Zastosowania pomp turbomolekularnych

Pompy turbomolekularne należą do grupy urządzeń rotacyjnych, co wynika z ich budowy, opartej na dwóch układach łopatek, z czego jeden pozostaje nieruchomy, a drugi obraca się w bardzo dużym tempie. Cechą wyróżniającą pompy turbomolekularne jest możliwość uzyskania bardzo wysokiej jakości próżni w zakresie  10⁻² ÷ 10⁻⁷ Pa. Przyjrzyjmy się bliżej temu rozwiązaniu.

Próżniowe urządzenia turbomolekularne, nazywane też czasem po prostu pompami turbo, wykorzystywane są do uzyskania wysokiej próżni – mówi ekspert z przedsiębiorstwa Edwards, zajmującego się produkcją i sprzedażą urządzeń techniki próżniowej oraz systemów redukcji zanieczyszczeń.

Tego typu urządzenia próżniowe to nic innego niż turbina molekularna. Jej działanie polega na nadawaniu molekułom gazu pędu w pewnym określonym kierunku, co odbywa się za pomocą zderzeń z szybko poruszającą się powierzchnią właściwie ukształtowanych łopatek turbiny. Turbina pompy próżniowej obraca się prędkością od 24 do nawet 100 tys. obrotów na minutę.

Budowa i działanie pompy turbomolekularnej

Jak wspomnieliśmy wcześniej, najważniejszymi elementami konstrukcji pompy turbo są układy łopatek. Ruchome łopatki wirnika turbiny umieszone są promieniście na osi, natomiast łopatki statora (nieruchome), znajdują się na zewnętrznej obudowie. Płaszczyzna łopatek turbiny nigdy nie jest prostopadła do osi. Kąt skręcenia łopatek wirnika stanowi lustrzane odbicie kąta skręcenia łopatek statora, a wieńce poszczególnych układów wzajemnie się przecinają. Obrotowy ruch wirnika w wyniku zderzeń nadaje cząsteczkom powietrza prędkość, w związku z czym molekuły przemieszczają się ku wylotowi pompy. W efekcie cząsteczki są usuwane z wnętrza komory próżniowej, co oznacza spadek ciśnienia w tym obszarze. Olbrzymie tempo obrotów wirnika sprawia, że prędkość łopatek jest porównywalna z prędkością ruchów cieplnych molekuł. Ze względu na dość skomplikowaną, a w związku z tym delikatną budowę oraz olbrzymie prędkości obrotowe, stosowanie pompy turbomolekularnej wymaga użycia pompy wstępnej, najczęściej rotacyjnej, która umożliwi uzyskanie próżni wstępnej rzędu 1 Pa. Do zalet takiego zestawu pomp próżniowych należy zaliczyć możliwość pompowania od ciśnienia atmosferycznego, a także minimalne zanieczyszczenie pompowanego obszaru węglowodorami.

Zastosowania pomp turbomolekularnych

Z pomocą urządzeń turbomolekularnych można uzyskać wysoką próżnię czystą, a zatem wolną od wszelkich oparów smarów czy olejów. Pompy tego typu są niezawodne, a konstrukcja niektórych modeli (pompy EXT i nEXT) umożliwia samodzielną wymianę łożyska i wkładów smarnych, co dla użytkownika oznacza znaczne obniżenie kosztów związanych z eksploatacją i serwisem. Wszystkie te cechy w połączeniu z możliwością łączenia pomp molekularnych w zestawy o rozmaitych możliwościach sprawia, że są one jednym z najważniejszych urządzeń w technice chemicznej. Pompy turbo znajdują szerokie zastosowanie w laboratoriach przemysłu chemicznego i przetwórstwie. Próżniowe urządzenia turbomolekularne typu EXT, STP i NEXT wykorzystywane są m.in. w procesach plazmowego wytrawiania metali, krzemu polikrystalicznego i dielektryków, wytrawiania ECR, napylania katodowego czy chemicznego osadzania fazy gazowej MOCVD, CVD, ECRCVD i PECVD.