Získávání nízkých tlaků • vytvořit dostatečně nízký tlak • udržet nízký tlak po dostatečně dlouhou dobu Vývěva - zařízení snižující tlak plynu v uzavřeném objemu □ (3 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 □ t3 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 = 3/42 Vývevy bez transportu molekul z čerpaného prostoru • Zeolitové vývevy • Kryosorpční vývevy • Sublimační vývevy • Iontové vývevy • Getrové vývevy Vakuová fyzika 1 4/42 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 ^ 1000 !~ 100 !~ 0.01 ^ o.ooi E- 0.0001 o .1111 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . - - - - - - - - - - - ■ . . . . .... 1 . . . . 1 . . . . . . . . 10 15 time [min] 20 25 Scroll výveva + turbomolekulární výveva, objem 210 I 1.0e+06 1.0e+04 . Boyle-1660 ] Hawksbee-1704 1.0e+02 05 CL ^ 1.0e+00 05 1 .Oe-02 1.0e-04 - 1 .Oe-06 Hg - U trubice McLeod loniz.man. ■ □ 1850 □ Geissler-1858 □ Sorengel-1865 □ Crookes-1876 □ Edison-1879 □ Fleuss-1894 Gimingham-1884 □ Kahlbaum-1894 □ Gaede-1905 □ Gaede-1912 ]Sherwood-1918 J_I_ 1650 1700 1750 1800 1850 roky 1900 1950 2000 □ Vakuová fyzika 1 r5" 5 ^)c\0 7/42 Vývěvy s transportem molekul plynu Mechanické vývěvy Vývěvy 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 materiály 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 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 13 / 42 Pb - původní tlak plynu v recipientu,V - velikost čerpaného objemu, v -objem komory vývěvy pi(V + v) =PbV V Pi = V + v Pb po n cyklech pn = KnPb , K = v V + v teoreticky n —> oo 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 Teoretická čerpací rychlost 7+ =pSk = npv(l--) v Zpětný proud, pv výstupní tlak 7_ = (3npvvf / = /+-/_ = nv(l--)p v 1 - (1 - £)p □ S1 Uvážíme-li, že — ST = Sk Pro p po =^ -St -> 0 Snížení mezního tlaku • zmenšení?/ (vhodnou konstrukcí) • zmenšení /3 (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*Sj1 Pf — f(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 □ s1 Ecodry L Leybold Pump down curve of the EcoDry i 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 □ S1 - 1 Q,o 70 Membránová vývěva Vakuová fyzika 1 22 / 42 M D 12C materiály firmy Vacuubrand Vakuová fyzika 1 23 / 42 MD-1 Vacuubrand mbar materiály firmy Vacuubrand Vakuová fyzika 1 24 / 42 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 Obr. 4.8. Gaedeho rotační rtuťová vývěva / — 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 □ t3 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 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 — patm kompresní poměr vstup ke kondenzaci dochází pokud Otevření proplachovacího ventilu (Gasballastu) má zamezit kondenzaci ve vývěvě. J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 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 Vakuová fyzika 1 □ r5> 37 / 42 Šroubové vývěvy materiály firmy Busch Vakuová fyzika 1 < □ ► < 38 / 42 materiály firmy IPE Vakuová fyzika 1 39/42 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 □ t3 Šroubové vývěvy - využití chemický a farmaceutický průmysl vakuová destilace a vakuové sušení pokovování, povlaková ní vakuové pece laboratoře - výzkum a vývoj Vakuová fyzika 1 42 / 42