نحوه تطبیق پمپ های اولیه و ثانویه

پمپ های ثانویه به یک پمپ اولیه نیاز دارند تا در ابتدا آنها را برای کارکرد و/یا برای پشتیبانی از عملکرد مداوم آنها “پرایم” کند. برای اطمینان از عملکرد ایمن و بهینه، عوامل متعددی برای ترکیب صحیح یا «تطبیق» پمپ های اولیه و ثانویه باید در نظر گرفته شوند.

 

عواقب یک انتخاب اشتباه می تواند جدی باشد، از پمپ انتشار “توقف” (و آلودگی عمده نفت) تا گرم شدن بیش از حد یک پمپ توربومولکولی .

این وبلاگ این الزامات را با مثال‌های رایج توضیح می‌دهد.

 

بررسی اجمالی 

پمپ خلاء اولیه (PP) پمپی است که تا فشار اتمسفر تخلیه می شود. اینها عبارتند از پره های دوار مهر و موم شده روغنی (OSRV)، دیافراگم، اسکرول ، ریشه های چند مرحله ای ، پمپ های پیستونی، پیچ و حلقه مایع.

پمپ های ثانویه (SP) نیاز به تخلیه اولیه توسط پمپ های اولیه و گاهی اوقات سایر پمپ های ثانویه تا فشار مورد نیاز قبل از بهره برداری دارند. به عنوان مثال، پمپ های انتشار روغن (ODP)، پمپ های توربومولکولی (TMP)، تقویت کننده های بخار (VB)، تقویت کننده های مکانیکی (MB)، پمپ های یون گیرنده (IGP) تئوری عملکرد | مرکز دانش | وکیوم گاما | علم وکیوم پیشرفته , پمپ های تصعید تیتانیوم (TSP) تصعید تیتانیوم (TSP) | محصولات | وکیوم گاما | علم خلاء پیشرفته , گیرنده های غیر قابل تبخیر (NEG) غیر قابل تبخیر (NEG) | محصولات | وکیوم گاما | علم پمپ های خلاء پیشرفته ، برودتی، کششی مولکولی و احیا کننده.

در برخی موارد، پمپ های پشتیبان برای کار مداوم مورد نیاز است. این مورد برای پمپ های ODP، TMP و VB است.

 

عواملی که باید در هنگام تطبیق پمپ های اولیه و ثانویه در نظر گرفته شوند

برای تطبیق یک PP و SP، چندین چیز وجود دارد که باید در نظر بگیرید:

۱٫ زمان تخلیه اولیه پمپ توسط PP تا نقطه ای که SP فرآیند پمپاژ را به عهده بگیرد. این امر به ویژه در صورتی مهم است که SP همزمان با PP شروع شود و باید در زمان معینی به فشار معینی رسید تا از “زمان” شدن SP جلوگیری شود.

۲٫ موج اولیه جریان گاز و افزایش فشار هنگام شروع SP. این در شکل زیر نشان داده شده است که در آن اسکرول nXDS15i PP و nEXT300D TMP ثانویه است. سنبله در خروجی مربوط به افزایش فشار زمانی است که SP (nEXT300D) پمپاژ را به دست می گیرد.

 

این افزایش متناظر را به ~ ۱٫۵ mbar در PP می دهد همانطور که در زیر نشان داده شده است:

 

۳٫ حداکثر فشار پشتیبان (MBP) / فشار پشتیبان بحرانی (CBP) نباید بیشتر شود. این یک محدودیت در حداکثر جریان گاز ایجاد می کند. PP باید عملکرد سرعت کافی در فشار پشتی مورد نیاز را داشته باشد به جای اینکه حداکثر سرعت اسمی PP را فرض کند.

۴٫ مقدار MBP ممکن است توسط سازنده برای جریان صفر به جای جریان ذکر شود.

۵٫ تمیزی (آیا پمپ خشک مورد نیاز است؟).

۶٫ آیا PP نیاز به ادغام با SP دارد؟

۷٫ اتمسفر باقیمانده معمولی PP – به ویژه هنگامی که با TMP ها از نظر فشرده سازی ترکیب می شود چیست؟ این مهم است زیرا برای مثال نسبت تراکم نسبتا پایین یک TMP برای H2 _ممکن است فشار نهایی قابل دستیابی آن را در صورت H2 محدود کند _.فشار جزئی در پمپ پشتیبان قابل توجه است.

 

برای آشنایی با انواع مختلف فناوری پمپ خلاء اینجا را کلیک کنید.

تصاویر 

بسیاری از ترکیبات ممکن از PP و SP وجود دارد که هر کدام نیازهای خاص خود را دارند. برای نشان دادن این موضوع، چند مثال معمولی در زیر توضیح داده شده است:

 

• پمپ های پخش روغن

همانطور که قبلاً بحث شد، ترکیب نادرست PP با یک ODP می‌تواند منجر به توقف جت‌های نفتی مافوق صوت ODP و جریان برگشتی نفت به داخل حجم پمپ شده توسط ODP شود، و در نتیجه یک رویداد آلودگی بزرگ در پی خواهد داشت. بنابراین فشار پشتیبان (P _b ) باید همیشه زیر فشار بحرانی پشتیبان (CBP) ODP نگه داشته شود.

یعنی ما نیاز داریم: P _b < CBP

و از آنجایی که CBP = Q _max /S

که در آن Q _max حداکثر توان مجاز و S سرعت پمپ پشتیبان است

سپس حداقل سرعت پمپاژ S _حداقل > Q _max /CBP   است

 

مثال ۱: ODP – Diffstak 250/2000

 

مشخصات کاتالوگ این پمپ در زیر نشان داده شده است:

 

CBP برای روغن سیلیکون DC702 1.2 mbar است و E2M40 OSRV PP توصیه می شود. عملکرد آن در زیر نشان داده شده است.

 

 

منحنی سرعت E2M40

این را می توان بر حسب توان عملیاتی به صورت زیر بیان کرد:

 

 

منحنی توان E2M40

مشاهده می شود که در فشار پشتی ۱٫۲ mbar توان خروجی E2M40 ~12 mbarl/s است.

منحنی توان عملیاتی برای دیفستاک ۲۵۰/۲۰۰۰ در زیر نشان داده شده است:

 

 

از این می توان دریافت که حداکثر توان خروجی برای ۲۵۰/۲۰۰۰ ۴ mbarl/s است.  

بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که در استفاده از E2M40 یک حاشیه ایمنی (ضریب ~۳) وجود دارد.

 

 

مثال ۲: Edwards HT20B

این دارای حداکثر توان عملیاتی = ۲۴ mbarl/s و CBP آن = ۱٫۳ mbar است.

_{بنابراین حداقل} S > 67 متر ^مکعب در ساعت

حداقل جابجایی پمپ پشتیبان = ۱۳۵ متر ^مکعب در ساعت (~ ۲ x S _حداقل  )

و پمپ توصیه شده GV160 یا E2M175 با فشار عملیاتی برای خروجی = ۲۴ mbarl/s به ترتیب ۰٫۷ و ۰٫۶ mbar است.

از هر دو این ملاحظات می توان نتیجه گرفت که این رویکرد یک حاشیه ایمنی x 2 می دهد بنابراین:

S _حداقل > 2 x Q _max /CBP

 

• کرایوپمپ ها

تطبیق اشتباه PP می تواند زمان راه اندازی Cryopump را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و منجر به بازسازی ناقص شود.

یک PP قبل از راه اندازی باید پمپ اولیه Cryopump را به ۰٫۰۱ mbar کاهش دهد.

طبق تعریف، Cryopump’s Crossover Value CV = Pc _x V (که در آن Pc _فشار  متقاطع و V حجم پمپ شده است) امکان محاسبه فشاری را که باید قبل از قرار دادن Cryopump برای پمپ کردن یک حجم مشخص به دست آید، می دهد. عبور از PP بر حسب mbar x لیتر بیان می شود (از این رو Pc _با حجم پمپاژ شده نسبت معکوس دارد).

به عنوان مثال، Leybold COOLVAC 2000iCL Crossover Value = 250 mbar.

بنابراین برای حجم ۲۵۰ لیتر،

P _c = ۱mbar

و

برای حجم ۱۰۰۰ لیتر

Pc ₌ ۰٫۲۵ mbar

 

در طول بازسازی Cryopump دو نیاز کلی برای PP وجود دارد

۱٫ تحمل بخار آب باید > 10 mbar باشد.

۲٫ فشار نهایی باید <0.04 mbar یا < 8e-3 mbar در هنگام بازسازی هیدروژن باشد – (همچنین برای اطمینان از پیکربندی ایمن لازم است) یا <1e-4 mbar برای UHV .

• توربو پمپ ها

هنگام تطبیق PP و TMP باید عوامل مختلفی را در نظر گرفت

۱٫ PP باید ظرفیت کافی و خلاء نهایی برای رسیدن به فشاری داشته باشد که TMP می تواند از آن راه اندازی شود، یا بتواند به سرعت کامل در یک بازه زمانی کوتاه به اندازه کافی برسد. این امر به ویژه هنگامی مهم است که TMP همزمان با PP شروع شود، با توجه به اینکه TMP می تواند “تایم اوت” داشته باشد.

۲٫ PP زیر حداکثر فشار پشتیبان پیوسته (MCBP) نگه می دارد. این برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد TMP و کاهش سرعت یا توقف احتمالی آن است.

 

مقدار MCBP اغلب برای شرایط جریان صفر (یا توان عملیاتی) بیان می شود (یعنی در فشار ورودی نهایی). در شرایط جریان، MCBP به طور قابل توجهی کمتر از مقدار اعلام شده قبلی خواهد بود.

به عنوان مثال، پارامترهای عملیاتی Edwards nEXT85 در زیر نشان داده شده است:

 

از منحنی توان یک nXDS15i در زیر، می‌توانیم ببینیم که MCBP برای جریان ورودی ۶۰ sccm 0.4 mbar است. این بسیار کمتر از MCBP اعلام شده ۱۸ mbar در توان عملیاتی صفر (فشار نهایی با خنک کننده هوای اجباری) است.

 

 

 

منحنی توان عملیاتی nXDS15i

یک پمپ Edwards STP-A2203 را می توان به عنوان مثال دیگری در نظر گرفت.

STP-A2203 حداکثر دبی مجاز N _{۲ را ۱۵۰۰ sccm اعلام کرده و حداکثر فشار پشتی مجاز آن ۴ mbar است.}

با این حال، یک پمپ پشتیبان (PP) با ظرفیت = ۱۳۰۰ لیتر در دقیقه به عنوان مورد نیاز اعلام شده است.

۱۵۰۰ sccm = 1631 mbar.l/min.

بنابراین، یک پمپ پشتیبان (PP) با سرعت ۱۳۰۰ لیتر در دقیقه فشار پشتیبان را به اندازه

۱,۶۳۱/۱۳۰۰ = ۱٫۳ mbar که بیش از ضریب ۳ کمتر از حداکثر فشار مجاز پشتیبان است. 

 

• پمپ های یون گیرنده

دو ملاحظه برای عملیات وجود دارد. ابتدا، IGP و محفظه ای که تخلیه می شود باید قبل از روشن شدن IGP (یا “ضربه”) تا فشار کافی پایین پمپ شود.

ثانیا، برای به حداکثر رساندن طول عمر پمپ، PP/SP باید قبل از راه اندازی IGP به فشار کافی کم (خلاء بالا) دست یابد.

به عنوان مثال یک پمپ Gamma Vacuum Titan CV 100L دارای مشخصاتی است که در زیر نشان داده شده است:

پمپ های یون تیتان بزرگ | محصولات | وکیوم گاما | علم خلاء پیشرفته

 

 

در حالی که فشار راه‌اندازی ۱۰-۳ میلی‌بار اعلام می‌شود ^، در عمل ادامه کار در فشارهای بالا می‌تواند بر طول عمر پمپ تأثیر بگذارد، به خصوص اگر سیستم اغلب در چرخه هوا باشد. طول عمر پمپ ۵۰ ساعت در ۱e-3 mbar است.

در اینجا در این مورد، PP در واقع باید ترکیبی از یک PP و SP باشد – یک TMP/PP رایج ترین پیکربندی «پیش تخلیه» است. 

 

نتیجه 

تطبیق صحیح پمپ های اولیه و ثانویه برای اطمینان از شرایط عملکرد ایمن و بهینه مهم است.

هر ترکیب بالقوه باید به طور جداگانه مورد بررسی قرار گیرد زیرا هر یک دارای الزامات خاصی است. باید به معنای واقعی مشخصات سازنده توجه کرد.