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 / 37 Typy vyvěv 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 3/37 Vývevy bez transportu molekul z čerpaného prostoru • Zeolitové vývevy • Kryosorpční vývevy • Sublimační vývevy • Iontové vývevy • Getrové vývevy Vakuová fyzika 1 □ ŕš1 - 1 -0 0,0 4/37 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 6/37 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 7/37 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 9/37 1 1materiály firmy Edwards Vakuová fyzika 1 □ 10 / 37 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 / 37 Toplerova a Sprenglerova vývěva 3J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 4J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 13 / 37 Pb - původní tlak plynu v recipientu, V - velikost čerpaného objemu, v -objem komory vývěvy Pi(V+v) = pbV V Pl = T7—Pb V + v po n cyklech Pn = K"Pb , K = V V+v teoreticky n —> oc =4> p -> 0 Prakticky existuje mezní tlak p0 > 0 (zpětné proudění plynu, škodlivý prostor u7) Vakuová fyzika 1 □ ěš1 14 / 37 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, vr je škodlivý prostor n je limitováno dobou naplnění komory Vakuová fyzika 1 15 / 37 Teoretická čerpací rychlost /+ = pSk = npv(l - —) Zpětný proud, pv výstupní tlak /_ = 3npvv/ ! fot (l-í)P v / = /+-/_ = /w(l - — )p □ S Uvážíme-li, že ^ po ^> St = Sk Pro p ->■ po =>- St ->■ 0 Snížení mezního tlaku • zmenšení v' (vhodnou konstrukcí) • zmenšení (3 (např. zaplněním v' olejem) • snížení výstupního tlaku pv (predčerpání) Po přispívá i tenze par pracovní kapaliny Po — Po + P p Skutečná čerpací rychlost Komora se nenaplní na tlak čerpaného prostoru (vakuový odpor spojů), proto je skutečná čerpací rychlost menší než teoretická čerpací rychlost 5E = /3'St fi' — r(p, n) < 1 - koeficient naplnění 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 5_ 5materiály firmy Leybold Vakuová fyzika 1 21 / 37 03 Membránová vývěva Vakuová fyzika 1 < □ ► 22 / 37 MD-1 Vacuubrand Vakuová fyzika 1 24 / 37 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 Rotační vývěvy vyafup (do primaffll vývevy) Obr. 4.8. Gacdcho rotační rtuťová výveva f — rotor; 2 — stator; 3,5,6,8 — části komory, 4, 7 — otvory 8 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984i Vakuová fyzika 1 26 / 37 Rotační olejová výveva s sou pátkem ve statoru 9J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 27 / 37 Rotační olejová výveva s kolujícím rotorem a přepážkou Rotační olejová výveva s kolujícím rotorem a čtyřhrannou trubicí li vstup 11 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984i Vakuová fyzika 1 29 / 37 Rotační olejová lopatková vývěvy Vakuová fyzika 1 30 / 37 Škodlivý prostor vystup Kstup 12 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 198ä> Vakuová fyzika 1 31/37 Dvoustupňové provedení pro dosažení menšího mezního tlaku 13 vystup 13 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984« Vakuová fyzika 1 32 / 37 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 — natm kompresní poměr *vstup ke kondenzaci dochází pokud PpK > Pr Vakuová fyzika 1 33/37 14 14 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984i Vakuová fyzika 1 34 / 37 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 35/37 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