Martin Kormunda

Přednáška 6

Vývěvy s pracovní komorou: pístové, s valivým pístem, olejové a suché rotační vývěvy, šroubové

vývěvy.

Martin Kormunda

Vývěvy● Základní rozdělení:

● transportní – přenášejí molekuly od vstupního hrdla k výstupnímu (výfukovému) hrdlu

● sorpční – molekuly uschovávají uvnitř (nemají výfukové hrdlo)

Martin Kormunda

Transportní vývěvy - mechanické● nejjednodušší řešení – s pracovní komorou

měnícího se objemu pomocí pohyblivého pístu● Pístová vývěva – historická konstrukce dnes se

nepoužívá – ale funguje i s dřevěným pístem

Martin Kormunda

Pístová vývěva

● Zpětný proud● škodlivý prostor v horní části● netěsnosti – píst, ventily (olej)

● Nízká čerpací rychlost● pohyb pístu se nedá příliš zrychlit

– jak nahradit pohyb pístu?

wikipediahttp://www.lesker.com/newweb/Vacuum_Pumps/vacuumpumps_technicalnotes_1.cfm

Martin Kormunda

Rotační olejový vývěva● kmitavý pohyb pístu nahrazen rotačním

pohybem● nejčastější konstrukce s křídly (lopatkami)● problematické je místo dotyku lopatek se

statorem● excentrický rotor● 3 oblasti

http://en.wikipedia.org/wiki/Rotary_vane_pump

Martin Kormunda

Rotační olejový vývěva

1 stator2 rotor3 křídla4 pružina

otáčky300 – 1500 min-1

čerpací rychlost do 100 m3/hod

Martin Kormunda

Rotační olejový vývěva

Oblast nasávací● oblast se zvětšuje, nasává (modrá)Oblast transportní● přenos k výfuku (zeleně)Oblast kompresní● plyn se stlačuje až se vyfoukne výfukem

(červeně)

Martin Kormunda

Rotační vývěva - čerpací rychlost

http://www.ulvac.com/vacuum/download/en01_026.pdf

Martin Kormunda

Rotační olejová vývěva

Zpětný tok- čerpaný plyn prochází netěsnostmi mezi sacím a výfukovým hrdlem, kritické je místo styku rotoru a statoru- olejové páry – olej se intenzivně vypařuje – teplota pumpy bývá dost vysoká až 90 oC

Mezní tlak celkový cca několik Pa

Martin Kormunda

Olej ve vývěvě● těsní● maže● chladí lopatkyOlej je velice důležitý, nutné kontrolovat množství a kvalitu (barvu) a měnit ho.Vývěva olej neustále také přečerpává.Pozor olejové spaliny jsou karcinogenní! Buď filtr nebo vývod ven.Existují různé oleje pro čerpání různých par a plynů.

Martin Kormunda

Jak snížit zpětný tok olejových par● dnes jsou jen 2 stupňové r. vývěvy na společné

hřídeli – co 1. vyfukuje, to 2. nasává● 2. stupeň je menší, protože pracuje už se

stlačeným plynem

Martin Kormunda

Dvojstupňové - vlastnosti● čerpací rychlost se nemění, ale klesne zpětný

tok čerpaného plynu (vzduchu)● mezní tlak tedy klesna podle druhu oleje na 0.5

Pa (olej minerální) až 0.05 Pa (olej DC705 - silikonový)

Martin Kormunda

Vodní pára

● nasycený tlak vodních par je při teplotě 80 oC cca 470 mbar

● po dosažení tohoto parciálního tlaku pak páry kapalní

● tlak ve vývěvě při výfuku je cca 1 bar● takže voda tvoří s olejem emulzi a dostává se s

ním i do prvního stupně a zvyšuje zpětný tok do vak. systému

● řešení – gazbalast

Martin Kormunda

Co je gazbalast● ventil k připuštění malého množství vzduchu● tak stoupne tlak ve výfukové komoře vývěvy a

ventil se otevře dříve než parciální tlak vodní páry dosáhne tlaku nutného pro kondenzaci

● Ale trošku to zhorší mezní tlak – viz diagram dříve a sníží čerpací rychlost

Martin Kormunda

Praktické problémy provozu● 3 fázový motor a směr jeho otáčení● hladina oleje a pravidelná výměna● vysoká teplota těla vývěvy je normální● po zastavení zavzdušnit, jinak vzduch vytlačí

olej do aparatury přes výfukový ventil

Martin Kormunda

Příklad - DUO 65 C ● Mezní tlak cca 0,5 Pa● Vysoká čerpací rychlost ● Přijatelné rozměry

Martin Kormunda

Rotační olejový vývěva● jiná konstrukce● s 4-hranou trubicí a rotačním pístem

Martin Kormunda

S rotačním pístem – UniDry 50SM● Vysoká čerpací rychlost● Dobrý mezní tlak ● Velké rozměry

Martin Kormunda

Scroll vývěva● Jak odstranit olejové páry bez vymrazovačky?● Snadno, uděláme vývěvu bez oleje.● Jak ale zajistit těsnění bez oleje?● Precizní výrobou aby se povrchy skoro

dotýkaly.● To je možné v posledních letech.● Design Scroll kompresoru byl navržen 1905

Leonem Creux – nefungoval z důvodu nepřesné výroby.

Martin Kormunda

Scroll pro ostatní aplikace● Design byl pro přeplňování motoru a ne pro

vytváření vakuu u leteckých motorů● 1980 aplikace na WV MK2 Polo GT G40 pod

názvem G-Lander, potom dostupný pro Corrado, Golf a Passat

Martin Kormunda

Jak to funguje?● Pumpa vytváří mezi dvěma povrchy transportní

prostor, který se zmenšuje – komprese● Nakonec je stlačený vzduch vyfouknut● Tvar ploch může být Archimédova spirále

případně nějaká její variace

Martin Kormunda

Scroll vývěva● Animace funkce

http://www.youtube.com/watch?v=s3xulCRrjos● Suchá šneková vývěva je ideální pro čisté a

bezolejové aplikace. Velmi dobře se hodí k předčerpávání turbomolekulárních vývěv (klasických i hybridních), k evakuování vkládacích zařízení, předčerpávání vakuových systémů s velkým tokem čerpaných plynů.

http://www.youtube.com/watch?v=s3xulCRrjos

Martin Kormunda

Scroll vývěva - vlastnosti● Například Agilent SH-110 – 90l/min● Mezní tlak cca 0,6 Pa● Pozor čerpané médium nesmí obsahovat

částice

Průběh čerpací rychlosti podobný rotační vývěvě – může ji nahradit.

Martin Kormunda

Pístová bezolejový vývěva● Existuje, problém se třením řešen použitím

Teflonu – kluzné povrchy● Musí být více stupňová● Pro spíše měřící přístroje● Například: Pfeiffer XtraDry

Martin Kormunda

Princip funkce● http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/da/DiaphragmPump.gif●

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/da/DiaphragmPump.gif

Martin Kormunda

Vlastnosti● Mezní tlak desítky Pa● Snadná údržba – písty lze vyměnit za 30 minut

Martin Kormunda

Nahrazení pohyblivých pístů a bez těsnění

● Ano, nahradíme tenkou ohebnou membránou● Membránová vývěva – častá pro laboratorní

aplikace (i membrána se opotřebuje)● Obvykle 2 stupňová● Např. Pfeiffer MVP 020

Martin Kormunda

Membránová vývěva - vlastnosti● Mezní tlak desítky Pa● Poměrně malá čerpací rychlost

Martin Kormunda

Šroubová vývěva● Pracuje na principu posunu plynu po šroubu● Starý princip - Archimédes (3. st. přnl)

(Philadelphia: J. B. Lippincott Company, 1875

Martin Kormunda

Principiální realizace

Martin Kormunda

Šroubová vývěva● Vysoká čerpací rychlost s vnitřní kompresí p.● Dobrý mezní tlak● Velké rozměry Hepta 200 délka 165 cm

Martin Kormunda

Další program● ukázka vývěv v laboratoři

Martin Kormunda

Literatura● Katalogy výrobců● Kurzy viz např.

http://lpc1.clpccd.cc.ca.us/lpc/tswain/Lectures.htm●

http://lpc1.clpccd.cc.ca.us/lpc/tswain/Lectures.htm

Slide 1Slide 2Slide 3Slide 4Slide 5Slide 6Slide 7Slide 8Slide 9Slide 10Slide 11Slide 12Slide 13Slide 14Slide 15Slide 16Slide 17Slide 18Slide 19Slide 20Slide 21Slide 22Slide 23Slide 24Slide 25Slide 26Slide 27Slide 28Slide 29Slide 30Slide 31Slide 32Slide 33