Vákuumtechnika Elővákuum előállítása és mérése. Csonka István Frigyes Dávid

Vákuumtechnika Elővákuum előállítása és mérése

Csonka István Frigyes Dávid

© Csonka István, Frigyes Dávid ELTE 2004-2013

1

Elővákuum 1000

mbar - 0.001 mbar

1000

mbar - 1 mbar: viszkózus (általában lamináris) áramlás, hővezetés és viszkozitás független a nyomástól. Szabad úthossz 7*10-8 m - 7*10-5 m. 1

mbar - 0.001 mbar: átmeneti tartomány a nagyvákuum felé. Hővezetés és viszkozitás függ a nyomástól (gáztól is!). Jelentőssé válhat a szívásiránnyal való szembeáramlás (backstream). Szabad úthossz 7*10-5 m - 7*10-2 m.


2

Főbb elővákuum-szivattyú típusok Térkiszorításos

szivattyúk Folyadékgyűrűs szivattyúk Olajos szivattyúk (rotary vane, rotary piston) Olajmentes szivattyúk (dugattyús, membrán, Roots, scroll) Egyéb szivattyúk Szorpciós szivattyú Bernoulli-elv és impulzus-átadás alapján működő szivattyúk (ejektor, vízlég, Venturi)


3

Szivattyúk alkalmazási tartománya


4

Folyadékgyűrűs szivattyú Egyszerű,

strapabíró és nagy kapacitású szerkezet Jól használható nagymennyiségű kondenzálható gáz (pl. vízgőz) elszívására Vízzel 20 torrig (15 fokos víz), spec.olajjal 0.1 torrig), nyomás 3 bar-ig Folyadékot hűteni kell: folyamatos pótlás, vagy hűtő Kavitációra ügyelni (visszavezetett gázzal korlátozni alulról a nyomást) Előkondenzálóval növelhető a kapacitás Roots elővákuumának is jó © Csonka István, Frigyes Dávid ELTE 2004-2014

5

Folyadékgyűrűs szivattyú


6

Rotary vane pump (forgólapátos) Az

„igásló” Szívássebesség 1-300 m3/óra Végvákuum 0.1 mbar (egyfokozatú) - 0.001 mbar (kétfokozatú) Régebben ékszíj-hajtás (feszesség!), ma direkthajtás 10000* sűrítés © Csonka István, Frigyes Dávid ELTE 2004-2014

7

Rotary vane pump (forgólapátos)


8



9



10



11



12



13

Rotary vane pump (forgólapátos) Tudnivalók dióhéjban Molekulaszitás Folyékony

N2 csapdát tenni elé

Kikapcsolás Olajat

után fellevegőzni (olaj visszaszívás)

ellenőrizni (szín, szag, állag), gyanú esetén cserélni

Szilárd Kevés

csapdát alkalmazni, azt rendszeresen kikályházni

szennyeződésektől óvni

víz vagy oldószer a gázballaszttal eltávolítható (nem elfelejteni

elzárni) Háromfázisú Kipufogást

motor forgásirányát ellenőrizni

nem gátolni, alkalmasint elszívóba vezetni © Csonka István, Frigyes Dávid ELTE 2004-2014

14

Rotary piston pump Nagyteljesítményű,

megbízható (több tíz éves élettartam) 0.1 mm rések, alacsony fordulatszám (400-600 1/min), viszkózus pumpafolyadék – „por álló” Szívássebesség 1 1500 m3/óra Végvákuum 0.01 mbar Vízhűtés Ipari méretek © Csonka István, Frigyes Dávid ELTE 2004-2014

15

Rotary piston pump


16

Dugattyús szivattyúk Drabec

(Ganz) Italvacuum - Saurus Átfolyó olajozással (min. 10 g/óra, FDA-elfogadott olaj, élelmiszer- és gyógyszeripar), jó por és korrozió állóság (pl. sósavas sók szárítása) Egy (pár mbar) vagy két fokozat (pár tized mbar) Roots előszívásához (század mbar) Ipari méretek (pár száz m3/h) Kb. gőzgép szerkezet és strapabírás © Csonka István, Frigyes Dávid ELTE 2004-2014

17

Dugattyús szivattyúk

1 Barrel - 1st stage 2 Barrel - 2nd stage 3 Piston

4 Rod 5 Discharge valves 6 Oil-feeder for recirculated oil

7 Oil-feeder for the injection of non-reusable oil 8 Discharge 9 Intake


18

Olajmentes szivattyúk Nagy

tisztasági követelmények esetén, olajmentes nagyvákuumszivattyúk előszívására

vízlégszivattyú

kiváltására

Mivel

nélkülözik az olaj hűtését, ezért általában több, kisebb sűrítésű (20-100) fokozattal érik el a megfelelő végvákuumot


19

Olajmentes szivattyúk Dugattyús (Varian)

Teflon,

illetve fluorozott súrlódó felületek (önkenés)

Változó

sűrítés a nyomás függvényében © Csonka István, Frigyes Dávid ELTE 2004-2014

20

Olajmentes szivattyúk Membrán

Sok

fokozat (3-4)

„Kémiai”

kivitelben fluorozott műanyagokból © Csonka István, Frigyes Dávid ELTE 2004-2014

21

Olajmentes szivattyúk Blower (Roots) Atmoszférán

nem működik előszívás kell neki (pl. membrán, folyadékgyűrűs) Melegedésre igen ügyelni: néhány mikronos rések a forgó felületek között


22

Olajmentes szivattyúk Scroll pump Spirális

fémlemezek excentrikusan mozgatva, nem érintkeznek, nem kell kenés Homloktömítés kopik, cserélni kell, kis port termel Kis teljesítmény igény. Pl. 9m3/h, 10-2 mbar: 270 watt


23

Szorpciós szivattyú


24

Szorpciós szivattyú Olajmentes

(ultra)nagyvákuum-rendszerek kényelmes elővákuum

szivattyúja Korlátozott kapacitás (pár 10000 mbar*liter): több készlet, amíg az egyik regenerálódik, addig a másik működik. Venturi-előelőszívás He, Ne, H2 nem szívódik, minden más igen (kifagyás vagy adszorpció), felengedéskor robbanásveszély lehetséges (szerves + O2) Folyékony N2 szintre ügyelni Regeneráláskor túlnyomás veszély Mérgező dolgokat elszívóba Házilag is gyártható. Aktív szén ne, oxigénnel veszélyes. 4-es pórusú molekulaszitába N2 nem fér be, ezért 5-ös/13-as Hővezetés! 10 perc is lehet, mire beindul Ha már nem szív (10 s-min), elzárni-regenerálni (visszaáramlás) 5-6 ciklusonként 250 fokon kikályházni a vizet (túlnyomásra ügyelni!) © Csonka István, Frigyes Dávid ELTE 2004-2014

25

Gőzsugár-ejektor Preparatív

célokra: szűrés, bepárlás, szárítás, desztilláció Végvákuum: pár mbar Érzékeny a megfelelő paraméterekre. Túlterhelésre hirtelen romlik a vákuum. Túl sok gőz nem fér be a diffuzorba. A kondenzátor folyadék hőmérséklete a teljesítményt befolyásolja, nem a végvákuumot. (gőzmozdony: légűrfék, szélfrissítés ☺ )


26

Gőzsugár-ejektor

2

gőzsugár és 1 vízsugár fokozat 1 mbar 25 kg/h gőz, 3,4 m3/h víz © Csonka István, Frigyes Dávid ELTE 2004-2014

27

Venturi szivattyú Pár Pl.

tíz mbar végnyomás szorpciós szivattyú előszívására

Inkább

inert gázzal, mint levegővel


28

Vízlégszivattyú (water jet aspiratory) Preparatív

célokra: szűrés, bepárlás, szárítás, desztilláció Végvákuum:

víz aktuális gőznyomása (pár tíz mbar) Vízgőzmentesítés

szárítószerrel

(szilikagél) Kihalófélben:

nagy vízfogyasztás, vízszennyezés (oldószer gőzök), víznyomásra érzékeny működés Van

vízvisszaforgatós


29

Főbb elővákuum-mérő típusok F=A*p

elven működők: mért érték nem függ a gáztól Direkt nyomásmérők (Toricelli, McLeod) Kalibrálandók (Bourdon, diafragma) Mért érték függ a gáztól (általában levegőre Hővezetésen alapulók (Pirani, termopár) kalibrálva) „viszkozitás” mérő nem lineáris a jelnyomás függés Általában

meggondolni: amit mérünk, és ami a rendszerben van (konduktancia, kondenzáció, szennyeződés, hőmérséklet különbség stb.) © Csonka István, Frigyes Dávid ELTE 2004-2014

30

Vákuummérők alkalmazási tartománya


31

F=A*p Toricelli Elvi

határ: Hg gőznyomása (0.001 mbar)

Gyakorlati

határ: leolvasás pontossága (kapilláris effektus, Hg szennyeződése, rezgések stb.) - 0.1 torr, de inkább csak 1 torr Folyamatosan

használható, akár szabályzójel is

levehető belőle Hg-szennyezés


32

F=A*p McLeod Gáztörvény:

adott térfogatú gáz összenyomása, végtérfogat leolvasása (általában előre kalibrált skála) 10-6

mbar-ig! Kalibrálásra

Nem

folyamatos, sőt általában nem is gépesített Kondenzálódó

gőzök nyomását

nem méri Könnyen

törik © Csonka István, Frigyes Dávid ELTE 2004-2014

33

F=A*p McLeod

Kis

„forgathatóak” kiválóak gyors ellenőrzésre 0.001 mbar-ig © Csonka István, Frigyes Dávid ELTE 2004-2014

34

F=A*p McLeod


35

F=A*p Bourdon 1

mbar-ig

nyomásra

is jó (reduktorokon

ilyen van)


36

F=A*p Membrán 0.001

mbar-ig pontos, 10-5 mbar-ig alkalmazható, de csak 3-4 nagyságrend átfogás Nyomásra

is jó

Kapacitás-változás

(Baratron), piezoelektromos effektus Stabil,

kalibrálásra alkalmas (kalibrálás után :-) © Csonka István, Frigyes Dávid ELTE 2004-2014

37

lineáris tartomány hősugárzás

Szállított teljesítmény/W

Gázok hővezetése

P~ρ~p P~λ~1/p

10-3

1


p/mbar 38

Termopár Fűtött

szál hőmérséklete, kalibrált skálával 0.001 mbar-ig Elkoszolódhat, szál kiéghet Lassú Újabb típusok a konvekciót is kihasználják: atmoszféráig mér, sőt.


39

Pirani Leggyakoribb Gyors,

2-0.001 mbar (+konvekcióval 2 bar) Fűtött

szál ellenállása, illetve adott ellenálláson tartáshoz szükséges teljesítmény (kompenzált) Weathstone-híd Elkoszolódhat,

W-szál

kiéghet


40

„Viszkozitás” mérő Nem

a gázon belüli, hanem a felület-gáz közti impulzus átadást mérik 10-2

- 5*10-7 mbar: 1%

típus: kvarcszál (hangvilla) rezgésének csillapodás Ősi

Van

korongos is

Általában

kalibrálási célra

használják © Csonka István, Frigyes Dávid ELTE 2004-2014

41

Vákuum-szabályzás Legtöbb

elektronikus vákuummérő szabályzásra is használható. Minimum egy adott nyomásértéknél kapcsoló relé. Pl. nagyvákuumszivattyú kapcsolása A vákuum nagyságának szabályzása: szelep ki-be kapcsolás, motor fordulatszám változtatása, Vacutron, gázáramlás-szabályzók Múzeum: Hg-zár, Kartéziusz-búvár


42

Vákuumtechnika Elővákuum előállítása és mérése. Csonka István Frigyes Dávid

Recommend Documents