ضرورية للتجفيف الفراغي: تحليل كامل لأربع مضخات تفريغ عالية الكفاءة مع مقارنة الإيجابيات والسلبيات!

معدات الحصول على الفراغ، والمعروفة أيضًا باسم مضخات التفريغ، هي أجهزة تستخدم لإنتاج وتحسين والحفاظ على ظروف الفراغ. وفقًا لمبادئ عملها، يمكن تقسيمها إلى نوعين: مضخات نقل الغاز ومضخات احتجاز الغاز. تعمل مضخات نقل الغاز عن طريق امتصاص الغاز وتفريغه بشكل مستمر لتحقيق غرض الإخلاء. تحقق مضخات محاصرة الغاز الإخلاء عن طريق امتصاص أو تكثيف الغاز الذي يتم ضخه داخل المضخة. وينقسم هذان النوعان من المضخات إلى أشكال مختلفة بناءً على هياكل محددة. تقدم هذه المقالة فقط العديد من مضخات التفريغ شائعة الاستخدام في التجفيف الفراغي.

المعالم الرئيسية لمضخات التفريغ:

(1) سرعة الضخ: عندما تكون المضخة مجهزة بقبة اختبار قياسية وتعمل تحت ظروف محددة، فهي نسبة معدل تدفق الغاز الذي يمر عبر قبة الاختبار إلى ضغط التوازن المقاس عند موضع محدد على قبة الاختبار. يتم اختصارها كسرعة الضخ، بوحدة m³/s أو L/s.

(2) قدرة الضخ: معدل تدفق الغاز الذي يمر عبر مدخل المضخة، بوحدة Pa·m³/s أو Pa·L/s.

(3) الضغط النهائي: عندما تكون المضخة مجهزة بقبة اختبار قياسية وتعمل تحت ظروف محددة دون إدخال الغاز أثناء التشغيل العادي، فإن الضغط الأدنى هو الذي يميل إلى الاستقرار، في Pa.

(4) ضغط البداية: الضغط الذي يمكن أن تبدأ عنده المضخة دون تلف ولها عملية ضخ، في Pa.

(5) الضغط الأمامي: ضغط مخرج مضخة التفريغ التي يكون ضغط عادمها أقل من ضغط جوي واحد، بالباسكال.

(6) الحد الأقصى لضغط الخط الأمامي: هو الضغط الذي لا يمكن للمضخة أن تعمل بعده بشكل طبيعي، والمعروف باسم الحد الأقصى لضغط الخط الأمامي، بوحدة Pa.

(7) الحد الأقصى لضغط العمل: ضغط المدخل المطابق لأقصى قدرة ضخ، بالباسكال. عند هذا الضغط، يمكن للمضخة أن تعمل بشكل مستمر دون تدهور أو تلف.

(8) نسبة الضغط: نسبة ضغط الخروج إلى ضغط الدخول لغاز معين في المضخة.

مضخات التفريغ شائعة الاستخدام في التجفيف بالفراغ

1. مضخة حلقة المياه

المزايا الرئيسية لمضخات حلقة المياه:

· هيكل بسيط مع متطلبات تصنيع منخفضة، لا حاجة لصمامات السحب أو العادم.

· يكون ضغط الغاز متساوي الحرارة تقريبًا، مع عدم وجود احتكاك متبادل بين الأسطح المعدنية الملامسة داخل المضخة، مما يقلل من مخاطر حوادث الاحتراق أو الانفجار.

· مناسبة لضخ الغازات التي تحتوي على بخار أو رطوبة أو جزيئات صلبة.

· يتم إغلاق الأجزاء الدوارة في حجرة المضخة بواسطة سائل من الأجزاء الثابتة، ولا تحتاج إلى تزييت.

العيوب الرئيسية لمضخات حلقة المياه:

· كفاءة منخفضة، عموماً 30%-50%، مع استهلاك مرتفع للطاقة؛

· الضوضاء العالية، أغلبها فوق 95 ديسيبل، وبعضها يصل إلى 105 ديسيبل، مما يسبب تلوثاً ضوضائياً شديداً.

2. مضخة البخار النفاثة

المضخة النفاثة البخارية هي مضخة منخفضة التفريغ تستخدم تدفق نفاث عالي السرعة يتكون من بخار الماء الذي يمر عبر فوهة لاحتجاز الغاز الذي يتم ضخه، وبالتالي تحقيق درجة معينة من الفراغ في الحاوية التي يتم ضخها. تتميز المضخات النفاثة البخارية بهيكل بسيط، تشغيل مستقر وموثوق، ويمكنها ضخ الغازات التي تحتوي على بخار الماء، الغبار، المواد القابلة للاشتعال/المتفجرة، أو الغازات المسببة للتآكل. إنها تتمتع بقدرة ضخ كبيرة وتستخدم على نطاق واسع في الصناعات المعدنية والصناعات الكيماوية والأغذية والأدوية وغيرها من المجالات. عيوبها هي فقدان الطاقة العالية وانخفاض كفاءة الضخ. تستخدم مضخات بخار الماء النفاثة بخار الماء كوسيلة للعمل، حيث تقوم بإخراج بخار بخاري أسرع من الصوت من فوهة لافال لاحتجاز الغاز الذي يتم ضخه، وبالتالي تحقيق استخراج الغاز. تكون نسبة الضغط للمضخة أحادية المرحلة بشكل عام 8-10. للحصول على ضغوط عمل أقل، يجب توصيل عدة مضخات نفاثة على التوالي.

3. مضخة فراغ الجذور

مضخة فراغ الجذور (المختصرة باسم مضخة الجذور) هي مضخة فراغ دوارة ذات إزاحة إيجابية بدون ضغط داخلي. لقد تطورت من منفاخ الجذور. اعتمادًا على نطاق ضغط التشغيل لمضخة Roots، يمكن تقسيمها إلى مضخات Roots الجافة التي يتم تفريغها مباشرة إلى الغلاف الجوي ومضخات Roots الرطبة، والتي تنتمي إلى مضخات Roots منخفضة الفراغ؛ هناك أيضًا مضخات Roots متوسطة التفريغ (مضخات معززة ميكانيكية) ومضخات Roots متعددة المراحل عالية التفريغ. في السنوات الأخيرة، تم تطبيق مضخات Roots على نطاق واسع.

بشكل عام، تتميز مضخات Roots بالخصائص التالية:

(1) سرعة ضخ كبيرة على نطاق ضغط واسع؛

(2) مجهزة بصمام الفائض الالتفافي، مما يسمح ببدء التشغيل تحت الضغط الجوي وتقصير وقت الضخ؛

(3) الخلوص بين الدوارات وبين الدوارات وجدران حجرة المضخة؛ لا يوجد احتكاك بين الأجزاء المتحركة في المضخة، ولا يتطلب أي تزييت، وغرفة المضخة خالية من الزيت؛

(4) شكل دوار متماثل مع توازن ديناميكي جيد، تشغيل سلس؛ تم اختيار ناقل الحركة عالي الدقة من أجل انخفاض مستوى الضجيج أثناء التشغيل؛

(5) هيكل مدمج ذو مساحة صغيرة؛ عادة ما يكون الهيكل أفقيًا، مع تدفق الغاز العمودي في غرفة المضخة، مما يسهل إزالة الغبار أو المكثفات التي يتم ضخها؛

(6) شكل دوار مناسب ومعالجة طحن دقيقة لتحقيق كفاءة حجمية عالية؛

(7) انخفاض تكاليف التشغيل والصيانة.

في تطبيقات الهندسة الفراغية، يتم توصيل مضخات روتس بشكل عام في سلسلة مع المضخات الأمامية (مثل مضخات الريشة الدوارة، ومضخات الصمام المنزلق، ومضخات حلقة المياه) لتشكيل وحدات، تستخدم كمضخات معززة ميكانيكية في نطاق الفراغ المتوسط؛ يمكن لوحدات ضخ الجذور مزدوجة المرحلة أو متعددة المراحل تحقيق فراغ عالي؛ بالنسبة لأنظمة الضخ الجافة والنظيفة والخالية من الزيت، تُستخدم وحدات ضخ Roots المبردة بالهواء بشكل شائع؛ بالنسبة للأنظمة التي تحتوي على بخار الماء، يفضل مضخات الجذور الرطبة.

انطلاقًا من المبدأ الهيكلي لمضخات Roots، يمكن للدوارات أن تعمل بسرعات عالية، مما يؤدي إلى سرعات ضخ عالية جدًا (تصل إلى أكثر من 100.000 متر مكعب؛/ساعة) وهيكل بسيط مع تشغيل اقتصادي. لذلك، تُستخدم مضخات Roots على نطاق واسع في الصناعات المعدنية والبتروكيماوية وصناعة الورق في الصناعات الخفيفة والكهربائية والإلكترونية والأغذية وغيرها من القطاعات الصناعية. لتجنب سوء تشغيل مضخات Roots، يتم بشكل عام تركيب صمام الفائض الالتفافي. تم تصميم صمام الفائض الالتفافي بناءً على فرق الضغط المسموح به للمضخة ΔP، مما يسمح ببدء التشغيل تحت الضغط الجوي ويتيح التشغيل المستمر لمضخة Roots والمضخة الأمامية في وقت واحد، وبالتالي تقليل وقت ضخ الحاوية بشكل كبير (بنسبة 30%-50%).

4. مضخة فراغ المسمار

تنتمي مضخات التفريغ اللولبية إلى سلسلة المضخات الجافة. اعتمادًا على ملف تعريف اللولب، يمكن تقسيمها إلى نوع لولبي ونوع لولبي. الخصائص الرئيسية لمضخات التفريغ اللولبية هي: التشغيل الموثوق وعمر الخدمة الطويل؛ توازن ديناميكي جيد قدرة قوية على التكيف، قادرة على ضخ الغبار والأبخرة المتكثفة والغازات الأخرى المختلفة؛ عملية وصيانة مريحة. تستخدم هذه المضخات على نطاق واسع في الإلكترونيات والطاقة النووية والكيميائية والأدوية والمواد الغذائية وغيرها من المجالات الصناعية.

تأتي مضخات التفريغ اللولبية في تخطيطات رأسية وأفقية. التخطيطات العمودية مناسبة لمضخات التفريغ ذات سرعات الضخ الصغيرة، والحجم الصغير، والهيكل المحكم؛ التخطيطات الأفقية مناسبة لمضخات التفريغ ذات سرعات الضخ الكبيرة. مزايا المضخات الأفقية هي الهيكل المستقر، مركز الثقل المنخفض، الدوران السلس، الاهتزاز المنخفض، والضوضاء المنخفضة. تستخدم المضخات العمودية مقاطع دوارة حلزونية أحادية الخيط، وهي سهلة المعالجة ومنخفضة التكلفة وسهلة الصيانة.