Vývevy s transportem molekul z čerpaného prostoru Paroproudové vývevy Molekuly plynu získávají dodatečnou rychlost ve směru čerpání prostřednictvím proudu pracovní látky (voda, pára, plyn). Většinou je nutné tyto vývěvy předčerpávat. Vodní vývěva Rychlost proudící kapaliny je dána Bernoulliovou rovnicí: -gv2 + hgg + př = konst 2 p'2 závisí na rozdílu rychlostí a může být menší než atmosférický tlak. Proudící látka nasává okolní prostředí. Vakuová fyzika 1 2/60 a) b) čerpaný plyn odtok vody o plynu čerpaný I plyn odtok vody a plynu Obr. 4.35. Vodní vývěva: a) s vnitřním proudem, b) s vnějším proudem J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 3/60 pJkPo) 3 2 1 O 10 20 30 Í CC) Obr. 4.38. Závislost mezního tlaku pm vodní vývěvy na teplotě vody J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 □ 3 ► < I ► < ř 1 -00,0 Vakuová fyzika 1 4/60 Vodní vývěva • pracuje od atmosférického tlaku • mezni tlak - 103 Pa • velká spotřeba vody • může čerpat vodní páru • malá čerpací rychlost Vakuová fyzika 1 5/60 Ejektorové vývěva Jako pracovní tekutinu používají páru (H2O, Hg, olej), nebo plyn. Pára se přivádí do speciální trysky (Lavalova tryska), kde získává nadzvukovou rychlost. Při mezním tlaku roste zpětný proud páry. Několika stupňové provedení (1 - 6). Vlastnosti závisí na pracovním mediu. X)2 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 7/60 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 8/60 Figure 4.2 First stage of a steam jet vacuum pump for a steel degassing plant. WJorish: Vacuum Technology in the Chemical Industry, Wiley, 2015 Vakuova fyzika 1 9/60 vstup J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 □ g? - = Vakuová fyzika 1 10 / 60 100 0 1 2 3^56 f (min) Obr. 4.39. Čerpací charakteristika vývěvy s proudem vzduchu. (Objem čerpaného systému 1001, tlak čerpacího vzduchu 600 kPa, spotřeba vzduchu 5 až 8 kg h " \ čerpací rychlost 0,61 s ~1) výstup Obr. 4.40. Vývéva s proudem vzduchu (firma Varian) h 2 - ventily; 3 - manometr J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 11 / 60 M/58112/11 - 62 x 30 x 30 mm, 157 g; objem 1 litr vyčerpá za materiály firmy IMI Norgren Ejektorová vývěva mezní tlak, závisí na pracovním médiu a počtu stupňů velká rychlost proudění media velká hustota proudu páry parametry závisí na použité pracovní kapalině Vakuová fyzika 1 13 / 60 o) zdroj páry Difúzni vývěva voda t vodo wstup para o plyn Obr. 4.47. Difůzní vývčvy: a) Gaedeho, b) Langmuirova voda ^f: J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 □ s Vakuová fyzika 1 = -1 o <^o 14 / 60 rVW\WV\H o Vakuová fyzika 1 □ S1 15 / 60 vstup 10'3Fb tryska I J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 16 / 60 Mezní tlak je dán Pq = Pq + Pp, závisí na rychlosti proudu páry, ale Pp je funkcí teploty. Pro tlak p ^ po lze čerpací rychlost vyjádřit jako: S = G 1 1 1 + G A0vp G ^ A0vp čerpací rychlost nemůže být větší než vodivost vstupní části vývěvy. Pokud za vodivost dosadíme vodivost otvoru pak 1 11 G = -vaAo =4> S = -vaAn--— 4v P při il, ^> va by byla čerpací rychlost rovna vodivosti G, ale víme, že vp ~ v a S O 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Vakuum {mbar(abs)) materiály firmy Vacuum Bohemia, Busch Vakuová fyzika 1 38 / 60 Suché rotační vývevy čerpací rychlost 3 - 500 rrr/h mezní tlak ~ 104 Pa využití • vakuová manipulace a upínání • dřevozpracující průmysl • papírenský průmysl • potravinářský průmysl Modifikovaná Holweckova výveva Holweckova molekulárni výveva materiály firmy Edwards Vakuová fyzika 1 41 / 60 materiály firmy Edwards Modifikovaná Holweckova výveva • čerpací rychlost 170 - 500 m3/h • mezní tlak 10"2 Pa - 10"4 Pa • využití • destilace, sušení • povi a ková n í • litografie Vakuová fyzika 1 43/60 Vývevy s transportem molekul z čerpaného prostoru vývevy, které mají zajímavý princip, ale dnes se v praxi nepoužívají Vývěvy založené na tepelné rychlosti molekul Plochy s nízkou teplotou Ti a vysokou teplotou T2 = 600 °C, vyhřívané plochy směrem k výstupu, chlazené plochy směrem ke vstupu. Nemá pohyblivé části, nemá pracovní kapalinu. vo t PV J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 45/60 Vývevy založené na ionizaci molekul plynu ionizace a urychlení elektrickým polem, neutralizace iontu blízko katod L. Pátý: Fyzika nízkých tlaků, Academia, Praha 1968 • doutnavý výboj • magnetické pole prodlužuje dráhu elektronu, větší pravděpodobnost ionizace • potřebuje předčerpat na tlak ~ 10-1 Pa • mezní tlak ~ 10~4 Pa • značný příkon - neekonomické • žádná pracovní kapalina • žádné vibrace Adsorpčně transportní vývěva vstup plynu Obr. 4.83. Adsorpčné transportní výveva 1,2 — komory; 3 - valec; 4,5, 6 - body povrchu valce; 7,8 - prepážky J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 48/60 Cvičeni 20) K vakuové komoře připojíme vývevu s čerpací rychlostí Si = 80 L/s, pomoci 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? I = G(p2 - pi) , I = PiSi , I = p2S2 Výsledky G0 = 115, 6A = 360 L/s ; GL = 121 L 300 L/s G 164 L/s □ - = Vakuová fyzika 1 49 / 60 21) 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? I = G(p2 - pi) , I = p\S\ , I = P2S2 Výsledky G0 = 115, 6A = 907 L/s ; GL = 121^ = 605 L/s G=čggfc = 363 L/s Vakuová fyzika 1 50 / 60 22) 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. I = G(p2 - pi) , I = PiSi , I = p2S2 G = 3S1 Výsledky jen dlouhá trubice D = 90 mm krátká trubice - kubická rovnice GqGl Go + G l Di = 102 mm Vakuová fyzika 1 51 / 60 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? Výsledky / =P1S1 = P2S2 S2 = 2000 L/s ; P2 = 0,1 Pa; P1 = 10 Pa Si = 72 to3/*"1 Vakuová fyzika 1 □ S1 52 / 60 24) Ve vakuové komoře chceme udržet pracovní tlak 0,001 Pa. Do komory napouštíme pracovní plyn, proud plynu je 1,3 PaL/s. Jakou čerpací rychlostí musíme komoru čerpat? Výsledky / =PiSi Sx = 1300 L/s Vakuová fyzika 1 53/60 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. Výsledky • nekonečná stěna: Gi = 5,8 L/s • stěna konečné velikosti: G2 = 5,806 L/s Vakuová fyzika 1 □ S 54 / 60 26) Dynamická expanze. Komora je rozdělena přepážkou s malým otvorem (vodivost otvoru úloha 25). Spodní část komory je čerpána vývevou s velkou čerpací rychlostí. Do horní části komory napouštíme proud vzduchu I = 0,067 PaL/s. Jaký bude tlak v horní části komory? Plynem je vzduch při teplotě 293 K, předpokládáme molekulární proudění. □ - = Vakuová fyzika 1 55 / 60 27) Dynamická expanze. Jaká je minimální čerpací rychlost vývevy z úlohy 26, pokud má být přesnost stanovení tlaku plynu v horní části komory 1%? -M Vakuová fyzika 1 56 / 60 28) Kolik vody v [g] je v 1 m3 vzduchu? Vzduch má teplotu 20 °C a relativní vlhkost 40 %. Tenze par vody při této teplotě je 2330 Pa Vakuová fyzika 1 57 / 60 29) Čerpáme vzduch s teplotou 20 °C a relativní vlhkostí 40 % pomocí rotační olejové vývěvy. Při jakém vstupním tlaku bude nastávat kondenzace vodní páry ve vývěvě? Pracovní teplota vývěvy je 60 °C. Tenze par vody při teplotě 20 °C je 2330 Pa, při teplotě 60 °C je 21280 Pa. 30) Jak dlouho bude trvat vyčerpat vakuovou komoru z tlaku Pi = 1000 Pa na tlak P2 = 10 Pa? Objem komory je 50 L, čerpací rychlost vývěvy 15 m3/h, mezní tlak je 1 Pa. Spočítejte s i bez zanedbání mezního tlaku. Vakuová fyzika 1 31) Výveva čerpá komoru ve tvaru koule o průměru 75 cm. V čase íi = 0,66 min byl naměřen tlak P\ — 491,6 mbar, v čase Í2 =4,95 min byl naměřen tlak P2 — 0,52 mbar. Zanedbejte mezní tlak. Jaká je průměrná čerpací rychlost vývevy v tomto časovém intervalu? Vakuová fyzika 1 □ S - 1 -O °xO 60 / 60