پمپ خلاء یا وکیوم پمپ Vacuum Pump
پمپ خلاء یا وکیوم پمپ Vacuum Pump دستگاهی است مکنده و خلاء ساز که توسط آن می‌توان گازها و بخارات داخل یک محفظه را تخلیه و خلاء نسبی ایجاد کرد. بطور کلی پمپ‌های خلاء از دو روش زیر برای پمپاژ سیال استفاده می‌کنند.
• تراکم
• چگالش
در عمل تراکم، اساس کار پپمپ خلاء یا وکیوم پمپ Vacuum Pump حرکت جابجایی یا انتقال ضربه می‌باشد. در این روش، ذرات گاز در طول یک یا چندین مرحله، متراکم سازی شده و سپس پمپاژ می‌شوند.
در عمل چگالش، اساس کار پمپ خلاء یا وکیوم پمپ Vacuum Pump به تله انداختن گاز می‌باشد. در این روش، ذرات گاز چگالیده شده و یا به شکلی (مثلا شیمیایی) به سطح یک جامد مقید می‌شوند.
با توجه به دو روش ذکر شده در بالا عملکرد پمپ خلاء یا وکیوم پمپ Vacuum Pump را در پنج دسته زیر طبقه بندی می‌کنند:
· پمپ خلاء یا وکیوم پمپ Vacuum Pump که به تناوب عمل افزایش و کاهش حجم محفظه پمپ را انجام می‌دهند و با حرکت جابجایی، ذرات گاز را متراکم کرده و به محیط بیرون هدایت می‌کنند. نظیر پمپ‌های دورانی (Rotary Pump)
· پمپ خلاء یا وکیوم پمپ Vacuum Pump که ذرات گاز را از مکان‌های کم فشار به سمت مکان‌های پر فشار انتقال می‌دهند بدون آنکه حجم محفظه پمپ را تغییر دهند. نظیر پمپ‌های توربو مولکولی (Turbomolecular Pump)
· پمپ خلاء یا وکیوم پمپ Vacuum Pump که ذرات گاز را به داخل یک جت (توده متراکم از) بخار سرعت بالا انتشار می‌دهند. نظیر پمپ‌های بخار (Vapor Jet)
· پمپ خلاء یا وکیوم پمپ Vacuum Pump که بخارات را بوسیله میعان آنها، و گازهای پایدار را بوسیله چگالش آنها در دمای بسیار پایین پمپ می‌کنند. نظیر پمپ‌های برودتی (Cryo Pump).
· پمپ خلاء یا وکیوم پمپ Vacuum Pump که گازها را با جذب سطحی یا حجمی به سطوحی که ذاتا عاری از هر نوع گاز می‌باشند، ترکیب می‌کنند.
انواع پمپ خلاء یا وکیوم پمپ Vacuum Pump
انواع گوناگون و گسترده‌ای از پمپ خلاء به منظور کارکرد‌های مختلف توسط سازندگان طراحی و تولید گردیده است که می‌توانند بصورت خشک و یا روغن کاری شونده کار کنند. از جمله فاکتورهای مهم برای انتخاب پمپ خلاء می‌توان به آهنگ پمپاژ پمپ، و خلاء نهایی قابل دسترس توسط پمپ اشاه کرد. این ویژگی‌ها معمولا در یک نمودار که به نمودار عملکرد پمپ معروف است نشان داده می‌شوند.
بر خلاف اجکتورها، پمپ خلاء دارای قسمت‌های متحرک می‌باشند، لذا هزینه اولیه و تعمیر و نگهداری آنها بیشتر می‌باشد. از جمله مزایای آنها می‌توان به قابلیت عملیات کاملا اتوماتیک، عدم اختلاط سیال فرایندی با سیال مکش شده، سرعت عملیاتی بسیار بالا، عدم تاثیر گذاری شرایط بخار بر روی سیستم پمپ، و امکان راه اندازی در صورت نبود بخار اشاره کرد. در شکل زیر انواع پمپ‌های خلاء نشان داده شده است.
در ادامه ی مبحث، برخی از انواع مهم پمپ‌های خلاء معرفی می‌گردد:
پمپ خلاء یا وکیوم پمپ Vacuum Pump دیافراگمی (Diaphragm Vacuum Pump)
این نوع پمپ خلاء یا وکیوم پمپ Vacuum Pump جزو دسته پمپ‌های تراکمی (جابجایی مثبت) خشک می‌باشد که می‌تواند بصورت تک مرحله‌ای و یا چند مرحله‌ای (تا چهار مرحله) بکار گرفته شود. دیافراگم و دریچه‌ها تنها قسمت‌هایی هستند که با سیال پمپ شونده تماس دارند لذا این پمپ برای کاربردهای خلاء در آزمایشگاه‌های شیمی مناسب است. از جمله کاربردهای دیگر آن می‌توان به استفاده در سیستم‌های اندازه گیری شامل اسپکترومتر جرمی و نشتی یاب‌ها، و قرار گرفتن به عنوان پشتیبان پمپ توربو مولکولی اشاره کرد. از جمله ویژگی‌های این پمپ می‌توان به سرعت پمپاژ نسبتا پایین، صرفه جویی بسیار زیاد در هزینه، و عدم تولید فاضلاب مضر محیط زیستی اشاره کرد.
پمپ خلاء یا وکیوم پمپ Vacuum Pump دیافراگمی دارای فضای مرده یا راکد (Dead Space) می‌باشد که برخی ذرات گاز در آنجا نمی‌توانند به سمت خروجی حرکت کنند.
در اینجا لازم است که تعریف نرخ متراکم سازی ارائه گردد، نرخ متراکم سازی عبارت است از نسبت فشار دهانه خروجی پمپ به فشار ورودی پمپ پمپ خلاء دیافراگمی توانایی رسیدن به نرخ متراکم سازی بیشتر از نسبت فضای راکد به ماکزیمم حجم پمپاژ را ندارد. بنابراین این پمپ فشار نهایی پایینی را فراهم می‌کند و به همین خاطر به عنوان پشتیبان بکار گرفته می‌شود.
پمپ خلاء رینگ مایع (Liquid Ring Vacuum Pump)
این نوع پمپ خلاء یا وکیوم پمپ Vacuum Pump جزو دسته پمپ‌های دورانی درزگیری شده با مایع می‌باشد. در حقیقت پمپ رینگ مایع یک نوع از پمپ‌های دورانی جابجایی مثبت می‌باشد و به مایعی نیاز دارد که در طول عمليات پمپاژ گاز، در پمپ بچرخد. در این پمپ یک چرخ تیغه‌ای در یک فضای استوانه‌ای قرار گرفته است و هنگامی که پمپ کار نمی‌کند می‌بایست تقریبا نیمی از پمپ توسط مایع مورد نظر پر شده باشد. از جمله وظایف مایع می‌توان به متراکم سازی، گرفتن گرمای تولید شده از فرایند متراکم سازی، چگالش و جذبه مایعات و بخارات، و ایجاد درزگیری خلاء میان چرخ تیغه‌ای و محفظه پمپاژ اشاره کرد. از جمله کاربردهای این پمپ می‌توان به پمپاژ گازهای دارای مقادیر کم مایع، پمپاژ گازهای دارای محتویات چگالش پذیر، پمپاژ هوایی که با بخار آب اشباع شده، و تخلیه توربین بخار در نیروگاه برق اشاره کرد. از جمله ویژگی‌های این پمپ می‌توان به طراحی ساده، و عدم حساسیت به آلودگی‌های جریان گازی پمپ شونده اشاره کرد.
در پمپ خلاء رینگ مایع، فشار نهایی قابل دستیابی، در محدوده بین فشار اتمسفر و فشار بخار مایعی است که از آن در پمپ استفاده می‌شود. برای آب در دمای ۱۵ درجه سانتیگراد رسیدن تا فشار ۳۳ میلی بار مقدور است.
پمپ خلاء دورانی تیغه‌ای (Rotary Vane Vacuumn Pump)
این نوع پمپ خلاء یا وکیوم پمپ Vacuum Pump جزو دسته پمپ‌های دورانی روغن بندی شده است که متعلق به گروه پمپ‌های دورانی جابجایی مثبت روغنی می‌باشد و می‌تواند بصورت تک مرحله‌ای و یا دو مرحله‌ای بکار گرفته شود. این پمپ در دماهای محیط پایین به روغن رقیق نیاز دارد. پمپ خلاء دورانی تیغه‌ای در نمونه‌های مختلف برای کاربردهای متفاوت نظیر فشار ورودی بالا، فشار نهایی پایین، و استفاده در صنعت نیمه هادی‌ها طراحی و تولید می‌گردد. مدل خاصی از این نوع پمپ دارای دریچه اطمینانی به نام Anti - Suckback می‌باشد که برای جلوگیری از ورود روغن به محفظه در زمانی که پمپ بطور ناگهانی متوقف و خاموش می‌شود بکار می‌رود. مدل‌های دیگر آن دارای سه تیغه با زاویه ۱۲۰ درجه و یا دو تیغه با زاویه ۱۸۰ درجه می‌باشند.
از جمله وظایف روغن می‌توان به درزگیری خلاء، پر کردن فضای راکد و شکاف‌ها، و روان کنندگی اشاره کرد. کم بودن روغن و یا بدون روغن ماندن پمپ باعث بروز مشکلات جدی می‌شود و عملکرد پمپ را مختل می‌نماید. باید توجه داشت که کم بودن روغن باعث کاهش فشار نهایی نمی‌شود. توسط پمپ‌های دو مرحله‌ای می‌توان به فشار کاری و فشار نهایی پایین تری در مقایسه با پمپ خلاء تک مرحله‌ای دست یافت. زیرا در پمپ تک مرحله ای، روغن بطور اجتناب ناپذیر با اتمسفر در تماس است، لذا گازهایی از آنجا گرفته می‌شوند و بصورت جزئی به سمت محفظه خلاء فرار می‌کنند که این امر باعث بالا رفتن فشار نهایی می‌شود. اما در پمپ دو مرحله ای، فشار نهایی در محدوده بین خلاء بالا و خلاء متوسط قرار می‌گیرد.
گاهی اوقات در بسیاری از فرایندهای خلاء برای بازدهی بهتر، از ترکیب دو نوع پمپ خلاء یا وکیوم پمپ Vacuum Pump استفاده می‌شود. برای مثال می‌توان به ترکیب یک پمپ دورانی روتس با پمپ دورانی پلانجر تک مرحله‌ای اشاره کرد.
