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 1/42 Typy vývěv Vývevy s transportem molekul z čerpaného prostoru • vývěvy s pracovní kapalinou • suché vývěvy Vývěvy bez transportu molekul z čerpaného prostoru □ {3 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 - 1 -0 0,0 3/42 Vývevy bez transportu molekul z čerpaného prostoru • Zeolitové vývevy • Kryosorpční vývevy • Sublimační vývevy • Iontové vývevy • Getrové vývevy Charakteristické parametry vývěv výstupní tlak vývěvy mezní tlak vývěvy čerpací rychlost vývěvy jestli používá nějakou pracovní kapalinu provozní vlastnosti - vibrace, teplota, hluk, ... 100000 f 03 Q_ OJ i_ 10 10 03 OJ 10000 r- 0.1 ^ o.oi !~ o.ooi E-o.oooi o | 1 1 1 1 1 - - - - - - - - - - - . . . . ■ ■ ■ ■ 1 . . . . 1 . . . . . . . . 10 15 time [min] 20 25 Scroll výveva + turbomolekulární výveva, objem 210 I □ ► 4 Š ► 4 > Vakuová fyzika 1 6/42 1.0e+06 1.0e+04 1.0e+02 03 CL ^ 1.0e+00 05 1 .Oe-02 1.0e-04 - 1 .Oe-06 I I I l l l Hg - U trubice McLeod loniz.man. ■ — _ -□Boyle-1660 □ Hawksbee-1704 - ; □ 1850 □ Geissler-1858 □ Sorengel-1865 J Crookes-1876 □ Edison-1879 □ Fleuss-1894 - □ Gimingham-1884 □ Kahlbaum-1894 i i i □ Gaede-1905 □ Gaede-1912 □ Sherwood-1918 i i i 1650 1700 1750 1800 1850 roky 1900 1950 2000 □ t3 = Vakuová fyzika 1 7/42 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 9/42 1 1materiály firmy Edwards Vakuová fyzika 1 □ 10 / 42 Fig. 5 The double-piston pump of Hawksbee (1704). Fig. 6 A commercial double-piston pump from about 1850. A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 Vakuová fyzika 1 11 / 42 Toplerova a Sprenglerova vývěva J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 □ (3 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 13 / 42 Pb - původní tlak plynu v recipientu,y - velikost čerpaného objemu, v -objem komory vývěvy pi(V + v) =PbV V Pl = V + v Pb po n cyklech pn = KnPb , K = v V + v teoreticky n —> oc =4> p —> 0 Prakticky existuje mezní tlak po > 0 (zpětné proudění plynu, škodlivý prostor v') Vakuová fyzika 1 14 / 42 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 / 42 Teoretická čerpací rychlost 7+ =pSk = npv(l--) v Zpětný proud, pv výstupní tlak 7_ = (3npvvf / = /+-/_ = nv(l--)p v 1 - (1 - £)p □ <3 Uvážíme-li, že — ST = Sk Pro p po =^ -St -> 0 Snížení mezního tlaku • zmenšení?/ (vhodnou konstrukcí) • zmenšení f3 (např. zaplněním v' olejem) • snížení výstupního tlaku pv (předčerpání) Po přispívá i tenze par pracovní kapaliny Po =Po + PP 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 Pf — f(p,n) < 1 - koeficient naplnění Vakuová fyzika 1 19 / 42 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 Ecodry L Leybold Pump down curve of the EcoDry t connected to a 831 vessel at 60 Hz Pumping speed characteristic for the EcoDry L without gas ballast (50 Hz) without gas ballast materiály firmy Leybold Vakuová fyzika 1 □ 21 / 42 Membránová vývěva Vakuová fyzika 1 22 / 42 MD-1 Vacuubrand Vakuová fyzika 1 24 / 42 Membránové vývěvy pracují od atmosférického tlaku na vstupu tlak na výstupu - atmosférický mezni tlak ~ 102 Pa suchá výveva, bez oleje zpravidla více komor • řazení sériové - nižší mezní tlak • řazení paralelní - větší čerpací rychlost Rotační vývěvy vyafup (do primártl vývevy) Obr. 4.8. Gacdcho rotační rtuťová výveva J — rotor; 2 — stator; 3,5,6,8 — části komory, 4, 7 — otvory J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 26 / 42 Rotační olejová výveva s šou pátkem ve statoru a) b) výstup J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 27 / 42 Rotační olejová výveva s kolujícím rotorem a přepážkou J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 □ {3 Rotační olejová výveva s kolujícím rotorem a čtyřhrannou trubi J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Rotační olejová lopatková vývěvy 9 Vakuová fyzika 1 30/42 Škodlivý prostor výstup vstup 1 Vakuová fyzika 1 31 / 42 Dvoustupňové provedení pro dosažení menšího mezního tlaku J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 32/42 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 — patrn kompresní poměr vstup ke kondenzaci dochází pokud Vakuová fyzika 1 33/42 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 19§1 Vakuová fyzika 1 34 / 42 Rotační olejová výveva • pracuje od atmosférického tlaku • mezní tlak pro dvoustupňové provedení ~ 10~2 Pa • počet otáček 300 — 1400 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 35/42 Požadavky na olej nízká tenze par ~ 10 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 Poznámky k provozu rotační olejové vývěvy zapojení - pořadí fází u třífázových motorů zahřátí na provozní teplotu zavzdušnění po vypnutí výměna oleje Šroubové vývěvy 5 5materiály firmy Busch Vakuová fyzika 1 38 / 42 materiály firmy IPE Vakuová fyzika 1 39 / 42 7 7materiály firmy Edwards Vakuová fyzika 1 40 / 42 Šroubové vývěvy - parametry čerpací rychlost 100 - 2500 m3/h mezní tlak ~ 10° Pa chemicky odolné může čerpat i výbušné plyny □ {3 Šroubové vývěvy chemický a farmaceutický průmysl vakuová destilace a vakuové sušení pokovování, povlaková ní vakuové pece laboratoře - výzkum a vývoj