Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 1 Turbomolekulární vývěva Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 2 Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 3 Turbomolekulární vývěva ˇ potřebuje předčerpat nejčastěji membránovou, nebo rotační vývěvou ˇ mezní tlak 10-9 P a ˇ počet otáček až 90000 min-1 ˇ suchá vývěva, bez oleje ˇ mezera mezi rotorem a statorem 100 mm Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 4 Turbomolekulární vývěva Keramická kuličková ložiska Magnetcká ložiska - mohou ovlivňovat citlivá měření Molekulární stupeň - větší výstupní tlak, předčerpání nejčastěji membránovou vývěvou, bez molekulárního stupně nutný nižší tlak na výstupu, předčerpání nejčastěji rotační olejovou vývěvou Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 5 Vývěvy s transportem molekul z čerpaného prostoru Paroproudové vývěvy Molekuly plynu získávají dodatečnou rychlost ve směru čerpání prostřednictvím proudu pracovní látky(voda pára plyn). Většinou je nutné tyto vývěvy předčerpávat. Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 6 Vodní vývěva Rychlost proudící kapaliny je dána Bernoulliovou rovnicí: 1 2 v2 + hg + p = konst 1 2 v2 1 + p 1 = 1 2 v2 2 + p 2 p 2 závisí na rozdílu rychlostí a může být menší než atmosférický tlak. Proudící látka nasává okolní prostředí. Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 7 Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 8 Vodní vývěva ˇ pracuje od atmosférického tlaku ˇ mezní tlak 103 P a ˇ velká spotřeba vody ˇ může čerpat vodní páru ˇ malá čerpací rychlost Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 9 Vodokružní vývěva Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 10 Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 11 Vodokružní vývěva ˇ pracuje od atmosférického tlaku ˇ mezní tlak 103 P a ˇ velká spotřeba vody, zpravidla uzavřený okruh ˇ může čerpat vodní páru ˇ velká čerpací rychlost ˇ využití zejména v průmyslu ˇ chemicky odolná, nevadí ji drobné částice - metalurgie ˇ vícestupňové provedení Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 12 Ejektorové vývěva Jako pracovní tekutinu používají páru (H2O, Hg, olej). Pára se přivádí do speciální trysky (Lavalova tryska) , kde získává nadzvukovou rychlost. Při mezním tlaku roste zpětný proud páry. Konstruují se několika stupňové provedení, při 4-6 stupních není potrěba předčerpávat Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 13 Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 14 Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 15 Ejectorová vývěva ˇ potřebuje předčerpat ˇ mezní tlak 10-2 P a ˇ nadzvuková rychlost proudu páry ˇ velká hustota proudu páry ˇ parametry závisí na použité pracovní kapalině Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 16 Difúzní vývěva Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 17 Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 18 Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 19 Mezní tlak je dán P 0 = P0 + Pp, zavisí na rychlosti proudu páry, ale Pp je funkcí teploty. Pro tlak p p0 lze čerpací rychlost vyjádřit jako: S = G 1 1 + G S0vp = 1 1 G + 1 S0vp čerpací rychlost nemůže být větší než vodivost vstupní části vývěvy. Pokud za vodivost dosadíme vodivost otvoru pak G = 1 4 vaS0 S = 1 4 vaS0 1 1 + va 4vp při vp va by byla čerpací rychlost rovna vodivosti G, ale víme, že vp va S < G. Těžší plyny s menší rychlostí va se čerpají proudem páry lépe než lehčí plyny. Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 20 Pracovní kapaliny difúzních vývěv v minulosti Hg, parafín,.. dnes se používají oleje, požadujeme nízkou tenzi par, stálost při provozu (odolnost vůči štěpení), odolnost proti oxidaci ˇ minerální oleje ­ směs uhlovodíků ­ dochází k částečnému rozkladu v důsledku vysoké teploty ­ zlepšení mezního tlaku použitím frakčních difúzních vývěv ˇ silikonové oleje ­ olejové sloučeniny křemíku, polysiloxanové řetězce ­ tenze par 10-8 P a ­ chemické odolnost a stálost, dlouhá životnost Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 21 Frakční difúzní vývěvy Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 22 Difúzní vývěva ˇ potřebuje předčerpat nejčastěji rotační vývěvou ˇ mezní tlak 10-7 P a ˇ pracovní kapalina Hg, parafín, nejčastěji olej ˇ požadavky na pracovní kapalinu ­ nízká tenze par ­ stálost při provozu - odolnost proti štěpení ­ odolnost proti oxidaci ˇ jednoduchá konstrukce; jedno, nebo vícestupňové provedení Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 23 Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 24 Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 25 Zamezení vniku olejových par do čerpaného prostoru Mechanizmus vniku par: ˇ přímé vstřikování páry ˇ difúze páry K zamezení vniku olejových par do čerpaného prostoru se používají: ˇ srážeče par ˇ lapače par - zpravidla chlazené Použití těchto zařízení snižuje čerpací rychlost vývěvy. V současné době je trend nahradit rotační olejové vývěvy suchými vývěvami (membránové, scroll,... ), které nepoužívají při čerpání olej, nebo jiné kapaliny a nahradit difúzní vývěvy turbomolekulárními vývěvami. Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 26 Srážeče par ˇ zamezují přímému vniku par ˇ umisťují se blízko vývěvy, aby zkondenzované páry odtékaly do vývěvy ˇ většinou chlazené vodou ˇ snížení čerpací rychlosti o 40-60 Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 27 Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 28 Lapače par Zamezují vstupu difundujících molekul páry do čerpaného prostoru, umítění blízko čerpaného prostoru. Princip činnosti: ˇ povrch na nízké teplotě - vymrazovačky, nejčastější chlazení pomozí tekutého dusíku 77K ­ nastává čerpání vlivem nízké teploty ­ hladina chladící kapaliny nesmí kolísat ­ molekuly zůstávají na povrchu - difúze po povrchu ˇ povrch pokrytý absorpční látkou ­ měděná folie ­ molekulová síta - zeolity, obsahují dutina a kanálky o velikosti 1nm, 1g této látky má povrch až 1000m2 Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 29 Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 30 Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 31 Vývěvy s transportem molekul z čerpaného prostoru Vývěvy založené na tepelné rychlosti molekul, nebo ionizaci plynu Vývěvy založené na tepelné rychlosti molekul Plochy s nízkou teplotou T1 a vysokou teplotou T2 = 600o C, vyhřívané plochy směrem k výstupu, chlazené plochy směrem ke vstupu. Nemá pohyblivé části, nemá pracovní kapalinu. Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 32 Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 33 Vývěvy založené na ionizaci molekul plynu ionizace a urychlení elektrickým polem, neutralizace iontu blízko katod Vakuová fyzika 1, P.Slavíček 34 ˇ doutnavý výboj ˇ magnetické pole prodlužeje dráhu elektronu, větší pravděpodobnost ionizace ˇ potřebuje předčerpat na tlak 10-1 P a ˇ mezní tlak 10-4 P a ˇ značný příkon - neekonomické ˇ žádná pracovní kapalina ˇ žádné vibrace