。

 

ロータとステータの相対運動のため分子は刃の下側を優先的にヒットします。翼面が見下ろすので散乱の分子のほとんど下方残すでしょう。反射は発生しませんので、表面は荒いです。ブレードは厚いと高圧操業の安定して可能であり、最大圧縮を少し曲がったように薄くする必要があります。高圧縮比の隣接する回転翼の間に喉を前方方向に可能な限り多く指しています。高流量のブレードは 45 ° であり、軸の近くに達する。

 

各ステージの圧縮は、〜 10 は、コンセントに近い各段階は前の入口段階よりかなり小さい。これは、2 つの結果が生じます。無限の段階が有限の軸長に合うことができる理想的な幾何学的進行を告げています。有限長この場合、ベアリング、モーター、コント ローラーなど住宅の完全な高さ、軸の内いくつかクーラーのインストールできます。放射状に、入り口に薄いガスの多くとして把握する入口側ローター理想的だろう半径を大きく、および相応じてより高い遠心力;理想的な刃は先端に向かって指数関数的に薄くなるし、炭素繊維アルミニウム刃を強化する必要があります。しかし、平均速度のため刃が実用的な先端の直径ではなく、根の直径を増やすことによってこれは、あまりにも多くのポンプに影響します。

 

ターボ分子ポンプの性能関連性ローターの頻度が高い。回転数が増加するにつれてよりローター ブレードをそらすため。速度を向上させ、変形を低減、剛性の高い素材と別のブレード デザインを提案されています。

 

ターボ分子ポンプは非常に高速で動作する必要があり、摩擦熱の蓄積は設計上の制限を課しています。いくつかのターボ分子ポンプは、摩擦およびオイルの汚染を減らすために磁気軸受を使用します。磁気軸受とサイクルのロータとステータ間のみ限定クリアランスを可能にする温度、高圧段階でブレードがシングル コイルにやや退化したためそれぞれを箔します。層流は、層流タービン設計フローで使用されない時に停止するため、揚水のため使用できません。ポンプは圧縮率を改善するために冷却することができますが、ブレードの氷を凝縮、寒くてはなりません。ターボポンプを停止すると、バッキングの真空からの油は、ターボポンプを backstream 可能性があり、商工会議所を汚染します。1 つの方法これを防ぐためには、ポンプを窒素の流をご紹介することです。真空窒素とまだターボポンプに実行の切り替えはポンプや排気で重圧に機械的ストレスを避けるために正確に同期します。薄い膜と排気弁 (例えば後電源障害またはバッキング真空リーク) 過度の背圧から、ターボポンプを保護するために追加してください。

 

その六つの自由度のすべてのローターを安定させます。1 度は、電気モーターによって支配されます。少なくとも、この程度は、電子 (または反磁性材料、精密ポンプのベアリングに使用されるあまりにも安定している) 安定する必要があります。(高周波磁心の損失を無視する) 別の方法は、各端の球と軸と軸受を構築することです。これらの球は、静的球内部です。各球の表面に、内側と外側に行く磁力線のチェッカー ボード パターンです。静的な球のチェッカー ボード パターンを回転すると、回転子が回転します。作られた安定不安定、別の軸、全軸のコストには、中立、電子制御、小さくない軸を強調したより動的になるこの構造で安定しました。ホール効果センサーは、回転位置を検出する使用ことができ、その他自由度の容量測定が可能します。

 

最大圧力

 

大気圧空気の平均自由行程は約 70 nm。ターボ分子ポンプは、これらの分子は、動翼で打つ彼らの方法で他の分子と衝突する前に静止翼に達する場合のみ作業できます。それを達成するには、動翼と静止翼間のギャップは平均自由行程よりも近くにまたはより少しをある必要があります。実用的な構造の観点から、ターボポンプは大気に直接排出される場合 (ない純揚水) ストールされますのでブレード セット間の実行可能なギャップが 1 mm 程度です。排気圧力が 10 未満のときは、ターボポンプ、ポンプ平均自由行程は圧力に反比例するため、Pa (0.10 mbar)、平均自由行程は約 0.7 mm。

 

ほとんどターボポンプ最大約 (排気圧) の圧力をバックアップ彼らの最後の段階としてハネス ポンプ (または分子ポンプ) がある 1-10 mbar。理論的には、再生ポンプ側チャネル ポンプや遠心ポンプは、大気圧に直接、バックアップされる可能性がありますが、現在の雰囲気を直接排出市販ターボポンプはありません。ほとんどの場合、排気が十分ターボ分子ポンプ効率的に作業するための圧力低を作り出す機械的バックアップ ポンプ (通常荒削りポンプと呼ばれる) に接続されます。通常、この背圧は 0.1 mbar 以下と一般的に 0.01 mbar について。背圧はほとんど 10 − 3 mbar 以下 (平均自由行程 ≒ 70 mm) ターボポンプと粗引き真空ポンプ真空配管の流動抵抗が重要になりますので。

 

ターボ分子ポンプは、非常に汎用性の高いポンプをすることができます。中間の真空から真空度の多くを生成すること (~ 10 − 2 Pa) 超高真空レベルまで (~ 10−8 Pa)。

 

ラボ環境や製造工場の複数のターボ分子ポンプは、小さな補助ポンプにチューブで接続できます。自動バルブと拡散ポンプの補助ポンプの前に大きいバッファー管への注入を防ぐ別のポンプを停止する 1 つのポンプから任意の重圧のような。