진공 생성

터보분자 펌프는 1958년 W. Becker 박사에 의하여 파이퍼 베큠에서 개발되고 특허를 받았습니다. 터보분자 펌프는 운 동 진공 펌프의 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.

베어링

두 개의 볼 베어링으로 터보 펌프 로터의 샤프트를 장착하려 면 베어링의 윤활 때문에 전진공 측면에 두 개의 베어링을 정 렬해야 합니다. 이렇게 되면 거대한 질량을 가진 로터의 단독 (켄틸레버) 지지를 이끕니다.

하이브리드 베어링 지지는 로터 동역학과 관련하여 이 점에 서 이점을 제공합니다. 하이브리드 베어링은 한 개의 단일 펌 프에 두 개의 베어링 개념을 사용함을 지칭합니다. 이 경우에 오일 윤활 볼 베어링이 전진공 측면의 샤프트 말단에 장착되 고, 고진공 측면은 정비가 필요 없고 마모가 없고 로터를 방 사상으로 중심에 오도록 조정하는 영구 자기 베어링이 장착 됩니다. 전진공 측면 베어링 윤활유는 작동 유체 보유고에 들 어 있습니다. 작은 건식 안전 베어링은 자기 베어링 고정자 내에 정렬되어 있습니다. 정상 작동 시 한 개의 저널이 이 베 어링 내부에서 자유롭게 회전합니다. 강력한 방사상 충격이 가해질 경우 안전 베어링이 로터를 안정시키고 오직 짧게 회 전합니다. 로터가 균형을 잃을 경우 샤프트 양 측면의 베어링 들이 플로팅 베어링의 경우보다 더 낮은 베어링 응력 진동력 을 생성합니다. 고진공 측면의 자기 베어링은 진동에 완전히 둔감합니다. 그 결과 무척 작은 진동력만 하우징에 전달됩니 다. 게다가 그렇기 때문에 크기에 따라 회전 속도를 제한하는 켄틸레버 개념의 두개 베어링 중 더 큰 것이 필요치 않게 됩 니다.

플랜지 직경이 100mm인 대형 펌프들은 5-축 자기 베어링이 라 알려진 베어링을 교대로 사용합니다[24]. 로터는 거리 센 서 및 전자기를 경유하는 디지털 전자 제어를 통하여 부상됩 니다. 터보 로터의 이동의 자유 정도는 계속 모니터링되고 실 시간으로 재조정됩니다. 로터와 하우징 사이의 기계적 접촉 의 부재는 펌프에 의해 생성되는 진동을 낮게 유지합니다. 로 터는 자신의 관성 축 주위를 회전합니다. 한쪽 측면 코팅 또 는 부식(예: 플라스마 식각)으로 인한 모든 불균형은 광범위 한 제한 속에서 상쇄됩니다.

배압 진공 측면이 오일 부재 이외에도 마모 및 정비 없음이 또 다른 이점입니다. 정전의 경우 펌프의 회전 에너지를 통하 여 자기 베어링에 전기가 공급됩니다. 그래서 정전은 몇 분 이내에 쉽게 제어될 수 있습니다. 정전이 더 길어질 경우 통 합 안전 베어링의 사용을 통하여 로터가 매우 낮은 속도에서 안전하게 정지하게 됩니다. 시스템 작동 이상 시 펌프에 대한 손상을 피하기 위하여 안전 베어링이 로터를 중단시킵니다.

압축비

K₀ 로 표시되는 압축비는 Gaede에 따라 측정될 수 있습니다 [25]. 다음은 시각적으로 밀도가 높은 블레이드 구조에 적용 됩니다(그림 4.22).

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 S_eff 가 산출됩니다.

예를 들어 맨 위 디스크의 블레이드 진입 표면으로 유효 펌프 속도를 나누고 블레이드 두께로 차단된 영역이 인수 d_f≈ 0.9 임을 참작하면 질소에 대한 터보 펌프의 특정 펌프 속도가 산 출됩니다(그림 4.23의 곡선).

그림 4.23에 표시된 점들은 표시시된 펌프의 측정 값을 기초 로 파이퍼 베큠이 결정한 것입니다. 표시된 곡선보다 훨씬 위 에 있는 점들은 물리적으로 가능하지 않습니다.

여기서 b⋅h는 채널 횡단면이고 v⋅cosα 는 채널 방향의 속도 구성 성분입니다.

압축비는 채널 길이 L 과 속도 v⋅cosα 에 따라 다음과 같이 기하급수적으로 증가합니다 [4]:

이 공식으로 산출된 값은 실제 홀벡 단계에서는 도달되지 않 습니다. 왜냐하면 이웃 채널에서 장벽을 넘어오는 역류가 압 축비를 급격히 감소시키는데, 이 영향이 공식 4‐13에서는 고려되지 않기 때문입니다.

높은 기체 처리량을 위하여 설계된 터보 펌프의 경우에 기체 처리량, 전진공 호환성, 입자 허용치가 고려되고 홀벡 단계에 서 틈새 사이의 거리가 증가할 경우 절충이 이루어집니다.

4.9.1.3 터보 펌프 성능 데이터

기체 부하

는 터보분자 펌프로 변위될 수 있으므로 일정한 체적 유량율 범위의 압력에 비례하여 증가합니다. 펌프 속도 곡선의 감소 부분에서는 최대 변위 기체 부하가 계속 증가할 수 있지만 배 압 펌프의 크기에 따라 온도 상승 제한에 도달합니다. 최대 허용 가능 기체 부하 역시 펌프 온도(냉각 및/도는 가열 펌프) 와 해당 기체 유형에 따라 달라집니다. 무거운 주요 기체의 변위는 문제가 있습니다. 왜냐하면 이 기체들은 로터와 접촉 할 때 굉장히 많은 양의 소멸된 에너지를 생성하고 그들의 낮 은 특정 열 때문에 그 중 오직 소량만 하우징으로 소멸될 수 있기 때문입니다.

제조업체에서 로터 온도를 측정하기 때문에 터보 펌프의 안 전한 작동을 위하여 기체 유형 의존 공정 창을 권장할 수 있 습니다. 터보 펌프에 대한 기술 데이터는 수소, 헬륨, 질소, 아르곤, CF₄ 에 대하여 정상 rpm에서의 최대 허용 가능 기체 부하를 지정합니다. 회전 속도의 감소는 더 높은 기체 처리량 을 허용합니다.

펌프 속도가 > 1,000 l · s^-1 인 HiPace 시리즈 펌프는 로터 온 도 모니터링이 장착되어 있어서 과열로부터 스스로를 보호 합니다.

임계 배압

임계 배압은 펌프의 압력이 감소하는 터보분자 펌프의 배압 진공 측면의 최대 압력을 의미하기 위한 것입니다. 이 값은 ISO 21360-1:2012에 따라 유입구 측면에서 기체 유입 없이 배압을 증가시킴으로써 압축비를 결정하기 위한 측정의 일 부분으로써 결정됩니다. 터보분자 펌프에 대한 기술 데이터 에서 최대 임계 배압은 항상 질소에 대해 지정됩니다.

기본 압력, 최종 압력, 잔류 기체

진공 펌프의 경우 최종 압력과 기본 압력이 구분되어 있습니 다(4.1.3 섹션 참조). 펌프가 측정 가이드라인에 지정된 조건 하에서 미리 정해진 시간 안에 기본 압력 p_b에 도달해야 하지 만, 최종 압력
p_e 는 더 낮을 수 있습니다. HV 범위에서 기본 압력은 청정 조건 하에서 그리고 금속 밀봉 상태에서 48시간 의 베이크 아웃 후에 도달됩니다. 알루미늄 하우징이 있는 펌 프에 대한 기본 압력으로 지정된 것은 베이크 아웃 없이 그리 고 청정 FKM 실과 함께 도달한 압력입니다.

부식성 기체 버전 펌프는 로터 표면의 코팅으로 인해 일시적 으로 더 높은 기본 압력에 도달할 수 있는 탈착률이 더 높습 니다.

배압을 압축비로 나누면 최종 압력이 산출됩니다.