터보분자 펌프는 운동진공 펌프의(kinetic vacuum pumps ) 카테고리에 속합니다. 이 펌프의 설계는 터빈 의 설계와 유사합니다. 블레이드가 있는 디스크가 있고 터빈 같은 다단계 로터가 하우징 안에서 회전합니다. 터빈 또는 압 축기의 블레이드는 총괄하여 블레이딩이라 불립니다. 유사 한 기하학을 가진 블레이드 고정자 디스크들이 로터 디스크 사이에 마주 보는 거울처럼 포개져 있습니다.
터보분자 펌프 작동 원리
로터와 회전자 블레이드로 구성된 배열의 펌핑 효과는 빠르 게 회전하는 블레이드로부터 펌팅되고 있는 기체 분자까지의 임펄스 전달에 기초를 두고 있습니다. 블레이드와 충돌하는 분자들은 그곳에 흡착되어 일정한 기간 후에도 여전히 블레 이드에 남습니다. 이 과정에서 블레이드 속도가 열 분자 속도 에 추가됩니다. 블레이드에 의해 전달되는 속도 구성 성분이 다른 분자와의 충돌로 손실되지 않도록 하기 위해서는 분자 흐름이 펌프 속에서 우세해야, 다시 말해 평균 자유 경로가 블레이드 간격보다 더 커야 합니다
운동 펌프의 경우에 기체 펌핑 시 역압이 발생하고, 이는 역 류를 유발합니다. 펌프 속도는S0 로 표시됩니다. 체적 유량율 은 압력이 증가함에 따라 감소하고, 최소 압축비 K0 에서 0의 값에 도달합니다.
압축비
K0 로 표시되는 압축비는 Gaede에 따라 측정될 수 있습니다 [25]. 다음은 시각적으로 밀도가 높은 블레이드 구조에 적용 됩니다(그림 4.22).
K0=exp(g1⋅sinα1⋅cˉv)
공식 4-8: 터보 펌프 압축비
cˉ평균 분자 속도 [m · s-1]
v 원주 속도 [m · s-1]
비는 그림 4.22에 나와 있습니다. 인수 g는 1과 3 사이입 니다[26]. 방정식에서 K0 가 블레이드 속도 v 뿐만 아니라 √M 과 함께 기하급수적으로 증가하는 것은 분명히 다음 공식 때 문입니다.
cˉ=√π⋅M8⋅R⋅T
결과적으로 질소에 대한 압축비는 예를 들어 수소에 대한 압 축비보다 훨씬 더 큽니다.
체적 유량율(펌프 속도)
펌프 속도 S0 는 유입구 영역 A 와 블레이드의 평균 원주 속도 v 즉 회전 속도에 비례합니다. 블레이드 각도 α 를 고려하면 다음 결과가 나옵니다.
S0=21⋅A⋅v⋅sinα⋅cosα=41⋅A⋅v⋅sin2α
공식 4-9: 터보 펌프 펌프 속도
플랜지의 진입 전도성
CEf=4cˉ⋅A
과 최적 블레이드 각도 45°를 모두 고려하면, 다음 공식에 따 라 무거운 기체(분자 중량 > 20)에 대한 터보 펌프의 대략적 인 유효 펌프 속도 Seff 가 산출됩니다.
Seff=S0+LEfS0⋅LEf=4⋅(cˉv+1)A⋅v
공식 4-10: 터보 펌프 유효 펌프 속도
예를 들어 맨 위 디스크의 블레이드 진입 표면으로 유효 펌프 속도를 나누고 블레이드 두께로 차단된 영역이 인수 df≈ 0.9 임을 참작하면 질소에 대한 터보 펌프의 특정 펌프 속도가 산 출됩니다(그림 4.23의 곡선).
SA=ASeff=4⋅(cˉv+1)df⋅v
공식 4-11: 특정 펌프 속도
그림 4.23의 Y 축에서 특정 펌프 속도는 l · s-1 · cm-2 으로 나타나고, 평균 블레이드 속도
v=π⋅f⋅(Ra+Ri)
는 X 축에 표시됩니다. 이 점에서 수직으로 위로 이동하여 곡선과 교차 하는 점이 펌프의 최대 특정 펌프 속도S A 를 나타냅니다. 이 값에 유입구 디스크의 블레이드 표면 영역
A=(Ra2−Ri2)⋅π
을 곱하면 펌프의 펌프 속도가 나오고, 카탈로그 정보와 비교 할 수 있습니다.
기계적 베어링 터보 펌프
전진공 측면에 오일 윤활 볼 베어링과 고진공 측면에 영구 자 기 베어링이 있는 HiPace® 터보 펌프의 경우, 다음과 같은 터보 펌프 시리즈로 구분되어 있습니다.
- ISO-K 플랜지가 있는 HiPace®: 표준 어플리케이션에서 고진공을 생성하기 위한 홀벡 단계가 있는 HiPace 터보 드래그 펌프
- CF 플랜지가 있는 HiPace®: 초고진공을 생성하기 위한 홀벡 단계가 있는 HiPace 터보 드래그 펌프
- HiPace® Plus: 자기 표규 자계가 축소되었고 진동 수준이 너무 낮은 홀벡 단계가 있는 HiPace 터보 드래그 펌프
- HiPace® P: 먼지가 함유된 어플리케이션을 위한 클래식 한 터보 펌프
활성 자기 부상 터보 펌프
이 펌프들 역시 다음과 같이 사용 가능합니다.
- ISO-K 또는 ISO-F 플랜지가 있는 HiPace® M: 표준 어플 리케이션에서 고진공을 생성하기 위한 홀벡 단계가 있는 HiPace 터보 드래그 펌프
- CF 플랜지가 있는 HiPace® M: 초고진공을 생성하기 위 한 홀벡 단계가 있는 HiPace 터보 드래그 펌프
- ATP M: 가벼운 기체에 대한 압축비가 높고 입자 허용치가 높은 홀벡 단계가 없는 클래식한 터보 펌프
- AATH M 및 MT: 부식성 기체 어플리케이선을 위한 홀벡 단 계, 밀봉 기체 시스템, 가열이 있는 터보 드래그 펌프
드라이브 및 부속품
서로 다른 어플리케이션에서 터보 펌프를 작동하는 데에는 확장 부품 뿐만 아니라 다양한 제어, 디스플레이, 드라이브를 사용 가능합니다.
아래에 사용된 번호 지정은 그림 4.31에 기초한 것입니다.
터보 펌프(1a)에는 일반적으로 부착된 드라이브(1b)가 장착 됩니다. 예를 들어 직류 전원 공급은 디스플레이 제어 유닛 (2b)이 있는 플러그인 전원 공급 모듈(2a)에서 공급됩니다. 내장 전원 공급 유닛도 사용 가능합니다. USB 변환기(5b)도 프로그래밍 및 스위칭 기능을 실행하거나 상태 디스플레이 를 전송하기 위하여 PC(5a)를 RS-485 인터페이스에 연결하 기 위해 사용될 수 있습니다. Profibus DP 및 DeviceNet 변환 기를 사용하면 펌프를 시스템 제어기에 연결할 수 있습니다. 주요 스위칭 기능은 외부 신호를 사용하여 원격 제어 플러그 를 경유하여 실행될 수도 있습니다. 또한 일부 상태 디스플레 이는 계전기 출력에서 실행될 수 있습니다.
작동 장치 이외에도 특수 어플리케이션을 위하여 다양한 부 속품이 사용 가능합니다.
터보 펌프의 정보 뿐만 아니라 압력을 표시하기 위하여 일부 DCU 전원 공급 유닛을 사용하여 진공 측정기에 연결할 수 있습니다.
DCU 전원 공급(2a)은 배압 펌프 계전기 박스(6)의 도움을 받 아 터보 펌프(1a)와 배압 펖프에서 동시에 켤 수 있는 펌핑 스테이션 제어기로 전환될 수 있습니다.
펌프를 냉각하기 위해서는 높은 기체 부하를 위한 팬(4)이든 수냉(3)이든 부착될 수 있습니다.
전기 환기 밸브(8)는 RPM이 주어진 속도 아래로 떨어질 경 우 터보 펌프를 환기합니다. 짧은 정전인 경우엔 진공을 유지 하기 위하여 환기 밸브가 닫힘 상태를 유지합니다. 그런 다음 에 본선 전압이 복구되면 펌핑 스테이션이 즉시 재시작합니 다. 그러나 이렇게 되면 정전될 경우 자동으로 닫히는 안전 밸브가 있는 배압 펌프가 필요합니다.
UHV 어플리케이션의 경우, 사전 선택된 회전 속도에 도달한 후에 자동으로 켜지고, rpm이 감소하면 꺼지는 펌프에 히터 (9)가 연결될 수 있습니다.
밀봉 기체 스로틀(7a)뿐만 아니라 대응하는 처리량을 가진 다양한 크기의 전자기 밀봉 기체 밸브(7b)가 부식성 기체 펌 프에 사용 가능합니다.
