مورد صيني لمضخات دوارة صغيرة عالية الجودة ومستقرة ذات ريشة، مناسبة للحام بالتفريغ.

ما هي مضخات التفريغ؟

تستخدم مضخات التفريغ تدفق الهواء كمصدر للطاقة. يُعد هذا النظام مثاليًا لتجفيف المواد الرطبة، وتكوين طبقات الترشيح، ونقل المواد هوائيًا عبر الأنابيب. تعمل مضخة التفريغ بتدفق الهواء الناتج عن فرق الضغط. يُولّد تدفق الهواء في المضخة فراغًا في حجرة تُسمى صندوق التفريغ. ونظرًا لأن تدفق الهواء يجمع الغاز بمعدل أسرع من الضغط الجوي، يُعتبر "قلب" نظام التفريغ.

مبادئ التشغيل

تعمل مضخات التفريغ عن طريق تقليل حجم الهواء المتدفق عبرها. وتوجد أنواع مختلفة من مضخات التفريغ، وذلك تبعًا لتصميمها. تعمل جميع هذه الأنواع وفقًا للمبادئ نفسها، ولكن لكل منها خصائصها المميزة. فيما يلي بعض أهم هذه الخصائص. بالإضافة إلى سعتها، تكمن الاختلافات الرئيسية بين هذه المضخات في دقة تصنيعها، ومواد بنائها، ومستوى تحملها للمواد الكيميائية، وأبخرة الزيت، والاهتزازات.
تُنشئ مضخات التفريغ فراغًا جزئيًا أو منخفض الضغط عن طريق دفع جزيئات الغاز من حالات الضغط العالي إلى حالات الضغط المنخفض. مع ذلك، لا تستطيع هذه المضخات تحقيق سوى فراغ جزئي، ولذا يلزم استخدام طرق أخرى للوصول إلى مستوى فراغ أعلى. وكما هو الحال مع جميع المضخات، توجد عدة طرق لزيادة مستوى الفراغ.
أولًا، حدد نوع الفراغ المطلوب. هذا هو العامل الأهم عند اختيار مضخة التفريغ. إذا كنت بحاجة إلى مستوى عالٍ من الفراغ، فستحتاج إلى مضخة تفريغ عالية الجودة. تتميز مضخات التفريغ عالية الجودة بحد ضغط عالٍ، بينما تتميز المضخات فائقة الجودة بقدرتها على تحقيق فراغ منخفض جدًا. مع انخفاض الضغط، يقل عدد الجزيئات في السنتيمتر المكعب، وتتحسن جودة الفراغ.
تُعدّ مضخات الإزاحة الموجبة الأنسب لأنظمة الضغط المنخفض والمتوسط. إلا أنها لا تستطيع الوصول إلى مستويات فراغ عالية، ولذلك تستخدم معظم أنظمة الضغط العالي مضختين متصلتين. في هذه الحالة، تتوقف مضخة الإزاحة الموجبة عن العمل، فتُستخدم الأخرى بدلاً منها. وبالمثل، تتميز مضخات الاحتجاز بحدود ضغط أعلى، لذا يجب إعادة تعبئتها أو تفريغها بشكل متكرر عند وجود كمية كبيرة من الغاز المراد احتجازه.
من الجوانب المهمة الأخرى لتشغيل مضخة التفريغ سرعتها. تتناسب سرعة الضخ طرديًا مع فرق الضغط عبر النظام. لذا، كلما زادت سرعة الضخ، قلّ وقت التصريف.

تصميم

مضخة التفريغ هي جهاز ميكانيكي يُستخدم لتوليد فراغ. يمكنها توليد فراغ منخفض أو مرتفع. تُستخدم هذه المضخات في عمليات تجديد النفط وإعادة تكريره. يجب أن يكون تصميم مضخة التفريغ متوافقًا مع متطلبات الفراغ، وذلك من حيث كتلة المضخة وسرعتها.
يُعدّ تصميم مضخة التفريغ بالغ الأهمية لأسباب عديدة، منها سهولة الاستخدام والصيانة. كما يجب حماية مضخات التفريغ من التلوث الخارجي، ولذلك يجب الحفاظ على نظافة الزيت باستمرار. فالتلوث قد يُتلف الزيت، مما يؤدي إلى تعطل المضخة. لذا، ينبغي أن يتضمن تصميم المضخة خصائص تمنع حدوث ذلك.
يتمثل الهدف الرئيسي لمضخة التفريغ في إزالة الهواء والغازات الأخرى من الحجرة. ومع انخفاض ضغط الحجرة، يصبح من الصعب إزالة كمية الجزيئات. ولهذا السبب، تتطلب أنظمة التفريغ الصناعية والبحثية عادةً مضخات تعمل ضمن نطاق ضغط واسع، يتراوح عمومًا بين 1 و10⁻⁶ تور. يستخدم نظام التفريغ القياسي عدة مضخات، تغطي كل منها جزءًا من نطاق الضغط. ويمكن أيضًا تشغيل هذه المضخات على التوالي لتحقيق الأداء الأمثل.
يختلف تصميم مضخة التفريغ تبعًا للتطبيق ومتطلبات الضغط. لذا، يجب اختيار حجمها المناسب لضمان عملها بكفاءة. توجد أنواع عديدة من المضخات، لذا يُعدّ اختيار المضخة المناسبة أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة. على سبيل المثال، تتميز مضخة التفريغ الدوارة ذات المحرك ذي الحزام على شكل حرف V، والتي تعمل ببطء، بدرجة حرارة تشغيل أقل من مضخة التفريغ ذات المحرك المباشر، والتي تعمل بسرعة عالية.

أداء

يُعدّ أداء مضخة التفريغ مؤشرًا هامًا على حالتها العامة، إذ يُساعد في تحديد ما إذا كان النظام يعمل بكفاءة مثلى، وأعلى مستوى تفريغ يُمكن تحقيقه. لذا، ينبغي الاحتفاظ بسجل أداء لتوثيق أي تغييرات في ساعات تشغيل المضخة، والجهد الكهربائي، ودرجة حرارة ماء التبريد والزيت. كما يجب أن يُسجّل السجل أي مشاكل قد تطرأ على المضخة.
توجد عدة طرق لتحسين أداء مضخة التفريغ. على سبيل المثال، إحدى هذه الطرق هي خفض درجة حرارة سائل التشغيل. فإذا كانت درجة حرارة السائل مرتفعة جدًا، سيؤدي ذلك إلى انخفاض مستوى التفريغ. كما أن ارتفاع درجة الحرارة سيزيد من انخفاض مستوى التفريغ في المضخة، لذا يُعدّ انتقال الحرارة عنصرًا أساسيًا في هذه العملية.
تُعدّ الفوهات مكونًا رئيسيًا آخر يؤثر على أداء مضخة التفريغ. قد يؤدي تلفها أو انسدادها إلى انخفاض قدرة الضخ. يمكن أن تحدث هذه المشاكل نتيجة لعدة أسباب، منها الضوضاء المفرطة، والتسريب، وتركيب الأجزاء بشكل خاطئ. كما يمكن أن تنسد الفوهات بسبب الصدأ، أو التآكل، أو تراكم الماء الزائد.
يُعدّ أداء تقنية مضخات التفريغ بالغ الأهمية للعديد من الصناعات، فهو جزء لا يتجزأ من العديد من عمليات الإنتاج المركزية. ومع ذلك، فإنه يتطلب تكاليف معينة، تشمل الآلات والتركيبات والطاقة والصيانة. لذا، من الضروري فهم المعايير التي يجب مراعاتها عند شراء مضخة تفريغ. من المهم أيضًا فهم العوامل التي تؤثر على كفاءة مضخة التفريغ.
يُعدّ معدل التدفق عاملاً مهماً آخر في تحديد أداء مضخة التفريغ. يُقاس معدل التدفق بعدد الجزيئات التي يمكن ضخها في وحدة الزمن عند درجة حرارة ثابتة. كما يُمكن استخدام معدل التدفق لتقييم معدلات تسرب الحجم والضغط عند جانب التفريغ. وبهذه الطريقة، يُمكن الحكم على كفاءة مضخة التفريغ من خلال سرعة ومعدل تدفق التسرب.

الضغط الجوي

تعمل مضخات التفريغ عن طريق سحب السوائل أو الهواء إلى داخل وعاء. تُقاس كمية التفريغ التي يمكن أن تُحدثها المضخة بوحدات ضغط تُسمى الضغط الجوي (atms). يساوي ضغط مضخة التفريغ الفرق بين الضغط الجوي والضغط داخل النظام.
تتناسب قوة التصادم بين جزيئات الهواء طرديًا مع عدد مرات التصادم. لذا، كلما زاد عدد مرات التصادم، زاد الضغط. إضافةً إلى ذلك، تمتلك جميع الجزيئات نفس مقدار الطاقة عند أي درجة حرارة، وينطبق هذا على الغازات النقية والمختلطة على حد سواء. مع ذلك، تتحرك الجزيئات الأخف وزنًا بسرعة أكبر من الجزيئات الأثقل، لكن معدل انتقال الطاقة يبقى ثابتًا في الحالتين.
ليس الفرق بين الضغط الجوي والضغط المقاس واضحًا دائمًا. تستخدم بعض التطبيقات مصطلحًا واحدًا لوصف الآخر. ورغم أن المفهومين متقاربان، إلا أن هناك اختلافات جوهرية. في معظم الحالات، يكون الضغط الجوي أعلى من الضغط المقاس. ونتيجة لذلك، قد يكون اختيار مضخة تفريغ أمرًا محيرًا.
إحدى الطرق هي استخدام مانومتر أنبوبي على شكل حرف U، وهو جهاز صغير يقيس الفرق بين الضغط الجوي والفراغ. يُستخدم هذا الجهاز عادةً لمراقبة أنظمة الفراغ، حيث يمكنه قياس الضغط السلبي والإيجابي. إضافةً إلى ذلك، فهو يستخدم نسخة إلكترونية من مقياس الضغط.
يؤثر الضغط الجوي على أداء مضخة التفريغ. عند العمل مع المواد المسامية، يجب أن تتغلب المضخة على التسريب. لذلك، يجب أن تكون ذات سعة كافية للتعويض عن التغيرات في مسامية قطعة العمل. ولهذا السبب، من الضروري شراء مضخة تفريغ ذات سعة كبيرة بما يكفي للتعامل مع هذا التغير.

التطبيق النموذجي

تُستخدم مضخات التفريغ في تطبيقات متنوعة. فهي تولد ضغوطًا منخفضة وعالية، وتُستخدم لتبخير الماء أو الغازات من مواد مختلفة. كما تُستخدم أيضًا في عمليات تجديد البترول وإعادة تكريره. تشمل التطبيقات النموذجية لمضخات التفريغ ما يلي: أ.
ب. تُستخدم المضخات الدوارة ذات الريش في العديد من تطبيقات التفريغ. وهي مناسبة للتطبيقات الصناعية، والتجفيف بالتجميد، وصناعة الخزائن. تستخدم هذه المضخات الزيت كمادة مانعة للتسرب ومبردة، مما يسمح لها بالعمل بكفاءة عالية في تطبيقات متنوعة. وهذا يجعلها مثالية للاستخدام في العديد من الصناعات.
يُعدّ معدل ضخ مضخة التفريغ عاملاً مهماً، إذ يُشير إلى حجم الهواء المضخوخ من نقطة معينة بمعدل محدد. فكلما زادت السرعة، زادت سرعة طرد الهواء. ويختلف هذا المعدل تبعاً لتركيب الغاز. لذا، عند اختيار مضخة التفريغ، ينبغي مراعاة تركيب الغاز ومتطلبات العملية.
تُستخدم مضخات التفريغ في العديد من الصناعات، من المختبرات إلى المرافق الطبية. في التطبيقات الطبية، تُستخدم في العلاج الإشعاعي والمستحضرات الصيدلانية المشعة. كما تُستخدم في أجهزة قياس الطيف الكتلي، وهي أجهزة تُستخدم لتحليل المواد الصلبة والسائلة والسطحية. وتُستخدم مضخات التفريغ أيضًا في الطلاءات الفراغية الزخرفية ومكونات محركات سيارات الفورمولا 1. وتُعدّ مكبس النفايات مثالًا آخر على استخدام مضخات التفريغ.
تُستخدم مضخات التفريغ في تطبيقات متنوعة، منها تنقية المياه وتهويتها. كما تُستخدم في معدات طب الأسنان المحمولة والضواغط المستخدمة في هذا المجال. وتُستخدم أيضًا في قوالب زراعة الأسنان. ومن التطبيقات الشائعة الأخرى لمضخات التفريغ تهوية التربة وأخذ عينات الهواء.

تم التحرير بواسطة CX بتاريخ 18 أبريل 2023