پمپ خلا (وکیوم)

معرفی پمپ خلا آزمایشگاهی

برای معرفی پمپ خلا آزمایشگاهی ابتدا لازم است تا با مفهوم وکیوم یا خلاء آشنا شویم. وکیوم یا خلاء به محیطی گفته می شود که خالی از ماده باشد و هیچ مولکولی( حتی مولکول های هوا که عامل تولید کننده فشار هستند) در آن وجود نداشته باشد.

این یک تعریف ایده آل از خلاء کامل است، اما در واقعیت ایجاد چنین محیطی غیر ممکن خواهد بود زیرا همیشه تعدادی مولکول هوا باقی خواهند ماند. اما رسیدن به فشار های بسیار پایین دور از واقعیت نیست، بنابراین می توان محیط های خلاء را بر اساس میزان فشار هوا به چهار گروه اصلی طبقه بندی نمود:

1- وکیوم پایین (Rough Vacuum)

۱تا ۱۰۰۰ میلی بار

2- وکیوم متوسط (Medium Vacuum)

۰.۰۰۱ تا ۱ میلی بار

3- وکیوم بالا (High Vacuum)

۰.۰۰۰۰۰۰۱ تا ۰.۰۰۱ میلی بار

4- وکیوم فوق بالا  (Ultra High vacuum)

۰.۰۰۰۰۰۰۰۰۰۱ تا ۰.۰۰۰۰۰۰۱ میلی بار

اصطلاحات دیگری مانند فشار منفی یا فشار کم نیز برای بیان حالات فوق مورد استفاده قرار می گیرند که نشان دهنده مفهوم یکسانی برای وکیوم هستند.

برای ایجاد وکیوم در حجمی معین از پمپ وکیوم استفاده می شود . پمپ وکیوم در اکثر صنایع مانند صنایع غذایی، دارویی، شیمیایی، کاغذ، چاپ، لاستیک، پلاستیک، آب و فاضلاب، شیمی، زیست شناسی و آزمایشگاه پزشکی، عایق کاری، قطعات داخلی خودرو، ریخته گری، جواهر سازی، سیمان، معدن، لامپ سازی، شیشه سازی، شیردوشی، پرورش ماهی و میگو های تک ، اپتیک و… استفاده می شود.

انواع پمپ خلا آزمایشگاهی و عملکرد آن ها

در انتخاب یک پمپ خلاء مناسب بایستی با توجه به هدف استفاده از آن میزان و شدت مکش، و فشار ایجاد شونده توسط آن را در نظر گرفت. همچنین بایستی توجه داشت که از چه موادی در ارتباط با این پمپ استفاده خواهد شد، زیرا میزان تبخیر مواد شیمیایی در محیط هایی با فشار گوناگون، متفاوت خواهد بود.پمپ های خلاء را می توان به چند روش تقسیم بندی نمود، که در ادامه به آن ها می پردازیم.

• پمپ خلاء آبی: این نوع پمپ ها برای خنک کردن موتور و ایجاد خلاء از آب استفاده می کنند و در واقع عنصر اصلی در مکانیزم کار این پمپ ها آب است. به زبان ساده آب درون این پمپ ها باعث چرخش پره های دستگاه می شود که این چرخش ایجاد مکش کرده و در نهایت به ایجاد خلاء می انجامد. از مزایای متعدد پمپ های آبی می توان به کاربرد آن ها در صنایع بزرگ و هزینه نگهداری پایین آن ها اشاره نمود. پمپ خلاء آبی از لحاظ میزان خلاء تولیدی به دو دسته تقسیم بندی می شوند که اولین دسته از آن ها توانایی ایجاد خلاء تا فشار 80 میلی بار را دارد. این نوع از پمپ های آبی تنها یک پروانه داشته و توانایی مکش هوا را از 10 تا 200 هزار متر مکعب را دارند . دسته دوم پمپ های خلاء آب در گردش قابلیت ایجاد خلاء تا 30 میلی بار را دارند و بر خلاف دسته اول دارای دو پروانه می باشد که قطعاً این مزیت باعث می شود که این نوع از پمپ ها با سرعت بیشتری نسبت به نوع قبلی به خلاء دست پیدا کنند.

برای عملکرد ایده آل این نوع پمپ ها دمای گاز یا هوای ورودی °C 20، فشار محیط 760mmhg  و دمـای آب ورودی به پمپ°C 15 یا کمتر می باشد. در صورت تغییر شرایط مذکور به خصوص دما و آب ورودی و نیز بخار حاصل از مکش مواد در حال تبخیر در محیط خلاء،  ظرفیت پمپ کاملا تحت تأثیر قرار گرفته و کاهش می یابد. در این صورت بایستی شرایط آب ورودی اصلاح و برای تخلیه بخار ها، از پمپ وکیوم با ظرفیت بالاتری استفاده شود.

• پمپ خلاء روغنی: این پمپ ها از قدیمی ترین انواع پمپ های خلاء می با شند و برای خنک کردن موتور و عایق بندی درز ها از روغن استفاده می کنند. و امکان ایجاد خلاء با فشار تقریبی 0.001 میلی بار را دارند. این میزان به نسبت پمپ های خلاء خشک آزمایشگاهی که معمولا فشار را تا 0.1 میلی بار کاهش می دهند، خلاء قوی تری است.این درجه از خلاء بیشتر در خشک کن های فریزری، عملیات تقطیر مولکولی و صنایع کاربرد دارد. از پر کاربرد ترین انواع پمپ های روغنی، پمپ پره چرخشی (Rotary Vane Pump) هستند.از این پمپ ها تنها در رابطه با فرآیند های تبخیر ، فیلتراسیون و خشک کردن به کار می روند، که توسط پمپ های دیافراگمی ( پمپ های خلاء خشک با قدرت کمتر) پشتیبانی نمی شوند . این نوع پمپ به خصوص برای تبخیر حلال های با نقطه ی جوش بالا با دما هایی در سطح دمای محیط یا پایین تر از آن مفید است . گرچه ، زمانی که پمپ برای تبخیر یا تصعید استفاده می شود ، روغن با بخار آلوده می شود . روغن بنابراین بایستی به شکل منظم برای حفاظت در برابر آسیب به پمپ تعویض شود و تله ی سرد با یخ خشک یا نیتروژن مایع خنک شود که نصب تله ی سرد بایستی به منظور محدود سازی آلودگی با روغن و حفاظت از پمپ باشد .

• پمپ خلاء خشک: در طول چند دهه اخیر، در آزمایشگاه ها و در شرایطی که به خلاء هایی با فشار بسیار پایین( همچون خلاء های ایجاد شده توسط پمپ های روغنی ) نیاز نیست، از پمپ های خشک برای ایجاد خلاء هایی با فشار به نسبت بالاتر از سایر انواع استفاده می شود.از جمله مزایای استفاده از چنین پمپ هایی، عدم نیاز به تعویض روغن ، نبود ریسک آلودگی روغن با گاز های تولید شده و در نتیجه کاهش هزینه های نگهداری است. از دیگر ویژگی های پمپ وکیوم خشک می توان به حجم کم، بدون صدا و بدون لرزش بودن، اصطحلاک پایین، ایمنی بالا، تعمیر و نگهداری آسان و مصرف برق کم آن ها اشاره کرد. نحوه عملکرد این پمپ به صورتی است که در یک طرف پره های گرافیتی روتور،عملیات مکش و ایجاد خلاء را انجام می دهند و با چرخش روتور از طرف دیگر عملیات خروج هوا صورت می گیرد . از انواع پمپ های وکیوم خشک می توان به انواع زیر اشاره کرد:

• پمپ های دیافراگمی

 انواعی از پمپ های خشک هستند که در برابر بخارات خورنده مقاومت ندارند و خلاء ضعیفی ایجاد می کنند. در صورتی که این پمپ ها در ارتباط با مواد خورنده مورد استفاده قرار می گیرند بایستی مجاری آن ها ساخته شده از فلوروپلیمر باشد و این امر باعث افزایش چشمگیری در قیمت دستگاه خواهد شد. از آنجا که از این نوع پمپ ها بیشتر برای تبخیر مواد شیمیایی استفاده می شود، برای جلوگیری از انتشار بخارات خروجی از اگزوز آن ها می توان یک داکت خروجی مجزا برای آن ها تعبیه نمود.

از این نوع پمپ ها می توان به صورت هیبریدی در ترکیب با پمپ های روغنی نیز استفاده نمود. این ترکیب باعث می شود تا علاوه بر ایجاد خلاء بیشتر، میزان آلودگی روغن نیز کمتر شده و تعویض روغن در فواصل بیشتری صورت پذیرد.

• وکیوم خشک ونتوری(ساید چنل) Ventory (side channel)

پروانه این پمپ ها به گونه ای طراحی شده است که با چرخش سریع و با دور بالا (3000RPM) باعث ایجاد یک گرداب هوایی شده و از یک سو مکش و از طرف دیگر خروج هوا را انجام می دهد. این پمپ می تواند دارای یک یا چند پروانه چرخنده باشد. هرچه تعداد پروانه ها بیشتر باشد، خلاء ایجاد شده قوی تر خواهد بود.

• وکیوم خشک تیغه گرافیتی (کربنی)

پروانه های چرخشی این پمپ ها مشابه پروانه های پمپ های روغنی هستند با این تفاوت که جنس تیغه های این دستگاه گرافیتی است. اندازه این پمپ ها کوچک و خلاء ایجاد شده توسط آن ها نسبتا خفیف تر است. همچنین عمر تیغه های این نوع پمپ ها حدودا یک سال است و بایستی پس از عمر مفید، آن ها را تعویض نمود.

• وکیوم خشک دو محوره یا Booster Vacuum

پمپ خشک دو محوره همان اسکرو پمپ ها هستند ، عملکرد این پمپ ها مثل اسکرو کمپرسورها بوده و در دهانه ورودی می تواند خلاءای تا ۰٫۰۰۱ میلی بار داشته باشد. بوستر وکیوم ها هیچکدام به تنهایی قادر به ایجاد خلاء نیستند، حتما باید یک پمپ پشتیبان به خروجی آن ها لینک شود تا بتوانند خلاء قابل قبولی ایجاد کنند. بنابراین معمولا از آن ها به صورت سری در کنار پمپ های آبی یا روغنی استفاده شده تا کیفیت خلاء را ارتقا بخشند.

• پمپ های اسکرول

 این نوع پمپ های خشک دارای دو پره هستند که در خلاف جهت یکدیگر حر کت می کنند و اینگونه هوا را از سمت ورودی به سمت خروجی هدایت می کنند. هر پروانه دارای یک پوشش است که باعث می شود هوا  از یک محفظه معین توانایی عبور داشته باشد. این پوشش ها مانند فیلتر عمل می کنند و بایستی پس از تمام شدن عمر مفید، تعویض شوند. این پمپ ها سرعت بالا و صدای کمی دارند و خلاء تولید شده توسط آن ها حدود 0.001 میلی بار است. از این پمپ ها برای هود های کلاس3( گلاو باکس ها) بسیار استفاده می شود.

منبع : رویان ایران | بزرگترین مرجع تخصصی تجهیزات آزمایشگاهی کشور