دو روش ساده برای محاسبه زمان خلاء وجود دارد. یکی برای پمپ خلاء دوار، پره یا پیستون، به تنهایی، و دومی برای حجم های بزرگتر زمانی که ممکن است از یک پمپ تقویت کننده خلاء استفاده شود.

هر دو روش برای سیستم های خلاء ساده که در آن پمپ های خلاء مکانیکی نزدیک به محفظه قرار دارند و محفظه نسبتاً خالی است، نتایج خوبی به دست می دهند.

زمان تخلیه با استفاده از پره چرخشی مکانیکی یا پمپ پیستونی

فرمول ساده ای که برای این محاسبه استفاده می شود: T = V / SF است

در جایی که T زمان، V حجم، S سرعت پمپاژ و F یک ضریب کاهش پمپ است که از نمودار نشان داده شده در شکل 1 گرفته شده است. واحدهای مورد استفاده باید ثابت باشند،

یعنی زمان بر حسب دقیقه، حجم بر حسب فوت مکعب و سرعت بر حسب فوت مکعب در دقیقه (cfm). اگر برای Speed ​​از لیتر در دقیقه استفاده می کنید، می توانید از لیتر برای Volume نیز استفاده کنید.

این فرمول ساده کار می کند زیرا سرعت پمپاژ در مقابل منحنی فشار برای یک پمپ دوار پره یا پیستونی تا زمانی که فشار به حدود 10 Torr برسد تقریباً صاف است و سپس در یک منحنی صاف کاهش می یابد

زیرا پمپ کارایی خود را در فشارهای کمتر از دست می دهد. (شکل 2)

محاسبه سرعت پمپاژ پمپ وکیوم مکانیکی معمولاً بر حسب فوت مکعب در دقیقه یا واحدهای لیتر در دقیقه بیان می شود و می توان از ادبیات سازنده آن برداشت کرد.

اطمینان حاصل کنید که از سرعت واقعی پمپاژ به جای جابجایی استفاده می کنید تا بهترین نتایج را مشاهده کنید، و بررسی کنید که این اعداد زمانی هستند که پمپ دارای موتور الکتریکی 60 هرتز است.

مثال 1.

اگر حجم محفظه 150 فوت مکعب و سرعت پمپ خلاء موجود 150 cfm باشد، با استفاده از این فرمول، زمان خاموشی پمپ T را محاسبه می‌کند تا به سطح خلاء 0.1 mbar (0.075 Torr یا 75 میکرون) برسد.

ابتدا باید فاکتور F پایین پمپ را از نمودار شکل 1 پیدا کنیم. با خواندن خط 0.1 میلی‌بار روی نمودار، منحنی بین 10 و 12 را می‌گذرد، بنابراین بیایید F = 11 را فرض کنیم تا همیشه در سمت مثبت اشتباه کنیم.

توجه داشته باشید که منحنی نشان می دهد که یک پمپ خلاء دو مرحله ای مورد نیاز است. حالا می توانیم اعداد را در فرمول قرار داده و زمان خلاء را پیدا کنیم.

T = V / SF می شود T = 150 / 150 x 11 و T = 11 دقیقه (تقریبا)

شکل 2 . منحنی پمپ پره دوار 30 cfm

به یاد داشته باشید که این فرمول یک محفظه تمیز، باز، خلاء و اتصالات کوتاه به پمپ را فرض می کند.

بنابراین، در این مثال، زمان تخمین زده شده برای تخلیه محفظه یازده دقیقه است. این ممکن است برای کاربرد قابل قبول باشد یا طراح ممکن است بخواهد با استفاده از یک پمپ خلاء بزرگتر آن زمان را کاهش دهد

یا بدلیل اتصالات در محفظه، محصول در محفظه و یا لوله کشی از محفظه به محفظه، پمپ کندتر را در زندگی واقعی کاهش دهد. پمپ خلاء هشت یا ده فوتی. اگر طراح می خواست زمان تخلیه را کاهش دهد،

استفاده از یک پمپ خلاء 300 cfm زمان را به نصف کاهش می داد.

در شرایط واقعی، با استفاده از پمپ خلاء بزرگ‌تر، زمانی که محدودیت‌های جریان، خروج گاز از سطح، نشت و تلفات رسانایی در نظر گرفته می‌شوند، زمان تخلیه همچنان باید بهتر از ۱۱ دقیقه اولیه باشد.

محاسبه زمان خلاء با استفاده از مجموعه پمپ ترکیبی تقویت کننده Roots

یکی دیگر از گزینه های پمپاژ برای تخلیه حجم های زیاد، افزودن یک پمپ تقویت کننده خلاء به پمپ چرخشی مکانیکی است.

ترکیب این دو پمپ خلاء به دو دلیل بسیار خوب عمل می کند. پمپ تقویت کننده خلاء (اغلب دمنده نامیده می شود) سرعت پمپاژ بسیار بالایی در اطراف سطح خلاء دارد.

که در آن بخار آب از سطوح سیستم خارج می شود همچنین فشار محفظه را تا حدود یک دهه کاهش می دهد.

برای تخلیه محفظه های خلاء، یک پمپ تقویت کننده Roots به یک پمپ پشتی مکانیکی نیاز دارد. متوسط ​​نسبت فشرده سازی بوستر Roots به تنهایی حدود 20:1 است. این برای ایجاد فشار کم در محفظه به تنهایی کارآمد نیست.

760 Torr تقسیم بر ضریب 20 فقط فشاری در حدود 38 Tor ایجاد می کند. ترکیبی از دو طرح پمپ ایده آل است زیرا تقویت کننده Roots سرعت پمپاژ بسیار بالایی دارد و پمپ مکانیکی روغن بند شده دارای نسبت تراکم بالایی است.

(پمپ های پره ای دو مرحله ای مهر و موم شده روغن دارای نسبت تراکم 50000/1 یا بالاتر هستند) این ترکیب اجازه می دهد تا زمان تخلیه سریع و فشار کافی کم ایجاد شود

و انتشار روغن یا سایر پمپ های ثانویه بتوانند با خیال راحت شروع به کار کنند.

نمودار سرعت پمپاژ در برابر فشار برای یک بوستر پمپ خلاء منحنی صافی نیست. گراف از سازنده ای به سازنده دیگر متفاوت است، حتی اگر طراحی پمپ بر اساس طرح اصلی Roots باشد.

منحنی سرعت پمپ شبیه منحنی زنگوله‌ای است و از زمان راه‌اندازی به اوج می‌رسد و سپس با کاهش فشار کاهش می‌یابد. (شکل 3)

این پمپ ها در تخلیه حجم های زیاد استفاده می شوند زیرا بالاترین سرعت پمپاژ خود را بین حدود 50 تا 0.01 تور دارند. همانطور که در بالا گفته شد، این جایی است که بیشتر بخار آب سطحی محفظه تکامل می‌یابد

و برای پمپ کردن آن از سیستم به سرعت پمپاژ بالایی نیاز دارد. فشار بخار آب در دمای اتاق حدود 18 Torr است، بنابراین محدوده 50 تا 0.01 Torr آن منطقه را به خوبی پوشش می دهد.

از آنجایی که وظیفه اصلی تقویت کننده خلاء روتز یا روتس بلوئر تخلیه این بخار آب است، اندازه موتور الکتریکی به گونه ای است که حجم کار مورد نیاز را در آن ناحیه تحت فشار نیز تحمل کند.

این بدان معنی است که بوستر پمپ خلاء تا زمانی که فشار محفظه به اندازه کافی کاهش نیافته است راه اندازی نمی شود که موتور الکتریکی بیش از حد بارگذاری نشود.

حصول اطمینان از اینکه موتور بوستر در هنگام پمپاژ در فشارهای بالاتر بار بیش از حد نداشته باشد به سه روش انجام می شود.

1. با استفاده از یک سوئیچ فشار که بوستر پمپ را با فشار صحیح راه‌اندازی می‌کند

2. با داشتن یک دریچه بای پس فنری برای چرخش مجدد گاز و

3. گنجاندن یک کوپلینگ سیال در درایو که در فشارهای بالاتر می‌لغزد.

با توجه به شکل منحنی بوستر پمپ، از روش متفاوتی برای محاسبه زمان تخلیه استفاده می شود. این فرمول عبارت است از:

T = 2.3 ( V / S ) log ₁₀ ( P1 / P2 )

جایی که T زمان، V حجم، S سرعت پمپاژ و P فشار است. مجدداً واحدهای مورد استفاده باید سازگار باشند.

در این حالت، چون سرعت پمپاژ متفاوت است، باید زمان لازم برای هر دهه فشار در منحنی را محاسبه کنیم. این فرمول را بسیار ساده می کند زیرا log ₁₀ (P1 / P2) تبدیل به 1 می شود. (هر P1/P2 = 10 و log ₁₀ (10) = 1)

T = 2.3 (V/S) در هر دهه باقی می ماند. می توانیم یک سرعت متوسط ​​در هر دهه را از یک منحنی سرعت پمپاژ تقویت کننده انتخاب کنیم.

زمان هر دهه را که باید لحاظ کنیم را محاسبه کرده و سپس آنها را جمع کنید.

توجه: شکل 4 منحنی سرعت واقعی پمپ در مثال 2 نیست، بلکه فقط برای نشان دادن عدد اعشار فشار است.

مثال 2.

با در نظر گرفتن همان حجم محفظه، 150 فوت مکعب، مانند مثال 1، بیایید ببینیم زمان تخلیه چگونه مقایسه می شود.

با استفاده از منحنی بالا در شکل 3 برای ترکیب تقویت کننده E2M40/EH500، میانگین سرعت پمپ تخمین زده شده برای چهار دهه مورد نیاز است، تا 0.1 Torr. (در مثال 1 0.1 mbar بود اما اختلاف زمانی کم خواهد بود)

متوسط ​​سرعت پمپاژ تخمین زده شده برای چهار دهه با شروع فشار اتمسفر در سمت راست نمودار (شکل 3) برای مجموعه پمپ E2M40/EH500 S1 = 30، S2 = 60، S3 = 180 و S4 = 230 است.

با استفاده از سرعت S1 30 cfm، T1 = 2.3 (150 / 30) = 11.5 دقیقه. محاسبه برای S2، S3 و S4 به نوبه خود T2 = 5.75 دقیقه، T3 = 1.92 دقیقه و T4 = 1.5 دقیقه به دست می دهد.

با جمع کردن T1، T2، T3 و T4 زمان تخلیه کلی حدود 20.67 دقیقه بدست می آید. این تقریباً دو برابر بیشتر از مثال 1 است، بنابراین این مجموعه پمپ ممکن است بهترین انتخاب برای این کاربرد نباشد.

یک گزینه برای بهبود این مجموعه پمپ ممکن است بزرگتر کردن پمپ پشتی باشد، یعنی E2M80. بیشتر زمان تخلیه در دو دهه اول انجام می شود که در آن S1 فقط پمپ پره ای دوار است و S2 نشان میدهد

که تقویت کننده Roots با بالاترین سرعت خود شروع به پمپاژ نکرده است. با استفاده از پمپ پشتی بزرگتر می توان حدود 7 دقیقه صرفه جویی کرد.

خلاصه محاسبه زمان خلاء

این مقاله نشان می‌دهد که این دو فرمول ساده را می‌توان با موفقیت برای محاسبه زمان خلاء یک محفظه خلاء و لوله‌های مربوطه استفاده کرد که به طراح اجازه می‌دهد تا ترکیب‌های مختلف پمپ خلاء را مقایسه کند.

(لطفاً ببخشید که هر دو واحد اندازه‌گیری خلاء mbar و Torr در نمودارها استفاده شده‌اند، اما اینها تنها نمودارهای موجود بودند. برای برآورد آن فقط نتایج را چند ثانیه تغییر می‌دهد.)

تنظیم واقعی محفظه معمولاً پیچیده‌تر از فرض یک مخزن خالی است، بنابراین ممکن است محاسبات دقیق‌تری مورد نیاز باشد که تلفات رسانایی در محفظه و لوله‌کشی را در نظر بگیرد.

این محاسبه اغلب برای انتخاب اندازه صحیح برای خط لوله خشن گنجانده میشود. اگر قطر خط لوله زبر خیلی کم باشد، سرعت پمپاژ موثر در محفظه می تواند بسیار کمتر از سرعت پمپاژ واقعی در ورودی پمپ به دلیل تلفات رسانایی باشد.

آخرین نظر این است که برای بسیاری از شرکت ها، تیم طراحی تجربه قبلی دارد که به آنها اجازه می دهد پیکربندی سیستم پیشنهادی را با سیستم های قبلی مقایسه کنند.