Eine Vakuumpumpe ist ein Gerät, das Gasmoleküle von einem gesiegelten Volumen entfernt, um ein teilweises Vakuum zurückzulassen. Die erste Vakuumpumpe wurde 1650 von Otto von Guericke erfunden, und wurde durch die Saugpumpe, der Daten zur Altertümlichkeit vorangegangen.

Typen

Pumpen können gemäß drei Techniken weit gehend kategorisiert werden:

• Positive Versetzungspumpen verwenden einen Mechanismus, eine Höhle wiederholt auszubreiten, Benzin zu erlauben, in vom Raum zu fließen, die Höhle dichtzumachen, und es zur Atmosphäre zu erschöpfen.
• Schwung-Übertragungspumpen, auch genannt molekulare Pumpen, verwenden hohe Geschwindigkeitsstrahlen von dichten flüssigen oder hohen Geschwindigkeitsdrehen-Klingen, um Gasmoleküle aus dem Raum zu schlagen.
• Entrapment pumpt Festnahme-Benzin in einem festen oder adsorbierten Staat. Das schließt cryopumps, Hauer und Ion-Pumpen ein.

Positive Versetzungspumpen sind für niedrige Vakua am wirksamsten. Schwung-Übertragungspumpen in Verbindung mit einer oder zwei positiven Versetzungspumpen sind die allgemeinste Konfiguration, die verwendet ist, um hohe Vakua zu erreichen. In dieser Konfiguration dient die positive Versetzungspumpe zwei Zwecken. Zuerst erhält es ein raues Vakuum im Behälter, der wird ausleert, bevor die Schwung-Übertragungspumpe verwendet werden kann, um das Hochvakuum zu erhalten, weil Schwung-Übertragungspumpen nicht anfangen können, am atmosphärischen Druck zu pumpen. Zweit unterstützt die positive Versetzungspumpe die Schwung-Übertragungspumpe durch das Evakuieren zum niedrigen Vakuum der Anhäufung von versetzten Molekülen in der Hochvakuum-Pumpe. Pumpen von Entrapment können hinzugefügt werden, um ultrahohe Vakua zu erreichen, aber sie verlangen periodische Regeneration der Oberflächen, die Luftmoleküle oder Ionen fangen. Wegen dieser Voraussetzung kann ihre verfügbare betriebliche Zeit in niedrigen und hohen Vakua unannehmbar kurz sein, so ihren Gebrauch auf ultrahohe Vakua beschränkend. Pumpen unterscheiden sich auch in Details wie Produktionstoleranz, Dichtungsstoff, Druck, Fluss, Aufnahme oder keine Aufnahme des Öldampfs, der Dienstzwischenräume, der Zuverlässigkeit, Toleranz, um, Toleranz zu Chemikalien, Toleranz zu Flüssigkeiten und Vibrieren abzustauben.

Leistungsmaßnahmen

• Das Pumpen der Geschwindigkeit bezieht sich auf den Volumen-Durchfluss einer Pumpe an seiner kleinen Bucht, die häufig im Volumen pro Einheit der Zeit gemessen ist. Schwung-Übertragung und Entrapment-Pumpen sind auf etwas Benzin wirksamer als andere, so kann die pumpende Rate für jedes des Benzins verschieden sein, das wird pumpt, und sich der durchschnittliche Volumen-Durchfluss der Pumpe abhängig von der chemischen Zusammensetzung des Benzins ändern wird, das im Raum bleibt.
• Durchfluss bezieht sich auf die pumpende Geschwindigkeit, die mit dem Gasdruck an der kleinen Bucht multipliziert ist, und wird in Einheiten des Drucks gemessen · Volumen/Einheitszeit. Bei einer unveränderlichen Temperatur ist Durchfluss zur Zahl von Molekülen proportional, die pro Einheitszeit, und deshalb zum Massendurchfluss der Pumpe pumpen werden. Wenn er eine Leckstelle im System oder backstreaming durch die Pumpe bespricht, bezieht sich Durchfluss auf die Volumen-Leckstelle-Rate, die mit dem Druck an der Vakuumseite der Leckstelle multipliziert ist, so kann der Leckstelle-Durchfluss im Vergleich zum Pumpe-Durchfluss sein.

Positive Versetzung und Schwung-Übertragungspumpen haben einen unveränderlichen Volumen-Durchfluss, (pumpende Geschwindigkeit,), aber weil der Druck des Raums fällt, enthält dieses Volumen immer weniger Masse. So, obwohl die pumpende Geschwindigkeit unveränderlich, der Durchfluss und Massendurchfluss-Fall exponential bleibt. Inzwischen setzen die Leckage, Eindampfung, Sublimierung und backstreaming Raten fort, einen unveränderlichen Durchfluss ins System zu erzeugen.

Positive Versetzung

Flüssigkeiten können nicht gezogen werden, so ist es technisch unmöglich, ein Vakuum durch das Ansaugen zu schaffen. Ansaugen ist die Bewegung von Flüssigkeiten in ein Vakuum unter der Wirkung eines höheren Außendrucks, aber das Vakuum muss zuerst geschaffen werden. Die leichteste Weise, ein künstliches Vakuum zu schaffen, soll das Volumen eines Behälters ausbreiten. Zum Beispiel breitet der Diaphragma-Muskel die Brust-Höhle aus, die das Volumen der Lungen veranlasst zuzunehmen. Diese Vergrößerung reduziert den Druck und schafft ein teilweises Vakuum, das bald mit dem Flugzeug gestoßen in durch den atmosphärischen Druck gefüllt wird.

Um fortzusetzen, einen Raum unbestimmt auszuleeren, ohne unendliches Wachstum zu verlangen, kann eine Abteilung des Vakuums wiederholt gesperrt, erschöpft, und wieder ausgebreitet werden. Das ist der Grundsatz hinter positiven Versetzungspumpen wie die manuelle Wasserpumpe zum Beispiel. Innerhalb der Pumpe breitet ein Mechanismus eine kleine gesiegelte Höhle aus, um ein tiefes Vakuum zu schaffen. Wegen des Druck-Differenzials wird etwas Flüssigkeit vom Raum (oder so, in unserem Beispiel) in die kleine Höhle der Pumpe gestoßen. Die Höhle der Pumpe wird dann vom Raum gesiegelt, hat sich zur Atmosphäre geöffnet, und hat zurück zu einer Minutengröße gequetscht.

Hoch entwickeltere Systeme werden für die meisten Industrieanwendungen verwendet, aber das Kernprinzip der zyklischen Volumen-Eliminierung ist dasselbe:

• Drehschaufel-Pumpe, der allgemeinste
• Diaphragma-Pumpe, Nullölverunreinigung
• Flüssige Ringpumpe
• Kolbenpumpe, preiswertester
• Schriftrolle-Pumpe, höchste Geschwindigkeit trocknet Pumpe aus
• Schraube-Pumpe (10 Papa)
• Wankel pumpen
• Außenschaufel-Pumpe
• Wurzelbläser, auch genannt eine Boosterrakete-Pumpe, hat im höchsten Maße pumpende Geschwindigkeiten, aber niedriges Kompressionsverhältnis
• Mehrstufenwurzelpumpe, die mehrere Stufen verbinden, die hohe pumpende Geschwindigkeit mit dem besseren Kompressionsverhältnis versorgen
• Toepler pumpen
• Lappen-Pumpe

Der Grunddruck eines Gummis - und plastikgesiegeltes Kolbenpumpe-System ist normalerweise 1 bis 50 kPa, während eine Schriftrolle-Pumpe 10 Papa erreichen könnte (wenn neu) und eine Drehschaufel-Ölpumpe mit einem sauberen und leeren metallischen Raum 0.1 Papa leicht erreichen kann.

Eine positive Versetzungsvakuumpumpe bewegt dasselbe Volumen von Benzin mit jedem Zyklus, so ist seine pumpende Geschwindigkeit unveränderlich, wenn es durch backstreaming nicht überwunden wird.

Schwung-Übertragung

In einer Schwung-Übertragungspumpe werden Gasmoleküle von der Vakuumseite bis die Auspuffseite beschleunigt (der gewöhnlich an einem reduzierten Druck durch eine positive Versetzungspumpe aufrechterhalten wird). Das Schwung-Übertragungspumpen ist nur unter dem Druck von ungefähr 0.1 kPa möglich. Sache fließt verschieden am verschiedenen auf den Gesetzen der flüssigen Dynamik gestützten Druck. Am atmosphärischen Druck und den milden Vakua wirken Moleküle mit einander aufeinander und gehen ihre benachbarten Moleküle darin voran, was als klebriger Fluss bekannt ist. Wenn die Entfernung zwischen den Molekül-Zunahmen, die Moleküle mit den Wänden des Raums öfter aufeinander wirken als die anderen Moleküle, und das molekulare Pumpen mehr in Kraft tritt als das positive Versetzungspumpen. Dieses Regime wird allgemein Hochvakuum genannt.

Molekulare Pumpen kehren ein größeres Gebiet als mechanische Pumpen, und tun so öfter, sie fähig zu viel höheren pumpenden Geschwindigkeiten machend. Sie tun das auf Kosten des Siegels zwischen dem Vakuum und ihrem Auslassventil. Da es kein Siegel gibt, kann ein kleiner Druck am Auslassventil backstreaming durch die Pumpe leicht verursachen; das wird Marktbude genannt. Im Hochvakuum, jedoch, haben Druck-Anstiege wenig Wirkung auf Flüssigkeitsströmungen, und molekulare Pumpen können ihr volles Potenzial erreichen.

Die zwei Haupttypen von molekularen Pumpen sind die Verbreitungspumpe und die Turbomolecular-Pumpe. Beide Typen von Pumpen löschen Gasmoleküle aus, die sich in die Pumpe durch das Geben des Schwungs den Gasmolekülen verbreiten. Verbreitungspumpen löschen Gasmoleküle mit Strahlen von Öl oder Quecksilber aus, während Turbomolecular-Pumpen hohe Geschwindigkeitsfächer verwenden, um das Benzin zu stoßen. Beide dieser Pumpen werden stecken bleiben und scheitern, wenn erschöpft, direkt zum atmosphärischen Druck zu pumpen, so müssen sie zu einem niedrigeren durch eine mechanische Pumpe geschaffenen Rang-Vakuum erschöpft werden.

Als mit positiven Versetzungspumpen wird der Grunddruck erreicht, wenn Leckage, outgassing, und backstreaming gleich die Pumpe-Geschwindigkeit, aber jetzt Minderung der Leckage und outgassing zu einem mit backstreaming vergleichbaren Niveau wird viel schwieriger.

• Verbreitungspumpe
• Turbomolecular pumpen

Entrapment

Pumpen von Entrapment können cryopumps sein, die kalte Temperaturen verwenden, um Benzin zu einem Festkörper oder adsorbierten staatlichen, chemischen Pumpen zu kondensieren, die mit Benzin reagieren, um einen festen Rückstand oder Ionisationspumpen zu erzeugen, die starke elektrische Felder verwenden, um Benzin zu ionisieren und die Ionen in ein festes Substrat anzutreiben. Ein cryomodule verwendet cryopumping.

• Ion-Pumpe
• Cryopump
• Sorptionspumpe
• Non-evaporative Hauer

Andere Pumpe-Typen

• Vakuumpumpe von Venturi (Saugapparat) (10 bis 30 kPa)
• Dampfejektor (hängt Vakuum von der Zahl von Stufen ab, aber kann sehr niedrig sein)

Techniken

Vakuumpumpen werden mit Räumen und betrieblichen Verfahren in ein großes Angebot an Vakuumsystemen verbunden. Manchmal wird mehr als eine Pumpe (der Reihe nach oder in der Parallele) in einer einzelnen Anwendung verwendet. Ein teilweises Vakuum oder raues Vakuum, kann mit einer positiven Versetzungspumpe geschaffen werden, die eine Gaslast von einem Einlasshafen bis einen Ausgang (Auslassventil) Hafen transportiert. Wegen ihrer mechanischen Beschränkungen können solche Pumpen nur ein niedriges Vakuum erreichen. Um ein höheres Vakuum zu erreichen, müssen andere Techniken dann verwendet werden, normalerweise der Reihe nach (gewöhnlich im Anschluss an eine Initiale pumpen schnell unten mit einer positiven Versetzungspumpe). Einige Beispiele könnten Gebrauch der gesiegelten Drehschaufel-Pumpe von Öl (die allgemeinste positive Versetzungspumpe) Unterstützung einer Verbreitungspumpe oder einer trockenen Schriftrolle-Pumpe sein, die eine Turbomolecular-Pumpe unterstützt. Es gibt andere Kombinationen abhängig vom Niveau des Vakuums, das wird sucht.

Das Erzielen des Hochvakuums ist schwierig, weil alle zum Vakuum ausgestellten Materialien für ihren outgassing und Dampf-Druck-Eigenschaften sorgfältig bewertet werden müssen. Zum Beispiel müssen Öle, und Fette, und Gummi oder Plastikdichtungen, die als Siegel für den Vakuumraum verwendet sind, nicht von, wenn ausgestellt, zum Vakuum kochen, oder das Benzin, das sie erzeugen, würde die Entwicklung des gewünschten Grads des Vakuums verhindern. Häufig müssen alle zum Vakuum ausgestellten Oberflächen bei der hohen Temperatur gebacken werden, um adsorbiertes Benzin zu vertreiben.

Outgassing kann auch einfach durch die Trocknung vor dem Vakuumpumpen reduziert werden.

Hochvakuum-Systeme verlangen allgemein Metallräume mit Metalldichtungssiegeln wie Flansche von Klein oder ISO Flansche, aber nicht die in niedrigen Vakuumraum-Siegeln üblicheren Gummidichtungen. Das System muss sauber sein und frei von der organischen Sache, um outgassing zu minimieren. Alle Materialien, fest oder Flüssigkeit, haben einen kleinen Dampf-Druck, und ihr outgassing wird wichtig, wenn der Vakuumdruck unter diesem Dampf-Druck fällt. Infolgedessen werden viele Materialien, die gut in niedrigen Vakua wie Epoxydharz arbeiten, eine Quelle von outgassing an höheren Vakua werden.

Mit diesen Standardvorsichtsmaßnahmen werden Vakua von 1 mPa mit einer Zusammenstellung von molekularen Pumpen leicht erreicht. Mit dem sorgfältigen Design und der Operation ist 1 µPa möglich.

Mehrere Typen von Pumpen können in der Folge oder in der Parallele verwendet werden. In einer typischen pumpdown Folge würde eine positive Versetzungspumpe verwendet, um den grössten Teil des Benzins von einem Raum zu entfernen, von der Atmosphäre (760 Torr, 101 kPa) zu 25 Torr (3 kPa) anfangend. Dann würde eine Sorptionspumpe verwendet, um den Druck zu 10 Torr (10 mPa) herunterzubringen. Ein cryopump oder Turbomolecular-Pumpe würden verwendet, um den Druck weiter unten zu 10 Torr (1 µPa) zu bringen. Eine zusätzliche Ion-Pumpe kann unter 10 Torr angefangen werden, um Benzin zu entfernen, das durch einen cryopump oder Turbopumpe, wie Helium oder Wasserstoff nicht entsprechend behandelt wird.

Extremes Hochvakuum verlangt allgemein einzeln angefertigte Ausrüstung, strenge betriebliche Verfahren und einen schönen Betrag von empirischen. Ultrahochvakuum-Systeme werden gewöhnlich aus rostfreiem Stahl mit dem Metall-Gasketed conflat Flansche gemacht. Das System wird gewöhnlich vorzugsweise unter dem Vakuum gebacken, um den Dampf-Druck aller outgassing Materialien im System provisorisch zu erheben und sie davon zu kochen. Nötigenfalls kann dieser outgassing des Systems auch bei der Raumtemperatur durchgeführt werden, aber das nimmt viel mehr Zeit. Einmal der Hauptteil der outgassing Materialien werden davon gekocht und ausgeleert, das System kann abgekühlt werden, um Dampf-Druck zu senken, um restlichen outgassing während der wirklichen Operation zu minimieren. Einige Systeme werden ganz unter der Raumtemperatur durch den flüssigen Stickstoff abgekühlt, um restlichen outgassing und gleichzeitig cryopump das System zu schließen.

In Ultrahochvakuum-Systemen müssen einige sehr sonderbare Leckage-Pfade und outgassing Quellen betrachtet werden. Die Wasserabsorption von Aluminium und Palladium wird eine unannehmbare Quelle von outgassing, und sogar die Aufnahmefähigkeit von harten Metallen wie rostfreier Stahl oder Titan muss betrachtet werden. Einige Öle und Fette werden von in äußersten Vakua kochen. Die Durchlässigkeit der metallischen Raum-Wände kann betrachtet werden müssen, und die Laufrichtung der metallischen Flansche sollte zum Flansch-Gesicht parallel sein.

Der Einfluss der molekularen Größe muss betrachtet werden. Kleinere Moleküle können in leichter lecken und sind leichter von bestimmten Materialien gefesselt, und molekulare Pumpen sind an pumpendem Benzin mit niedrigeren Molekulargewichten weniger wirksam. Ein System kann im Stande sein, Stickstoff (der Hauptbestandteil von Luft) zum gewünschten Vakuum auszuleeren, aber der Raum konnte noch mit restlichem atmosphärischem Wasserstoff und Helium voll sein. Behälter haben sich mit einem hoch gasdurchlässigen Material wie Palladium aufgestellt (der ein Wasserstoffschwamm der hohen Kapazität ist), schaffen spezielle outgassing Probleme.

Gebrauch von Vakuumpumpen

Vakuumpumpen werden in vielen industriellen und wissenschaftlichen Prozessen verwendet einschließlich:

• Zerlegbare Plastikformstück-Prozesse (VRTM) http://www.composite-integration.co.uk
• Das Fahren von einigen der Fluginstrumente im älteren und einfacheren Flugzeug ohne elektrische Systeme.
• Die Produktion von den meisten Typen von elektrischen Lampen, Vakuumtuben und CRTs, wo das Gerät entweder ausgeleert oder nachgefüllt mit einer spezifischen Gas- oder Gasmischung verlassen wird
• Halbleiter-Verarbeitung, namentlich Ion-Implantation, trocken ätzen und PVD, ALD, PECVD und CVD Absetzung und bald in der Fotolithographie
• Elektronmikroskopie
• Medizinische Prozesse, die Ansaugen verlangen
• Uran-Bereicherung
• Medizinische Anwendungen wie Strahlentherapie, Radiosurgery, Radiopharmacy
• Analytische Instrumentierung, um Benzin, flüssige, feste Oberflächen- und Lebensmaterialien zu analysieren
• Massenspektrometer, um ein extremes Hochvakuum zwischen der Ion-Quelle und dem Entdecker zu schaffen
• Vakuumüberzug auf dem Glas, Metall und Plastik für die Dekoration, für die Beständigkeit und für das Energiesparen, wie Glas des niedrigen Emissionsvermögens
• Harter Überzug für Motorbestandteile (als in der Formel Eine)
• Augenüberzug
• Das Melken von Maschinen und anderer Ausrüstung in Molkereihütten
• Klimatisierungsdienst - alle Verseuchungsstoffe vom System vor dem Anklagen wegen des Kühlmittels entfernend
• Abfall compactor
• Vakuumtechnik
• Kanalisationen (sieh EN1091:1997 Standards)
• Stopp, der trocknet
• Fusionsforschung

Vakuum kann verwendet werden, um Hilfe zu mechanischen Geräten anzutreiben, oder zu geben. Im Diesel engined Kraftfahrzeuge hat eine Pumpe auf dem Motor gepasst (gewöhnlich auf der Steuerwelle) wird verwendet, um Vakuum zu erzeugen. In Vergasermotoren statt dessen wird Vakuum als eine Nebenwirkung der Operation des Motors und der durch den Kehle-Teller geschaffenen Fluss-Beschränkung erhalten. Dieses Vakuum kann dann verwendet werden, um zu rasen:

• Die Vakuumservoboosterrakete für die hydraulischen Bremsen
• Motoren, die Dämpfer im Lüftungssystem bewegen
• Der Kehle-Fahrer im Temporegler-Servosystem

In einem Flugzeug ist die Vakuumquelle häufig an Macht-Gyroskope in den verschiedenen Fluginstrumenten gewöhnt. Um den ganzen Verlust der Instrumentierung im Falle eines elektrischen Misserfolgs zu verhindern, wird die Schalttafel mit bestimmten Instrumenten absichtlich entworfen, die durch die Elektrizität und anderen von der Vakuumquelle angetriebenen Instrumente angetrieben sind.

Geschichte der Vakuumpumpe

Der Vorgänger zur Vakuumpumpe war die Saugpumpe, die den Römern bekannt war. Doppelhandlungssaugpumpen wurden in der Stadt Pompeii gefunden. Arabischer Ingenieur Al-Jazari hat auch Saugpumpen im 13. Jahrhundert beschrieben. Er hat gesagt, dass sein Modell eine größere Version der Heber war, hat Bizantines gepflegt, das griechische Feuer zu entladen. Die Saugpumpe ist später in Europa aus dem 15. Jahrhundert wieder erschienen.

Vor dem 17. Jahrhundert hatten sich Wasserpumpe-Designs zum Punkt verbessert, dass sie messbare Vakua erzeugt haben, aber das wurde nicht sofort verstanden. Was bekannt war, war, dass Saugpumpen Wasser außer einer bestimmten Höhe nicht ziehen konnten: 18 florentinische Höfe gemäß einem 1635 genommenen Maß. (Die Konvertierung zu Metern ist unsicher, aber es würden ungefähr 9 oder 10 Meter sein.) Diese Grenze war eine Sorge zu Bewässerungsprojekten, Mine-Drainage und dekorativen vom Herzog der Toskana geplanten Wasserbrunnen, so hat der Herzog Galileo beauftragt, das Problem zu untersuchen. Galileo hat das Rätsel anderen Wissenschaftlern einschließlich Gaspar Bertis angekündigt, der es wiederholt hat, indem er das erste Wasserbarometer in Rom 1639 gebaut hat. Das Barometer von Berti hat ein Vakuum über der Wassersäule erzeugt, aber er konnte es nicht erklären. Der Durchbruch wurde von Evangelista Torricelli 1643 gemacht. Auf die Zeichen von Galileo bauend, hat er das erste Quecksilberbarometer gebaut und hat ein überzeugendes Argument geschrieben, dass der Raum oben ein Vakuum war. Die Höhe der Säule wurde dann auf das maximale Gewicht beschränkt, das atmosphärischer Druck unterstützen konnte; das ist die Begrenzungshöhe einer Saugpumpe und dasselbe als die maximale Höhe eines Hebers, der durch denselben Grundsatz funktioniert. Einige Menschen glauben, dass, obwohl das Experiment von Torricelli entscheidend war, es die Experimente von Blaise Pascal waren, die bewiesen haben, dass der Spitzenraum wirklich Vakuum enthalten hat.

1654 hat Otto von Guericke die erste Vakuumpumpe erfunden und hat sein berühmtes Magdeburger Halbkugel-Experiment durchgeführt, zeigend, dass Mannschaften von Pferden zwei Halbkugeln nicht trennen konnten, von denen die Luft ausgeleert worden war. Robert Boyle hat das Design von Guericke verbessert und hat Experimente auf den Eigenschaften des Vakuums durchgeführt. Robert Hooke hat auch Boyle geholfen, eine Luftpumpe zu erzeugen, die geholfen hat, das Vakuum zu erzeugen. Die Studie des Vakuums hat dann bis 1855 verstrichen, als Heinrich Geissler die Quecksilberversetzungspumpe erfunden hat und ein Rekordvakuum von ungefähr 10 Papa (0.1 Torr) erreicht hat. Mehrere elektrische Eigenschaften werden erkennbar an diesem Vakuumniveau und diesem erneuerten Interesse am Vakuum. Das hat abwechselnd zur Entwicklung der Vakuumtube geführt.

Im 19. Jahrhundert hat Nikola Tesla den Apparat, dargestellt nach rechts entworfen, der eine Sprengel-Pumpe enthält, um einen hohen Grad der Erschöpfung zu schaffen.

Gefahren

Alte Vakuumpumpe-Öle, die vorher um 1980 häufig erzeugt wurden, enthalten eine Mischung von mehreren verschieden gefährlich hat biphenyls (PCBs) polychlort, die hoch toxische, karzinogene, beharrliche organische Schadstoffe sind.

Siehe auch

• Ein Experiment auf einem Vogel in der Luftpumpe
• Vakuum
• Vakuumtechnik
• Vakuumflansch
• Vakuumkanalisation
• Otto von Guericke