پمپ وکیوم اسکرو چیست
پمپ وکیوم اسکرو (Screw Vacuum pump) نوعی پمپ وکیوم جابجایی مثبت است که در ساختار آن از دو روتور مارپیچی مشابه استفاده شده است. این روتورهای مارپیچی در جهت مخالف یکدیگر می‌چرخند. روتورهای این پمپ در داخل یک محفظه استوانه‌ای شکل قرار گرفته و بدون تماس فیزیکی با یکدیگر و تنها با تکیه بر کم و زیاد شدن محفظه میان آنها، قابلیت مکش سیال از یک سمت و افزایش تراکم تا خروجی سیال تحت فشار از سمت دیگر پمپ را دارند.
انواع پمپ وکیوم اسکرو توانایی خوبی برای ایجاد خلاء متوسط تا بالا در حدود 0.01 بار را دارند. این پمپ وکیوم کاملاً تمیز و بدون روغن کار می‌کند. همچنین تحمل بخار آب و یا حضور مایعات در گاز را دارد و به علت طراحی ساده و عدم تماس روتورها استهلاک آن ناچیز و تعمیرات آنها کم هزینه است. برای همین معمولاً طول عمر مفید بالایی دارند و با عملکرد کاملاً بی‌صدا و بدون لرزش کار میکنند. اگر قصد خرید پمپ وکیوم اسکرو دارید، جهت مشاوره فنی با کارشناس پارس وکیوم ( بزرگترین تولید کننده پمپ‌های وکیوم، بلوئر و کمپرسور هوا) تماس بگیرید. برای اطلاعات فنی بیشتر نیز ادامه این مطلب را مطالعه فرمایید.
نحوه کار پمپ وکیوم اسکرو
پمپ‌های وکیوم اسکرو دارای روتورهای مارپیچی هستند که بدون تماس فیزیکی با سرعت بالا کنار هم اما در جهات مختلف می‌چرخند. یکی از این روتورها به منبع موتور الکتریکی متصل است و روتور دیگر به شکل هرزگرد کار می‌کند. با این حال از بهترین نمونه پمپ‌های قدرتمند دائم کار از نوع پمپ خلاء خشک هستند.
نحوه کار پمپ خلا خشک اسکرو در تراکم میان فضای خالی روتورها استوار است. گاز از طریق دریچه ورودی به فضای بین روتورها و محفظه وارد می‌شود. سپس مرحله انتقال و فشرده سازی انجام می‌شود. در این مرحله با چرخش روتورها فضای بسته‌ای به مانند حرکت یک پیستون ایجاد می‌شود که در امتداد محور روتورها به سمت خروجی پمپ حرکت می‌کند. در هنگام این حرکت نیز حجم فضای محبوس شده میان روتورها به تدریج کاهش یافته و گاز متراکم می‌شود. گاز فشرده شده در نهایت به انتهای پمپ وکیوم اسکرو رسیده و از طریق دریچه خروجی به بیرون رانده خواهد شد.
انواع پمپ وکیوم اسکرو از نظر تکنیک‌های فشرده سازی
مکانیزم انواع پمپ‌های وکیوم اسکرو یکسان و بر مبنای روتورهای مارپیچی است. اما ساختار عملکرد روتورها و در کل مسیر متراکم سازی گاز در مدل‌های مختلف این نوع پمپ متفاوت است که از این منظر به دو گروه پمپ وکیوم اسکرو تک مرحله‌ای و یا دو مرحله‌ای تفکیک می‌شوند. در واقع تفاوت اصلی انواع پمپ خلا خشک اسکرو در تعداد مراحل فشرده سازی گاز تا قبل از تخلیه به بیرون از پمپ است. این تفاوت تاثیر چشمگیر بر حد نهایی تولید خلاء، کارایی و مقدار مصرف انرژی پمپ دارد. این دسته‌بندی به قرار زیر است:
پمپ وکیوم اسکرو تک مرحله‌ای
ساختار این پمپ‌ها خیلی ساده و تنها از یک جفت روتور اسکرو مارپیچی تشکیل شده است که گاز را در یک مرحله طولانی از ورودی تا خروجی پمپ متراکم می‌کند. در این صورت گاز تنها یک بار در طول محفظه فشرده سازی پمپ متراکم می‌شود. پمپ‌های اسکرو تک مرحله‌ای قدرت وکیوم متوسط در حدود 0.1 پاسکال دارند. از این پمپ‌ها در صنایع نه چندان حساس به خلاء کامل مانند تجهیزات بسته‌بندی خلاء در صنایع غذایی، برخی سیستم‌های خشک کن صنعتی و یا ماشین آلات انتقال مواد استفاده میکنند.
پمپ وکیوم اسکرو دو مرحله‌ای
این پمپ‌ها دارای دو مجموعه روتور اسکرو هستند که به شکل سری در یک محفظه واحد قرار گرفته‌اند. هر کدام از سری روتورها برای متراکم سازی یک مرحله مستقل هستند و فضای عملیاتی آنها توسط یک دیواره داخلی از هم جدا شده است. نحوه کار این پمپ‌ها در دو مرحله پی در پی انجام می‌شود. در مرحله اول ابتدا گاز وارد محفظه روتورهای مقدماتی شده و تا یک فشار میانی متراکم می‌شود. اما همین گاز متراکم شده مستقیم وارد مرحله دوم شده تا توسط روتورهای ثانویه مجدداً متراکم‌تر گردد. نتیجه قابلیت رسیدن به خلاء بسیار عمیق‌تر در حدود 0.01 پاسکال است. از این نوع پمپ‌های وکیوم اسکرو دو مرحله‌ای برای صنایع و فرایندهای حساس و کاملاً پیشرفته که به خلاء عمیقی نیاز دارند، استفاده میکنند. صنایع نیمه رسانا، فعالیت‌های تحقیقاتی، تکنیک‌های رسوب دهی در خلاء (PVD) و برخی مکانیزم‌های اپتیک از این نمونه فضاهای کاربردی هستند.
مقایسه پمپ وکیوم اسکرو تک و دو مرحله‌ای
پمپ وکیوم اسکرو دو مرحله‌ای اساسا یک پمپ قدرتمندتر از نظر رسیدن به خلاء بالاتر است. در پمپ‌های دو مرحله‌ای با تقسیم کار فشرده سازی بین دو مجموعه اسکرو بار وارد شده در هر مرحله کمتر است و راندمان کلی پمپ نیز به طور قابل توجهی افزایش پیدا می‌کند.
| ویژگی | پمپ وکیوم اسکرو تک مرحله‌ای | پمپ وکیوم اسکرو دو مرحله‌ای |
| ساختار داخلی | یک جفت روتور مارپیچی | دو جفت روتور مارپیچی در دو محفظه مستقل |
| حد نهایی خلاء | حداکثر تا 0.1 پاسکال | حداکثر تا 0.01 پاسکال |
| نیاز به پمپ بکینگ | دارد | ندارد |
| بازدهی انرژی | در فشارهای بالا بازدهی خوبی دارد | در فشارهای پایین بازدهی خوبی دارد |
| قیمت | نسبتا ارزان | نسبتا گران |
| کاربردها | فرایندهای معمولی صنعتی مانند بسته‌بندی خلاء، طراحی سیستم‌های خشک کن و… | فرایندهای پیشرفته صنعتی مانند صنایع نیمه رسانا، رسوب دهی خلاء (PVD) و… |
انواع پمپ وکیوم اسکرو از نظر سیستم کاری
در فرایند متراکم سازی گاز اصطکاک بالایی میان جریان گاز تحت فشار و قطعات پمپ وکیوم اسکرو ایجاد شده و حرارت بالایی تولید می‌شود. همین نکته کافی است تا انواع پمپ وکیوم اسکرو را در دو مدل خشک (هوا خنک) و آب خنک طراحی کنند. این دو نوع مکانیزم خنک‌کاری را با یکدیگر مقایسه می‌کنیم.
پمپ وکیوم اسکرو خشک (Air-Cooled)
برای خنک کاری بدنه این پمپ‌ها از یک فن دمنده بر روی شفت موتور الکتریکی دستگاه استفاده شده است. این فن جریان هوا را از روی بدنه پمپ عبور می‌دهد تا با تکیه بر قانون همرفتی دمای بدنه پمپ را جذب کرده و از آن دور می‌کند. پمپ‌های هوا خنک اسکرو مکانیزم طراحی ساده و قیمت نسبتاً ارزان‌تری دارند و معمولاً در محیط‌های آزمایشگاهی، صنایع غذایی و بسته‌بندی، ماشین‌آلات صنعتی و یا مکان‌هایی با محدودیت دسترسی به آب کارایی دارند. پمپ‌های وکیوم اسکرو خشک با سرعت بسیار بالا کار کرده اما در عوض سر و صدای خیلی بلندی هم تولید میکنند.
پمپ وکیوم اسکرو آب خنک (Water-Cooled)
برای طراحی بدنه این پمپ‌ها از یک ژاکت آب در اطراف محفظه و موتور استفاده شده است. آب داخل این ژاکت معمولاً به یک سیستم برج خنک کننده (Colling Tower) متصل است و آب از طریق همان برج خنک کننده نیز در یک سیکل بسته می‌چرخد. این پمپ‌ها راندمان خنک‌کاری بالایی دارند و عملکرد کاملاً پایدار حتی در خلاء کامل ایجاد میکنند. تقریباً آلودگی صوتی ندارند، اما در نهایت با سرعت کمتری کار میکنند. لذا در مدت زمان طولانی با قابلیت کار 24 ساعته حداکثر خلاء را در اختیار شما قرار می‌دهند. از این نوع پمپ خلا خشک اسکرو در صنایع سنگین مانند فولاد و یا متالوژی، صنایع نیمه رسانا و کارخانه‌های شیمیایی استفاده میکنند.
مقایسه پمپ وکیوم اسکرو خشک و آب خنک
پمپ‌های آب خنک در شرایط کاری سخت و پیوسته طول عمر بیشتری دارند. این پمپ‌ها به نسبت از مدل‌های خشک در دمای پایین‌تر و شرایط پایدارتری کار میکنند. اگرچه هزینه و قیمت پمپ وکیوم اسکرو آب خنک بالاتر است، با این حال برای طراحی سیستم‌های پایدار و کارکرد مداوم چاره‌ای ندارید جز اینکه از همین مدل‌های آب خنک تهیه کنید. در نظر داشته باشید که اگر پمپ وکیوم اسکرو آب خنک تهیه می‌کنید، باید فکری هم برای گردش جریان آب کرده باشید. لذا به سیستم کولینگ تاور هم نیاز دارید.
| ویژگی | پمپ وکیوم اسکرو خشک | پمپ وکیوم اسکرو آب خنک |
| مکانیزم خنک کاری | استفاده از هوا و فن | استفاده از گردش آب و کولینگ تاور |
| راندمان خنک کاری | پایین | بسیار بالا |
| پایداری دمایی | حساس به دمای محیط | کاملاً پایدار و مستقل از دمای محیط |
| هزینه نصب و راه‌اندازی | کم | زیاد |
| فضای مورد نیاز | کم | زیاد |
| آلودگی صوتی | بالا | کم |
| تعمیر و نگهداری | ساده | پیچیده |
توصیه‌هایی برای خرید پمپ وکیوم خشک یا آب خنک
هر دو نوع پمپ وکیوم اسکرو خشک و آب خنک طراحی کاملاً استانداردی دارند، اما باید در شرایط مناسب راه‌اندازی شوند. در این صورت:
- پمپ وکیوم اسکرو خشک بخرید اگر به دنبال محصول اقتصادی هستید و محیط کار شما دارای هوای تمیز و دمای متعادلی است. در عین حال پمپ‌های اسکرو خشک گزینه ایده‌آل برای کارهای غیر پیوسته هستند.
- پمپ وکیوم اسکرو آب خنک تهیه کنید اگر باید سیستمی پیوسته با قابلیت کار ۲۴ ساعته را طراحی کرده و در عین حال دمای محیط محل نصب پمپ متغیر است و ممکن است روزهای خیلی داغ را تجربه کنید. از طرفی اگر پمپ وکیوم در محیط‌های گرم مثلاً نزدیک کوره نصب و راه اندازی می‌شود، بهترین پیشنهاد استفاده از همین مدل‌های آب خنک است.
انواع پمپ وکیوم اسکرو از نظر طراحی روتور
اگر بخواهیم در بررسی انواع پمپ وکیوم اسکرو کاملاً تخصصی وارد شده و یک موضوع پیشرفته و مدرن را پیش بکشیم، باید انواع این پمپ‌ها را از نظر روتور نیز دسته‌بندی کنیم. پمپ‌های وکیوم اسکرو قدیمی که همچنان نیز بسیار کاربردی هستند را از نوع روتور پروفیل ثابت طراحی میکنند. ولی یک نوع مدرن نیز ابداع شده که با عنوان روتور پروفیل متغیر می‌شناسیم. انواع پمپ وکیوم اسکرو را با توجه به نوع طراحی روتور بررسی می‌کنیم.
پمپ وکیوم اسکرو با پروفیل ثابت
طراحی کلاسیک پمپ وکیوم اسکرو است که در آن شکل و فاصله بین حفره‌های روتور در تمام طول محور آن یکسان است. در واقع روتور شبیه یک مارپیچ معمولی با گام ثابت طراحی شده است. در این پمپ‌ها فشرده سازی هوا به صورت ناگهانی و در یک نقطه ثابت نزدیک به انتهای روتورها اتفاق می‌افتد. درست مانند اینکه بخواهید کاملاً ناگهانی دریچه‌ای را در انتهای مسیری ببندید. از این نوع پمپ‌های وکیوم اسکرو برای کاربری‌های ساده فضاهای صنعتی استفاده میکنند.
پمپ وکیوم اسکرو با پروفیل متغیر
در طراحی روتور این پمپ‌ها فاصله میان حفره‌های روتور به تدریج از سمت مکش به سمت تخلیه کاهش پیدا می‌کند. به این ترتیب حجم حفره‌ها به طور پیوسته و کاملاً تدریجی کوچکتر می‌شود. لذا فرایند متراکم سازی گاز به صورت تدریجی و یکنواخت است. همین طراحی هوشمندانه باعث ایجاد فرایند فشرده سازی ایده‌آل و هم‌دما می‌شود که از نظر ترمودینامیکی ساختار کاملاً کارآمدی است. پمپ‌های وکیوم اسکرو با روتور پروفیل متغیر برای کارهای پیوسته ۲۴ ساعته عالی است. از این پمپ‌ها در صنایع سنگین و پرمصرف مانند فولادسازی و یا صنایع شیمیایی استفاده میکنند.
مقایسه پمپ وکیوم اسکرو با روتورهای پروفیل ثابت و متغیر
پمپ با پروفیل متغیر اساساً یک پمپ بسیار هوشمندتر و کارآمدتر از نظر ترمودینامیکی است. این نوع طراحی روتور باعث بهینه شدن فرایند فشرده سازی شده و از هدر رفت انرژی به شکل حرارت جلوگیری می‌کند. اگر به پمپی با عملکرد در فشار نزدیک به اتمسفر نیاز دارید و خیلی هم نمی‌توانید هزینه کنید، مدل‌های روتور با پروفیل ثابت را تهیه کنید. اما قطعاً برای کارهای طولانی، تولید خلاء بالا و تغییرات بار متناوب و حتی مدیریت مصرف انرژی باید پمپ‌های روتور پروفیل متغیر را تهیه کنید. در جدول زیر این دسته‌بندی پمپ وکیوم اسکرو را مقایسه کرده‌ایم.
| ویژگی | پمپ وکیوم با پروفیل ثابت | پمپ وکیوم با پروفیل متغیر |
| طرح روتور | گام و حجم حفره‌ها در طول روتور ثابت | گام و حجم حفره‌ها به تدریج در طول روتور کاهش می‌یابد |
| نحوه تراکم | ناگهانی در نقطه پایانی روتور | تدریجی و یکنواخت در طول روتور |
| بازدهی انرژی | کم | بالا |
| حرارت کاری | حرارت بالا | حرارت کم |
| قیمت | کم | بالا |
مزایای استفاده از پمپ وکیوم اسکرو
تمام پمپ‌های وکیوم اسکرو تک یا دو مرحله‌ای و یا پمپ‌های هوا خنک و آب خنک مکانیسم طراحی یکسان بر پایه روتورهای مارپیچی دارند و از برجسته‌ترین پمپ‌های جابجایی مثبت محسوب می‌شوند. این پمپ‌های وکیوم مزایای قابل توجهی دارند که زمینه ساز کاربردی گسترده هستند. مانند:
- کاملاً تمیز و بدون روغن کار میکنند. این ویژگی برای صنایع حساس مانند نیمه هادی‌ها و یا صنایع داروسازی و غذایی ایده‌آل است.
- در مقابل بخار آب و یا قطرات مایع داخل هوا مقاوم هستند.
- طراحی نسبتاً ساده‌ای دارند. برای همین تعمیر و نگهداری این پمپ‌ها آسان و کم هزینه است.
- به دلیل عدم تماس داخلی روتورها و سایش مکانیکی ناچیز، طول عمر مفید بالایی دارند.
- کاملا بی‌صدا و بدون لرزش کار میکنند.
- راندمان و در کل بازدهی انرژی بسیار خوبی دارند.
معایب و محدودیت‌های استفاده از پمپ وکیوم اسکرو
با وجود تمام مزایای قابل توجه پمپ‌های وکیوم اسکرو محدودیت‌های قابل توجهی نیز دارند. محدودیت‌هایی که عملاً ممکن است شرایط استفاده از این پمپ‌ها را محدود کند. پمپ‌های وکیوم اسکرو معمولاً بسیار گران‌تر از رقبای خود یعنی پمپ‌های روتاری وین هستند. از طرفی نسبت به وجود ذرات جامد در هوا کاملاً حساس بوده و در اثر عبور چنین ذراتی حتی ذرات بسیار کوچک گرد و خاک روتورهای مارپیچی اسکرو شدیداً آسیب می‌بینند. همچنین مکانیزم طراحی برخی مدل‌ها مانند پمپ وکیوم اسکرو با پروفیل متغیر بسیار پیچیده است.
کاربردهای پمپ وکیوم اسکرو
عملکرد آرام و کم صدا، قابلیت تولید خلاء کامل و پایدار، توانایی کارکرد ۲۴ ساعته و استهلاک کم کافی است تا پمپ‌های وکیوم اسکرو زمینه‌های کاربردی زیادی داشته باشند. مواردی مانند:
- صنایع نیمه هادی و الکترونیک برای تولید تراشه با تکنیک رسوب دهی در خلاء (PVD)
- صنایع داروسازی و شیمیایی برای خشک کردن انجمادی و سنتز شیمیایی
- صنایع غذایی برای طراحی ماشین‌آلات بسته‌بندی خلاء
- صنایع متالوژی و طراحی سیستم‌های ذوب خلاء و عملیات‌های حرارتی
- طراحی تجهیزات شتاب دهنده ذرات در آزمایشگاه‌های تحقیقات علمی
جمع‌بندی:
به چه نوع پمپ وکیوم اسکرو نیاز دارید؟ پمپ خلاء اسکرو یک انتخاب برتر و مدرن برای دستیابی به خلاء تمیز، قابل اعتماد و کارآمد در صنایع پیشرفته است. اگرچه هزینه اولیه و در کل قیمت خرید پمپ وکیوم اسکرو زیاد است، اما مزایای قابل توجه آن از جمله استهلاک کم، عملکرد آرام و بی‌صدا، تولید وکیوم بدون روغن و کارکرد تمیز کافی است تا یک گزینه مقرون به صرفه در بلند مدت باشد. ولی زمانی در استفاده از این پمپ‌ها موفق هستید که آنها را با در نظر گرفتن تمام جزئیات فنی و کاربردی انتخاب کنید. جهت خرید پمپ وکیوم اسکرو و مشاوره فنی می‌توانید با کارشناسان گروه مهندسی پارس وکیوم تماس بگیرید. در پارس وکیوم به بهترین پمپ‌های اسکرو از برندهای اصلی بازار و قیمت مناسب برای عرضه در سراسر کشور دسترسی دارید.
