O pompă turbomoleculară este un tip de pompă de vid utilizată pentru a crea și menține un vid ridicat. Acțiunea unei pompe turbomoleculare se bazează pe conferirea unei viteze suplimentare moleculelor de gaz pompat în direcția de pompare de către un rotor rotativ. Rotorul este format dintr-un sistem de discuri. Vidul creat de pompa turbomoleculară este de la 10 −2 Pa la 10 −8 Pa (10 −10 mbar; 7,5 −11 mm Hg). Viteza de rotație a rotorului este de zeci de mii de rotații pe minut. Necesită o pompă frontală pentru a funcționa .
Pompele turbomoleculare (TMP) fac posibilă obținerea de vid mediu, ridicat și ultra-înalt cu gaze reziduale a căror greutate moleculară este mai mică de 44.
TMP este un compresor axial cu mai multe trepte, ale cărui trepte rotorului și statorului sunt echipate cu canale înclinate plate de-a lungul razei palelor. Când treptele rotorului se rotesc cu viteză mare, moleculele de gaz sunt pompate din cauza probabilității lor diferite de a trece prin canalele înclinate ale treptelor în direcțiile înainte și invers.
TMP este proiectat să funcționeze în condițiile regimului molecular al fluxului de gaz. Pentru a asigura funcționarea TMP, este necesar să se asigure regimul molecular al fluxului de gaz la ieșirea din ultima sa treaptă prin orice pompă de vid preliminară (fora de vid) cu evacuare în atmosferă.
Pompa moleculară (MH) constă din trepte moleculare montate pe un singur rotor. Pentru a-i asigura operabilitatea, este posibilă utilizarea unei pompe de vid anterior (în funcție de proiectarea treptelor MH).
TMP hibrid (HTMP) conține primele etape dintr-o pompă turbomoleculară și ultimele etape dintr-o pompă moleculară. Etapele rotorului ale GTMP sunt fixate pe un arbore comun. Scopul etapelor moleculare este de a asigura funcționarea normală a ultimelor trepte ale TMP cu o creștere a presiunii la intrarea în TMP, precum și posibilitatea utilizării unor pompe de pre-vid cu o singură treaptă mai ieftine, cu un final ridicat. presiune.
Viteza de pompare este determinată de diametrul exterior al treptelor rotorului, lungimea palelor, numărul acestora, unghiul de înclinare a palelor primelor trepte și viteza de rotație. La o presiune mare la intrarea în TMP, viteza sa de acțiune depinde și de viteza de pompare a pompei de linie anterioară. Când presiunea gazului la intrarea în TMP crește, frecarea acestuia în etapele căii de curgere a TMP și puterea consumată de motorul electric cresc, mai ales când turația rotorului scade din cauza frecării gazului. Acest lucru determină o creștere a încălzirii părții de curgere a TMP, unități de rulare de rotație, o scădere a vitezei de pompare și poate duce la un accident. Prin urmare, atunci când temperatura nodurilor de rotație a rotorului crește peste o anumită valoare, motorul electric TMP este oprit folosind un senzor de temperatură instalat lângă unul dintre nodurile de rotație a rotorului. Astfel este limitat timpul de pompare al debitului maxim de gaz la intrarea TMP.
Când se atinge un vid înalt, moleculele de gaz se ciocnesc mult mai des cu pereții camerei cu vid decât între ele. Gradientul de presiune a gazului încetează să mai existe, iar acum nu va fi posibil să se îndrepte intenționat moleculele către „ieșire”, acest lucru se va întâmpla probabil. Începând din acest moment, raportul dintre suprafața ferestrelor de admisie a pompei și zona pereților camerei de vid va afecta semnificativ rata de pompare ulterioară.
Consumul nominal de putere este puterea determinată la viteza nominală de rotație a rotorului TMP. Când se obține un vid înalt, acesta este determinat de forțele de frecare din nodurile de rotație ale TMP. În timpul accelerării rotorului TMP, puterea consumată de antrenarea acestuia este maximă. De obicei, este limitat de parametrii de funcționare ai sursei de alimentare TMP.
Raportul de compresie este determinat de viteza de rotație, numărul de trepte și greutatea moleculară a gazului pompat . Este mai mare pentru gazele grele, ceea ce oferă o rezistență eficientă la pătrunderea hidrocarburilor în volumul pompat. Valoarea raportului de compresie a hidrogenului este importantă atunci când se folosește o pompă pentru a crea un vid ultra-înalt.
Presiunea reziduală limită, determinată în conformitate cu standardele Pneurop, este presiunea reziduală atinsă în sistemul pompat după 48 de ore de pompare după terminarea eliberării de gaze la încălzire. În acest caz, doar o pompă cu palete rotative în două trepte ar trebui să fie selectată ca pompă din față.
Sunt utilizate două sisteme principale de suspensie: suspensie magnetică și rulmenți ceramici. În locul rulmenților convenționali din oțel se folosesc rulmenți ceramici fără întreținere . Bilele pentru rulmenți din nitrură de siliciu sunt mai ușoare, mai dure și mai uniforme decât omologii lor din oțel. La utilizarea lor, resursa crește și nivelul vibrațiilor scade.
O creștere a fiabilității este obținută prin utilizarea diferitelor materiale în perechea bile-canelură, care împiedică formarea găurilor de suprafață. Utilizarea suspensiei magnetice crește și mai mult fiabilitatea întregului sistem. O schemă de suspensie hibridă este adesea folosită în pompe. Partea de vid înalt a pompei are lagăre magnetice la intrare și rulmenți ceramici lubrifiați cu ulei sau grăsime la ieșire.
Suspensia complet magnetică a rotorului oferă beneficii suplimentare:
Controlerul controlează acționarea pompei turbomoleculare. Pompa turbomoleculară necesită viteze mari de rotație, până la 100.000 rpm. Pentru a asigura astfel de viteze și moduri de pornire ale motoarelor de antrenare, este utilizat un controler care reglează fără probleme frecvența de la aproape zero la maxim.