Scroll vývěva Vakuová fyzika 1 1/51 materiály firmy Varian Vakuová fyzika 1 2/51 Scroll vývěva pracuje od atmosférického tlaku mezní tlak ~ 10° Pa suchá výveva, bez oleje varianta zcela bez oleje oddělená vlnovcem předčerpávací vývěva pro turbomolekulární vývevy Vakuová fyzika 1 6/51 Řazení vývěv do serie a) V'501 ) ff=( V*50l ) Jln 7 M o Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vývevy s neproměnným pracovním prostorem U těchto typů vývěv získávají molekuly plynu dodatečnou složku rychlosti ke svému chaotickému pohybu ve směru čerpání. Předávaný impulz není důsledek stlačení předem odděleného plynu, většina těchto vývěv vyžaduje předčerpání na nižší tlak. Rootsova výveva Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 10 / 51 materiály firmy Pfeiffer Vakuová fyzika 1 11 / 51 1) Motor 1 2) Loose bearing 3) Intake connection 4) Roots piston 5} Labyrinth sea! 6) Gear 7) Overflow valve 8) Suction chamber 9) Oil level sight glass 10) Oil return 11) Sealing gas connection 12) Outlet port 13) Fixed bearing C1 5-257 materiály firmy Pfeiffer Vakuová fyzika 1 12 / 51 10< c/d 103 102 101 (D/(D WKP 1000 A ® (3) / UNO 120A !:Í'§111||1 10" 10" 10"1 10c 101 w2 103 p [mbar] materiály firmy Pfeiffer Vakuová fyzika 1 13 / 51 Vícestupňové Roots vývěvy Rootsova vývěva potřebuje předčerpat na tlak asi 102 Pa mezní tlak ~ 10~3 Pa počet otáček ~ 1000 min-1 suchá výveva, bez oleje velká čerpací rychlost mezera mezi rotory ~ 10_1 mm vícestupňové provedení pracuje i od atmosférického tlaku - mezní tlak 10° Pa Vakuová fyzika 1 15 / 51 Claw (dra pá ková) vývěva B A Inlet exposed B Inlet isolated C Outlet exposed D Outlet isolated materiály firmy Edwards Vakuová fyzika 1 16 / 51 materiály firmy Northey a Dynapums Vakuová fyzika 1 17 / 51 Claw stages Roots Stage materiály firmy Vac Aero Vakuová fyzika 1 18 / 51 Claw (drapáková) vývěva • pracuje od atmosférického tlaku • mezní tlak ~ 10_1 Pa • suchá výveva, bez oleje • vícestupňové provedení • velká čerpací rychlost • maximální čerpací rychlost při nižším tlaku □ t3 Molekulární vývěva Vakuová fyzika 1 □ 20 / 51 při vyšších tlacích proudění vlivem viskozity plynu při nižších tlacích je konstantní kompresní poměr K = — = ebu Pn & je konstanta závislá na plynu, u je obvodová rychlost Teoretická čerpací rychlost 1 St = —ulh, 2 /-délka prac. komory, /z-šířka prac. komory □ t3 u Vakuová fyzika 1 22 / 51 Obr. 4.30. Gaedeho molekulárni vývčva 1 — stator; 2 — rotor; 5 - prepážka; 4 — pracovní mezery J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 □ S? 23 / 51 64 Obr. 4.32. Siegbahnova disková molekulární vývěva: 1 — spojka; 2 — spirálová mezera; 3 — rotující disk J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 24/51 Molekulární vývěva potřebuje předčerpat na tlak asi 101 Pa mezní tlak ~ 10~4 Pa počet otáček ~ 10000 min-1 suchá výveva, bez oleje mezera mezi rotorem a tělem vývěvy ~ 10_1 m Turbomolekulární výveva Vakuová fyzika 1 27 / 51 materiály firmy Pfeiffer Vakuová fyzika 1 28 / 51 Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 □ i3 5523 Turbomolekulární vývěva potřebuje předčerpat nejčastěji membránovou, nebo rotační vývěvou mezní tlak ~ 10~8 Pa počet otáček 24000 - 90000 min"1 suchá vývěva, bez oleje mezera mezi rotorem a statorem ~ 10° mm Vakuová fyzika 1 31 / 51 Turbomolekulární vývěva Keramická kuličková ložiska Magnetická ložiska - mohou ovlivňovat citlivá měření Molekulární stupeň - větší výstupní tlak, předčerpání nejčastěji membránovou vývevou, bez molekulárního stupně nutný nižší tl výstupu, předčerpání nejčastěji rotační olejovou vývěvou Čerpací rychlost turbomolekulární vývěvy So = -Avsinacosa 2 G o = ~.Ava pro a = 45° ; Sk = SqG o Av So + G0 4(£ + 1) = Sk = dfv A~ A "4(^ + 1) kde d/ ~ 0,9; A = tt(í?2 - i?2); v = 7r/(i?a + Rh) Vakuová fyzika 1 33 / 51 Kompresní poměr pro turbomolekulární vývěvy Kq = exp v vagtsina t - vzdálenost lopatek g - korekční faktor, g e < 1, 3 > v - střední obvodová rychlost lopatek Vakuová fyzika 1 34 / 51 8 F.OHanlon: A Users Gaude to Vacuum Technology, Wiley (2003) ^ Botor 2^ Stator pfe\«er "~ 2 HiPace-700, 685 L/s pro N2, DN 160 ISO-K Vakuová fyzika 1 38 / 51 Vakuová fyzika 1 39 / 51 Vakuová fyzika 1 40 / 51 Vakuová fyzika 1 41 / 51 Cvičeni 16) Spočítejte vakuovou vodivost kruhového otvoru v molekulárním režimu proudění. Průměr otvoru je Di = 4 cm a je v kruhové stěně s průměrem D2 = 10 cm. Počítejte i v aproximaci nekonečně velké stěny. Plynem je vzduch při teplotě 293 K. Výsledky • nekonečná stěna: Gi = 0,145 m3/s • stěna konečné velikosti: G2 = 0,172 m3/s 17) Spočítejte vakuovou vodivost trubice s kruhovým průřezem pro vzduch a teplotu 293 K. Průměr trubice je D = 40 mm, délka trubice je L = 1 m. Na koncích trubice jsou tlaky: a) Pi = 1 kPa, P2 = 2 kPa b) Pi = 0,01 Pa, P2 = 0,1 Pa Výsledky a) Pi = 1 kPa, P2 = 2 kPa, lamínární proudění G = 1358P^^ = 5,2 m3/s px = 0,01 Pa, P2 = 0,1 Pa, molekulární proudění G0 = 115, QA =0,145 m3/s ; Gl — 121^- = 0,0077 m3/s G = ^0_f^ = 0,0073 m3/s 18) Spočítejte vakuovou vodivost trubice s kruhovým průřezem pro vzduch a teplotu 293 K. Průměr trubice je D = 0,15 m, délka trubi< je L = 0,2 m, předpokládejte molekulární režim proudění. Výsledky G0 = 115,6,4 = 2,04 m3/s ; GL = 121^ = 2,04 m3/s G= §§^tL = 1,02 m3/s 19) K vakuové komoře připojíme vývevu s čerpací rychlostí Si =170 L/s, pomocí trubice s kruhovým průřezem s délkou L = 1 m a průměrem D = 100 mm. Předpokládáme molekulární proudění, pracovní plyn je vzduch s teplotou 293 K. Jakou čerpací rychlostí budeme čerpat vakuovou komoru? I = G(p2 - pi) , I = piSi , I = P2S2 Výsledky G0 = 115, QA =908 L/s ; GL = 121^ = 121 L/s G = čggfe =106<7 L/s S2 = Sřk = 65,5 L/s Vakuová fyzika 1 □ S 45 / 51 K vakuové komoře připojíme vývevu s čerpací rychlostí Si = 80 L/s, pomocí trubice s kruhovým průřezem s délkou L = 10 cm a průměrem D = 63 mm. Předpokládáme molekulární proudění, pracovní plyn je vzduch s teplotou 293 K. Jakou čerpací rychlostí budeme čerpat vakuovou komoru? K vakuové komoře připojíme vývevu s čerpací rychlostí Si = 300 L/s, pomocí trubice s kruhovým průřezem s délkou L = 200 mm a průměrem D = 100 mm. Předpokládáme molekulární proudění, pracovní plyn je vzduch s teplotou 293 K. Jakou čerpací rychlostí budeme čerpat vakuovou komoru? K vakuové komoře připojíme vývevu s čerpací rychlostí Si = 100 L/s, pomocí trubice s kruhovým průřezem s délkou L = 300 mm. Jaký minimální průměr musí mít tato trubice, aby vakuová komora byla čerpána rychlosti alespoň 75 % z Si? Předpokládáme molekulární proudění, pracovní plyn je vzduch s teplotou 293 K. 23) Ve vakuové komoře chceme udržet pracovní tlak 0,1 Pa. Komoru čerpáme pomocí sekundární vývevy s čerpací rychlostí 2000 L/s. Tato výveva má na výstupu tlak 10 Pa, který zajišťuje primární vývěva. Jakou čerpací rychlost musí mít primární vývěva? Vakuová fyzika 1 □ S 49 / 51 Ve vakuové komoře chceme udržet pracovní tlak 0,001 Pa. Do komory napouštíme pracovní plyn, proud plynu je 1,3 PaL/s. Ja čerpací rychlostí musíme komoru čerpat? 25) Spočítejte vakuovou vodivost kruhového otvoru v molekulárním režimu proudění. Plocha otvoru je Ai = 0,5 cm2 a je v kruhové stěně s plochou A2 = 500 cm2. Počítejte i v aproximaci nekonečně velké stěny. Plynem je vzduch při teplotě 293 K. Vakuová fyzika 1 □ S1 51 / 51