پمپ های اسکرو از خانواده پمپ های انتقال گاز با فشرده سازی خشک هستند. (در مورد منشاء پمپ های خشک در اینجا بیشتر بیاموزید) آنها پمپ های جابجایی مثبت هستند که از دو روتور به هم پیوسته به شکل اسکرو Screw پیچ برای حرکت گاز در امتداد محور پیچ استفاده می کنند. آنها اغلب در کاربردهای خلاء صنعتی، اغلب در ترکیب با دمنده های ریشه و به عنوان پمپ های زبر بدون روغن در سیستم های خلاء بالا و فوق العاده استفاده می شوند.
اصل کار: پمپ های اسکرو Screw پیچ چگونه کار می کنند؟
پمپ های اسکرو با استفاده از دو روتور اسکرو Screw پیچی ضد چرخش کار می کنند که طوری مهندسی شده اند که “به سمت یکدیگر” بچرخند. این گاز را در فضای بین اسکرو Screw “پیچ” روتورهای آنها به دام می اندازد. با چرخش اسکرو Screw پیچ ها، این حجم به دام افتاده کاهش می یابد که نه تنها گاز را فشرده می کند، بلکه آن را به سمت اگزوز حرکت می دهد.
شکل 1 شماتیک یک پمپ اسکرو Screw پیچی کلاسیک (بدون موتور)
شکل 2 تک پایان
شکل 3 دو انتها
شکل 4 طرح کنسول
در موارد اول (شکل 2، 3)، یاتاقان های مکانیکی روتورها را در دو انتها پشتیبانی می کنند. محلول طراحی کنسول (شکل 4) از روتورها در انتهای فشار بالا پشتیبانی می کند و روتورها را می توان به صورت داخلی خنک کرد. یک موتور دو روتور را از طریق یک چرخ دنده به حرکت در می آورد. چرخ دنده و یاتاقان ها روغن کاری می شوند اما از مکانیسم پمپاژ (“مولد خلاء”) از طریق مهر و موم شفت یا مهر و موم لابیرنت جدا می شوند، بنابراین فشرده سازی بدون روغن است. روتورها هیچ تماس مکانیکی بین یکدیگر و محفظه پمپ ندارند و در نتیجه سایش مکانیکی آن صفر است. برای پایین نگه داشتن توان الکتریکی نصب شده، پمپ های مدرن توسط یک مبدل فرکانس الکترونیکی هدایت می شوند و در محدوده فشار نزدیک به فشار اتمسفر کندتر می چرخند. برخی از نسخه ها به جای آن از شیرهای دمنده استفاده می کنند تا سرعت چرخش را در فشارهای بالا ثابت نگه دارند. خنک سازی معمولاً توسط آب انجام می شود.
عملکرد پمپ های اسکرو Screw پیچ
پمپ های اسکرو Screw پیچی می توانند به فشار نهایی ~ 1e-3 mbar برسند. محدوده فشار عملیاتی 10 3 تا 10 -2 mbar است. اندازه های مختلف با سرعت پمپاژ ~ 60 – 1200 m³/h موجود است. سرعت پمپاژ در محدوده خلاء < 10 – 50 mbar را می توان با قرار دادن یک دمنده ریشه در بالا افزایش داد. این ترکیبات، اغلب در یک محفظه تک پمپ، تا 9000 متر مکعب در ساعت در دسترس هستند
مزایا و معایب پمپ های اسکرو Screw پیچی
مزایا
- استحکام بالا
- تحمل بالا در برابر بخار آب و ذرات / گرد و غبار
- مقیاس برای نیازهای مشتری
- سرعت پمپاژ بسیار بالا
- عدم آلودگی محیط پمپاژ شده
- چرخش بدون اصطکاک – سایش روتور حذف می شود
- به دلیل فشرده سازی داخلی بسیار کارآمد است
- هزینه های عملیاتی و نیازهای تعمیر و نگهداری نسبتا کم است
- عملکرد مبدل فرکانس – به راحتی برای نیازهای فرآیند بهینه می شود – منجر به راندمان انرژی بالا می شود
معایب
- یک بالاست گاز برای پمپاژ گازهای سبک مورد نیاز است
- فشار نهایی بدتر و سرعت پمپاژ کمتر برای گازهای سبک (هلیوم و هیدروژن) اگر بدون بالاست گاز باشد.
- نمی توان آن را به سرعت پمپاژ کوچک زیر 50 متر مکعب در ساعت کاهش داد. زیر تقریبا 100 متر مکعب در ساعت از ریشه های چند مرحله ای یا پمپ های اسکرول استفاده می شود
کاربرد اسکرو Screw
پمپ های اسکرو تقریباً در هر فرآیند خلاء صنعتی به راه حل استاندارد تبدیل شده اند. کوره های خلاء برای لحیم کاری یا تف جوشی، سیستم های متالورژی، حتی کارخانه های گاز زدایی فولاد از مزیت مقاومت در برابر گرد و غبار و فواصل خدمات طولانی استفاده می کنند. در فرآوری مواد غذایی، خشک کردن مواد غذایی، بسته بندی مواد غذایی و حتی خشک کن های انجمادی تمایل دارند از پمپ های اسکرو Screw پیچی بدون روغن استفاده کنند تا از آلودگی روغن پمپ توسط آب یا زباله های حاصل از فرآیند جلوگیری کنند. پوشش‌های مقیاس بزرگ مانند روکش‌های شیشه‌ای معماری از پمپ‌های اسکرو Screw پیچی به عنوان پمپ‌های خشن برای پمپ‌های خلاء بالا استفاده می‌کنند. پمپ های اسکرو نیز انتخاب ایده آلی برای بازسازی سیروپمپ های بزرگتر هستند.
برای آشنایی با انواع مختلف فناوری پمپ خلاء اینجا را کلیک کنید.
پمپ‌های اسکرو Screw پیچی امروزه نیز پمپ اولیه استاندارد در آزمایش‌های علمی در مقیاس بزرگ مانند حلقه‌های ذخیره‌سازی بزرگ، آشکارسازهای امواج گرانشی یا اتاق‌های شبیه‌سازی فضایی هستند. یک نمونه آزمایش KATRIN است که بزرگترین محفظه خلاء فوق العاده بالا (UHV) جهان است که تخلیه اولیه توسط پمپ های اسکرو Screw پیچ انجام می شود.
تصویر 1 کشتی KATRIN UHV در حین حمل و نقل
منبع: موسسه فناوری کارلسروهه