Získávání nízkých tlaků • vytvořit dostatečně nízký tlak • udržet nízký tlak po dostatečně dlouhou dobu Vývěva - zařízení snižující tlak plynu v uzavřeném objemu. Vakuová fyzika 1 Typy vyvěv • Vývěvy s transportem molekul z čerpaného prostoru • vývěvy s pracovní kapalinou • suché vývěvy • Vývěvy bez transportu molekul z čerpaného prostoru Vakuová fyzika 1 Vývevy s transportem molekul z čerpaného prostoru • Mechanické vývevy • Vývevy s periodicky se měnícím pracovním prostorem • Pístové vývěvy • Rotační olejové vývěvy • Membránové vývěvy • S c roli vývěvy • Vývěvy s neproměnným pracovním prostorem • Rootsovy vývěvy • Molekulární vývěvy • Turbomolekulární vývěvy • Paroproudové vývěvy • Vodní vývěvy • Ejektorové a difúzni vývěvy • Vývěvy založené na tepelné rychlosti molekul, nebo ionizaci molekul Vakuová fyzika 1 3/36 Vývevy bez transportu molekul z čerpaného prostoru • Kryosorpční vývevy • Getrové vývevy • lontové vývevy • Sublimační vývevy • Zeolitové vývevy Charakteristické parametry vývěv výstupní tlak vývěvy • mezní tlak vývěvy • čerpací rychlost vývěvy • jestli používá nějakou pracovní kapalinu • provozní podmínky - vibrace, teplota, hluk, ... Vakuová fyzika 1 5/36 100000 f-r Q. 2 4 6 8 10 12 14 16 time [min] čerpaní aparatury(koule průměr 75 cm) Scroll výveva + turbomolekulární výveva Vakuová fyzika 1 6/36 1.0e+06 1.0e+04 - 1.0e+02 - CO ^ 1.0e+00 CO 1.0e-02 - 1 .Oe-04 1 .Oe-06 Hg - U trubice Boyle-1660 Hawksbee-1704 McLeod loniz.man x-5»~«s-3» □ 1850 □ Geissler-1858 Sorengel-1865 Crookes-1876 Edison-1879 □ Fleuss-1894 □ Gimingham-1884 Kahlbaum-1894 □ Gaede-1905 □ Gaede-1912 ] Sherwood-1918 _I_ 1650 1700 1750 1800 1850 roky 1900 1950 2000 4 □ ► 4 (5 ► 4 Vakuová fyzika 1 Vývevy s transportem molekul plynu Mechanické vývevy Vývevy s periodicky se měnícím pracovním prostorem Pístové vývěvy Tyto vývěvy pracují na základě Boyle-Mariottova zákona, při zvětšení objemu se sníží tlak. Proces zaplňování, proces vytlačování plynu. Vakuová fyzika 1 8/36 -CX 1 materiály firmy Edwards Vakuová fyzika 1 4 □ ► 4 fi? ► 4 Fig. 5 The double-piston pump of Hawksbee (1704). Fig. 6 A commercial double-piston A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 Vakuová fyzika 1 3 3J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984 < i ► i ono 12 / 36 Vakuová fyzika 1 4_ 4J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1983; 13 / 36 Vakuová fyzika 1 Pt, - původní tlak plynu v recipientu, V - velikost čerpaného objemu, v objem komory vývěvy Pi{V + v) = PbV V P1=V po n cyklech Pi = tt-—Pb V + v Pn = KnPb , K V V + v teoreticky n —> oo =4> p —> 0 Prakticky existuje mezní tlak po > 0 (zpětné proudění plynu, škodlivý prostor v') Vakuová fyzika 1 14 / 36 Čerpací rychlost Konstrukční čerpací rychlost Sk = —— = n(v - v ) = nv(l--) Sk = nv(l - —) n je počet zdvihů za 1 s, v je objem pracovní komory, v' je škodlivý prostor n je limitováno dobou naplnění komory Vakuová fyzika 1 15 / 36 Teoretická čerpací rychlost /+ = pSk = npv(l -Zpětný proud, pv výstupní tlak /_ = I3npvv' / = /+-/_= nv(l - — )p (1 " V-)P Vakuová fyzika 1 Uvážíme-li, že*- ST = Sk Pro p —> po Sj —> 0 St = Sfc(l - ^) P Vakuová fyzika 1 Snížení mezního tlaku • zmenšení v' (vhodnou konstrukcí) • zmenšení /3 (např. zaplněním v' olejem) • snížení výstupního tlaku pv (předčerpání) Po přispívá i tenze par pracovní kapaliny PÓ = Po + P p Vakuová fyzika 1 Skutečná čerpací rychlost Komora se nenaplní na tlak čerpaného prostoru (vakuový odpor spojů), proto je skutečná čerpací rychlost menší než teoretická čerpací rychlost ~SE = (3'ST P' = f(p,n) < 1 - koeficient naplnění Vakuová fyzika 1 19 / 36 Moderní pístové vývěvy • pracují od atmosférického tlaku na vstupu • tlak na výstupu - atmosférický • mezní tlak ~ 10 Pa (podle počtu stupňů a konstrukce) • suchá výveva bez pracovní kapaliny • 1-4 stupňové provedení Vakuová fyzika 1 20 / 36 Ecodry L Leybold 5materiály firmy Leybold Vakuová fyzika 1 4 □ ► 4 (5? ► 4 Membránová vývěva Vakuová fyzika 1 22 / 36 6materiály firmy Vacuubrand Vakuová fyzika 1 23 / 36 MD-1 Vacuubrand Vakuová fyzika 1 24 / 36 Membránové vývěvy • pracují od atmosférického tlaku na vstupu • tlak na výstupu - atmosférický • mezní tlak ~ 102 Pa • suchá výveva, bez oleje • zpravidla více komor • řazení sériové - nižší mezní tlak • řazení paralelní - větší čerpací rychlost Vakuová fyzika 1 Rotační vývěvy J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 26 / 36 Rotační olejová výveva s šoupátkem ve statoru J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 27 / 36 Rotační olejová výveva s kolujícím rotorem a přepážkou 10 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 28 / 36 Rotační olejová výveva s kolujícím rotorem a čtyřhrannou trubicí J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 29 / 36 Rotační olejová lopatková vývěvy Vakuová fyzika 1 30 / 36 Škodlivý prostor J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 31 / 36 Dvoustupňové provedení pro dosažení menšího mezního tlaku J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 32 / 36 Gasballast - proplachování Odčerpávaný plyn může obsahovat složky, které kondenzují při vyšším tlaku, zejména vodní pára. • Pp parciální tlak vodní páry při pracovní teplotě vývěva • Pr tenze vodní páry při pracovní teplotě • K = aatm kompresní poměr r vstup ke kondenzaci dochází pokud PPK > Pr Vakuová fyzika 1 33 / 36 14 4J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984 00.0 Vakuová fyzika 1 Rotační olejová výveva • pracuje od atmosférického tlaku • mezní tlak pro dvoustupňové provedení ~ 10~2 Pa počet otáček 300 — 1500 min^1 - při zvýšení otáček nadměrné zahřívání • do čerpaného prostoru se dostávají páry oleje • vibrace • funkce oleje • utěsňuje a vyrovnává nerovnosti povrchu ve vývěvě, olej vytváří na stěně tenký film • zmenšuje tření, zlepšuje chlazení, přispívá k odvodu tepla • vyplňuje škodlivý prostor Vakuová fyzika 1 35 / 36 Požadavky na olej • nízká tenze par ~ 10~3 Pa • vhodné mazací vlastnosti • stálost proti štěpení a oxidaci, při zahřátí může docházet ke štěpení na složky, které mají vyšší tenzi par, rovněž oxidací mohou vzniknout složky s vyšší tenzi par Vakuová fyzika 1 36 / 36