Vývevy s transportem molekul z čerpaného prostoru
Paroproudové vývevy
Molekuly plynu získávají dodatečnou rychlost ve směru čerpání prostřednictvím proudu pracovní látky(voda, pára, plyn). Většinou je nutné tyto vývěvy před čer pá vat.
Vodní vývěva
Rychlost proudící kapaliny je dána Bernoulliovou rovnicí:
1    2 ,
-gv + hgg + p = konst
1 1
p'2 závisí na rozdílu rychlostí a může být menší než atmosférický tlak. Proudící látka nasává okolní prostředí.
Vakuová fyzika 1
2/39
o)
b)
•^\čerpaný —' plyn
odtok vody o plynu
čerpaný
I píp*
n
A
i
£7 p///7L/
Obr. 4.35. Vodní vývěva:
a) s vnitřním proudem, b) s vnějším proudem
1J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, PraJna 1981
Vakuová fyzika 1
3/39
pJkPa)
1
Obr. 4.38. Závislost mezního tlaku vodní vývěvy na teplotě vody
2J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981
Vakuová fyzika 1
4/39
Vodní vývěva
• pracuje od atmosférického tlaku
• mezní tlak ~ 103 Pa
• velká spotřeba vody
• může čerpat vodní páru
• malá čerpací rychlost
Vakuová fyzika 1 5/39
p(kpú)
f (min)
Obr. 4.39. Čerpací charakteristika vývěvy s proudem vzduchu. (Objem čerpaného systému 1001, tlak čerpacího vzduchu 600 kPa, spotřeba vzduchu 5 až 8 kg h " \ čerpací rychlost 0,61 s~ *)
vfsiup
Obr. 4.40. Vývěva s proudem vzduchu (firma Varian)
U 2 - ventily; i - manometr
J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981
Vakuová fyzika 1
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. Několika stupňové provedení, při 4-6 stupních muže pracovat proti atmosférickému tlaku.
J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984i
=
Vakuová fyzika 1
J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984i
Vakuová fyzika 1
9/39
6_
6J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981
Vakuová fyzika 1
10 / 39
Ejektorová vývěva
potřebuje předčerpat
mezní tlak ~ 10~2 Pa
nadzvuková rychlost proudu páry
velká hustota proudu páry
parametry závisí na použité pracovní kapalině
Difúzni vývěva
Obr. 4.47. Difúzni vývevy: a) Gaedeho, b) Langmuirova
7_
J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981
Vakuová fyzika 1
12 / 39
ô
□
Vakuová fyzika 1
13 / 39
8_
8J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981
Vakuová fyzika 1 14/39
Mezní tlak je dán Pq = Pq + Pp, závisí na rychlosti proudu páry, ale Pp je funkcí teploty. Pro tlak p ^> po lze čerpací rychlost vyjádřit jako:
S = G
1 +
So v p
1 + -JL-G Sqvp
čerpací rychlost nemůže být větší než vodivost vstupní části vývěvy. Pokud za vodivost dosadíme vodivost otvoru pak
1 11
G = -vaSo =4> S = -vaSn--—
4vr
při Vp ^> va by byla čerpací rychlost rovna vodivosti G, ale víme, že vn ~ va     S < G.
Vakuová fyzika 1
15 / 39
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
• minerální oleje
• směs uhlovodíků
• dochází k částečnému rozkladu v důsledku vysoké teploty
• zlepšení mezního tlaku použitím frakčních difúzních vývěv
• silikonové oleje
olejové sloučeniny křemíku, polysiloxanové řetězce
• tenze par ^ 10~8Pa
• chemické odolnost a stálost, dlouhá životnost
Vakuová fyzika 1
16 / 39
Frakční difúzni vývěvy
chladia roda* r
o
c o o o
G C G C C G Q
165°C
ŕ.
190 x
m x
192°C
m
í-ík
d O O
o
D O
o o o o
chladiči 1 í/oafcľ
^AAAAA/WVWNA i        ^ —-—.
9
9J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984
Difúzni vývěvy
potřebuje předčerpat nejčastěji rotační vývevou mezní tlak ~ 10~7 Pa
pracovní kapalina Hg, parafín, nejčastěji olej požadavky na pracovní kapalinu
• nízká tenze par
• stálost při provozu - odolnost proti štěpení
• odolnost proti oxidaci
jednoduchá konstrukce; jedno, nebo vícestupňové proveden
10
10
J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984i
Vakuová fyzika 1
19 / 39
p f mm Hg]
L. Pátý: Fyzika nízkých tlaků, Academia, Praha 1968<
Vakuová fyzika 1 20/39
Zamezení vniku olejových par do čerpaného prostoru
Mechanizmus vniku par:
• přímé vstřikování páry
• difúze páry
K zamezení vniku olejových par do čerpaného prostoru se používají:
• srážeče par
• lapače par - zpravidla chlazené
Použití těchto zařízení snižuje čerpací rychlost vývěvy. V současné době je trend nahradit rotační olejové vývěvy suchými vývevami (membránové, Scroll,... ), které nepoužívají při čerpání olej, nebo jiné kapaliny a nahradit difúzni vývěvy turbomolekulárními vývevami.
Srážeče par
zamezují přímému vniku par
umisťují se blízko vývevy, aby zkondenzované páry odtékaly do vývěvy
většinou chlazené vodou
snížení čerpací rychlosti o 40-60%
Vakuová fyzika 1
22 / 39
12
12
L. Pátý: Fyzika nízkých tlaků, Academia, Praha 1968<
Vakuová fyzika 1
23 / 39
Lapače par
Zamezují vstupu difundujících molekul páry do čerpaného prostoru, umístění blízko čerpaného prostoru. Princip činnosti:
• povrch na nízké teplotě - vymrazovačky, nejčastější chlazení pomocí tekutého dusíku ~ 77K
• nastává čerpání vlivem nízké teploty
• hladina chladící kapaliny nesmí kolísat
• molekuly zůstávají na povrchu - difúze po povrchu
• povrch pokrytý absorpční látkou
• měděná folie
• molekulová síta - zeolity, obsahují dutina a kanálky o velikosti ~ lnm, lg této látky má povrch až lOOOm2
SEM MAG: 25.0 kx	WD: 9.08 mm
Viewfield: 13.8 |jm	Det: SE
SEM HV: 5.0 kV	Bl: 8.00
zeolit	
Ä j istá im >sr-
MIRA3 TESCAN
2 fjm
Performance in nanospace
Vakuová fyzika 1
25 / 39
o) b)
3
12 12
J. Groszkowski: Technika vysokého vakua,
Vakuová fyzika 1
c) d)
2
SNTL, Praha 1981
26 / 39
14_
14L. Pátý: Fyzika nízkých tlaků, Academia, Praha 1968
Čerpací systém XPS
Vakuová fyzika 1
30 / 39
Vakuová fyzika 1
31 / 39
Vodokružní výveva
16
tOľ. 33 r
£
o I
10
5.102     10 3    S.IO' 10 píPa)
16
J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984i
Vakuová fyzika 1
33 / 39
Vodokružní vývěva
• pracuje od atmosférického tlaku
• mezní tlak ~ 102 Pa
• velká spotřeba vody, zpravidla uzavřený okruh
• může čerpat vodní páru
• velká čerpací rychlost
• využití zejména v průmyslu
• chemicky odolná, nevadí ji drobné částice - metalu
• vícestupňové provedení
Vývevy s transportem molekul z čerpaného prostoru
Vývevy založené na tepelné rychlosti molekul
Plochy s nízkou teplotou 7~i a vysokou teplotou 7~2 = 600°C, vyhřívané plochy směrem k výstupu, chlazené plochy směrem ke vstupu. Nemá pohyblivé části, nemá pracovní kapalinu.
Vakuová fyzika 1
35 / 39
17_
17J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981
Vakuová fyzika 1
36 / 39
Vývevy založené na ionizaci molekul plynu
ionizace a urychlení elektrickým polem, neutralizace iontu blízko katod
18
L. Pátý: Fyzika nízkých tlaků, Academia, Praha 1968<
Vakuová fyzika 1 37/39
doutnavý výboj
magnetické pole prodlužuje dráhu elektronu, větší pravděpodobnost ionizace
potřebuje předčerpat na tlak ~ 10_1 Pa mezní tlak ~ 10~4 Pa
značný příkon - neekonomické žádná pracovní kapalina žádné vibrace
Vakuová fyzika 1
38 / 39
Adsorpčně transportní vývěva
vstup plynu
Obr. 4.83. Adsorpčně transportní vývěva
1,2 - komory; 3 - válec; 4,5, 6 - body povrchu válce;
7,8 - přepážky
19
J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984«
Vakuová fyzika 1 39/39