מבוא למשאבות ואקום
בעת תכנון או הפעלה של מערכת ואקום, חשוב להבין את תפקידן של משאבות הוואקום. נסקור את הסוגים הנפוצים ביותר של משאבות ואקום, עקרונות פעולתן והיכן במערכת הן משמשות.
קטגוריות משאבה (לפי לחץ הפעלה)
משאבות ואקום מסווגות לפי טווח לחץ הפעולה שלהן וככאלה מסווגות כמשאבות ראשוניות, משאבות דחף או משאבות משניות. בתוך כל טווח לחץ ישנם מספר סוגי משאבות שונים, כל אחד משתמש בטכנולוגיה שונה, ולכל אחד מהם כמה יתרונות ייחודיים בהתייחס לקיבולת לחץ, קצב זרימה, עלות ודרישות תחזוקה.
ללא קשר לעיצובם, עקרון הפעולה הבסיסי זהה. משאבת הוואקום פועלת על ידי הוצאת מולקולות האוויר וגזים אחרים מתא הוואקום (או מצד היציאה של משאבת ואקום גבוהה יותר אם מחוברת בטור). בעוד הלחץ בתא מופחת, הסרת מולקולות נוספות הופכת קשה יותר להסרה אקספוננציאלית. כתוצאה מכך, מערכת ואקום תעשייתית (איור 1) חייבת להיות מסוגלת לפעול על חלק מטווח לחץ גדול במיוחד, המשתנה בדרך כלל בין 1 ל-10-6 טור של לחץ. ביישומים מחקריים ויישומים מדעיים, זה מורחב ל-10-9 Tor או פחות. על מנת להשיג זאת, משתמשים במספר סגנונות שונים של משאבות במערכת טיפוסית, כל אחת מכסה חלק מטווח הלחץ, ופועלת לפעמים בטור.
מערכות ואקום ממוקמות בקבוצה הרחבה הבאה של טווחי לחץ:
- ואקום גס/נמוך: > אטמוספירה של 1 טור
- ואקום בינוני: 1 טור עד 10-3 טור
- ואקום גבוה: 10-3 טור עד 10-7 טור
- ואקום אולטרה-גבוה: 10-7 טור עד 10-11 טור
- ואקום גבוה במיוחד: < 10-11 טור
לאחר מכן ניתן לחלק את סוגי המשאבות השונים עבור טווחי ואקום אלה לסוגים הבאים:
- משאבות ראשוניות (גביות): טווחי לחץ ואקום גסים ונמוכים.
- משאבות בוסטר (מאיץ): טווחי לחץ ואקום גסים ונמוכים.
- משאבות משניות (וואקום גבוה): טווחי לחץ ואקום גבוהים, גבוהים מאוד וגבוהים במיוחד.
 |
| איור 1 – מערכת ואקום תעשייתית טיפוסית |
טרמינולוגיה
שתי הטכנולוגיות בהן משתמשות משאבות ואקום הן העברת גז ולכידת גז (איור 2).
משאבות העברה פועלות על ידי העברת מולקולות הגז על ידי חילופי מומנטום (פעולה קינטית) או תזוזה חיובית. אותו מספר של מולקולות גז יוצאות מהמשאבה כשנכנסות אליה והגז נמצא מעט מעל הלחץ האטמוספרי בעת הוצאתו. היחס בין לחץ הפליטה (יציאה) ללחץ הנמוך ביותר שהושג (כניסה) מכונה יחס הדחיסה.
משאבות העברה קינטית עובדות על העיקרון של העברת מומנטום, ומכוונות גז לכיוון יציאת המשאבה כדי לספק הסתברות מוגברת של מולקולה לנוע לכיוון היציאה באמצעות להבים במהירות גבוהה או אדים מוכנסים. למשאבות קינטיות אין בדרך כלל נפחים אטומים אך יכולות להשיג יחסי דחיסה גבוהים בלחצים נמוכים.
משאבות להעברת עקירה חיובית פועלות על ידי לכידה מכנית של נפח גז והזזתו דרך המשאבה. לעתים קרובות הם מתוכננים במספר שלבים על גל הינע משותף. הנפח המבודד נדחס לנפח קטן יותר בלחץ גבוה יותר, ולבסוף, הגז הדחוס נפלט לאטמוספירה (או למשאבה הבאה). מקובל להשתמש בשתי משאבות העברה בטור כדי לספק ואקום וקצב זרימה גבוהים יותר. לדוגמה, ניתן לרכוש משאבה טורבומולקולרית (קינטית) בטור עם משאבת גלילה (Positive displacement) כמערכת ארוזה.
 |
| איור 2 – סוגי משאבות ואקום |
משאבות ראשוניות (גביות).
משאבת שבשבת אטומה בשמן (רטוב, עקירה חיובית)
במשאבת השבשבת הסיבובית, הגז נכנס לפתח הכניסה ונלכד על ידי רוטור המותקן בצורה אקסצנטרית אשר דוחס את הגז ומעביר אותו לשסתום הפליטה (איור 3). השסתום קפיץ ומאפשר לפרוק את הגז בעת חריגה מהלחץ האטמוספרי. שמן משמש לאיטום ולקרר את השבטים. הלחץ שניתן להשיג עם משאבה סיבובית נקבע על פי מספר השלבים בהם נעשה שימוש והסובלנות שלהם. עיצוב דו-שלבי יכול לספק לחץ של 1× 10-3 mbar. יש לו מהירות שאיבה של 0.7 עד 275 מ"ק לשעה (0.4 עד 162 רגל 3 לדקה).
 |
| איור 3 – חתך של משאבה רטובה טיפוסית |
 |
| איור 4 – חתך של משאבת טבעת טיפוסית |
משאבת דיאפרמה (תזוזה יבשה, חיובית)
דיאפרגמה מכופפת במהירות על ידי מוט הרוכב על פקה המסובבת על ידי מנוע, מה שגורם להעברת גז בשסתום אחד והחוצה מהשני. זה קומפקטי ובעל תחזוקה נמוכה. אורך החיים של הדיאפרגמות והשסתומים הוא בדרך כלל מעל 10,000 שעות עבודה. משאבת הדיאפרגמה (איור 5) משמשת לגיבוי משאבות טורבו-מולקולריות קטנות מורכבות ביישומי ואקום נקיים וגבוהים. זוהי משאבת קיבולת קטנה בשימוש נרחב במעבדות מו"פ להכנת דגימות. ניתן להשיג לחץ אולטימטיבי טיפוסי של 5 x 10 -8 mbar כאשר משתמשים במשאבת הסרעפת לגיבוי משאבה טורבו-מולקולרית מורכבת. יש לו טווח מהירות שאיבה של 0.6 עד 10 מ"ק לשעה (0.35 עד 5.9 רגל 3 לדקה).
 |
| איור 5 – חתך של משאבת דיאפרמה טיפוסית |
משאבת גלילה (יבש, עקירה חיובית)
משאבת הגלילה (איור 6) משתמשת בשתי מגילות שאינן מסתובבות, אלא שבהן הפנימית סובבת ולוכדת נפח גז ודוחסת אותו בנפח הולך ופוחת; דוחסים אותו עד שהוא מגיע לנפח מינימלי וללחץ מקסימלי במרכז הספירלות, היכן שהשקע נמצא. אטם קצה פולימר ספירלי (PTFE) מספק אטימה צירית בין שתי המגילות ללא שימוש בחומר סיכה בזרם הגז הנסחף. ניתן להשיג לחץ אולטימטיבי טיפוסי של 1 x 10-2 mbar. יש לו טווח מהירות שאיבה של 5.0 עד 46 מ"ק לשעה (3.0 עד 27 רגל 3 /דקה).
 |
| איור 6 – חתך של משאבת גלילה טיפוסית |
משאבות בוסטר
משאבת שורשים (תזוזה יבשה, חיובית)
משאבת השורשים (איור 7) משמשת בעיקר כמאיץ ואקום ונועדה לסלק כמויות גדולות של גז. שתי אונות משתלבות ללא נגיעה ומסתובבות נגדית כדי להעביר את הגז ברציפות בכיוון אחד דרך המשאבה. זה מגביר את הביצועים של משאבה ראשונית/גבית, מגביר את מהירות השאיבה בכ-7:1 ומשפר את הלחץ הסופי בכ-10:1. למשאבות שורשים יכולות להיות שתי אונות או יותר. ניתן להשיג לחץ אולטימטיבי טיפוסי של < 10-3 טור (בשילוב עם משאבות ראשוניות). הוא יכול להשיג מהירויות שאיבה בסדר גודל של 100,000 מ"ק לשעה (58,860 רגל 3 לדקה).
 |
| איור 7 – חתך של משאבת שורשים טיפוסית |
משאבת טפרים (יבש, עקירה חיובית)
משאבת הטפרים (איור 8) כוללת שני טפרים מסתובבים נגדית ופועלת בדומה למשאבת השורשים, אלא שהגז מועבר בציר, ולא מלמעלה למטה. הוא משמש לעתים קרובות בשילוב עם משאבת שורשים, שהיא שילוב משאבת שורשים-טופר ראשונית שבה יש סדרה של שלבי שורשים וציפורניים על פיר משותף. הוא מיועד לסביבות תעשייתיות קשות ומספק קצב זרימה גבוה. ניתן להשיג לחץ סופי טיפוסי של 1 x 10 -3 mbar. יש לו טווח מהירות שאיבה של 100 עד 800 מ"ק לשעה (59 עד 472 רגל 3 /דקה).
 |
| איור 8 2 – חתך של משאבת טפרים טיפוסית |
משאבת בורג (יבש, תזוזה חיובית)
משאבת הברגים (איור 9) משתמשת בשני ברגים מסתובבים, אחד שמאלי ואחד ימני, שמתערבים בלי לגעת. הסיבוב מעביר את הגז מקצה אחד לשני. הברגים מתוכננים כך שהרווח ביניהם מצטמצם ככל שהגז עובר, והוא נדחס, מה שגורם ללחץ מופחת בקצה הכניסה. משאבה זו כוללת יכולת תפוקה גבוהה, טיפול טוב בנוזלים, וסובלת אבק וסביבות קשות. ניתן להשיג לחץ אולטימטיבי טיפוסי של בערך 1 x 10 -2 טור. יש לו טווח מהירות שאיבה של עד 750 מ"ק לשעה (440 רגל 3 לדקה).
 |
| איור 9 – חתך של משאבת בורג טיפוסית |
משאבות משניות
משאבות טורבומולקולריות (יבש, העברה קינטית)
משאבות טורבומולקולריות (איור 10) פועלות על ידי העברת אנרגיה קינטית למולקולות גז באמצעות להבים בעלי זווית מסתובבים במהירות גבוהה המניעים את הגז במהירויות גבוהות: מהירות קצה הלהב היא בדרך כלל 250 -300 מ' לשנייה (670 מייל/שעה). העברת מומנטום מהלהבים המסתובבים אל הגז, הם מספקים סבירות גדולה יותר של מולקולות לנוע לכיוון היציאה. הם מספקים לחצים נמוכים ושיעורי העברה נמוכים. ניתן להשיג לחץ אולטימטיבי טיפוסי של פחות מ-7.5 x 10 -11 טור. יש לו טווח מהירות שאיבה של 50 – 5000 ליטר לשנייה. שלבי השאיבה עם הלהב משולבים לעתים קרובות עם שלבי גרר המאפשרים למשאבות טורבומולקולריות לצאת ללחצים גבוהים יותר (> 1 טור).
 |
| איור 10 – חתך של משאבה טורבומולקולרית טיפוסית |
משאבות דיפוזיה אדים (רטוב, העברה קינטית)
משאבות דיפוזיה של אדים (איור 11) מעבירות אנרגיה קינטית למולקולות גז באמצעות זרם שמן מחומם במהירות גבוהה ה"גורר" את הגז מהכניסה ליציאה, ומספק לחץ מופחת בכניסה. משאבות אלו כוללות טכנולוגיה ישנה יותר, מוחלפת במידה רבה על ידי משאבות טורבומולקולריות יבשות. אין להם חלקים נעים והם מספקים אמינות גבוהה בעלות נמוכה. ניתן להשיג לחץ אולטימטיבי טיפוסי של פחות מ-7.5 x 10 -11 טור. יש לו טווח מהירות שאיבה של 10 – 50,000 ליטר לשנייה.
 |
| איור 11 – חתך של משאבת דיפוזיה טיפוסית |
משאבות קריו Cryo pump או Cryogenics (יבש, לכידה)
משאבת קריו ה-Cryo pump או Cryogenics (איור 12) פועלת על ידי לכידה ואחסון של גזים ואדים, במקום העברתם דרך המשאבה. הם משתמשים בטכנולוגיה קריוגנית כדי להקפיא או ללכוד את הגז למשטח קר מאוד (קריו עיבוי או קריוספציה) ב-10°K עד 20°K (מינוס 260°C). משאבות אלו יעילות מאוד אך בעלות יכולת אחסון גז מוגבלת. יש להסיר מדי פעם גזים/אדים שנאספו מהמשאבה על ידי חימום פני השטח ושאיבתם דרך משאבת ואקום אחרת (המכונה רגנרציה). משאבות קריו דורשות מדחס קירור לקירור המשטחים. משאבות אלו יכולות להשיג לחץ של 7.5 x 10 -10 טור ובעלות טווח מהירות שאיבה של 1200 עד 4200 ליטר לשנייה.
 |
| איור 12 – חתך רוחב של משאבת קריו Cryo pump או Cryogenics טיפוסית |
משאבות יונים מתרסקות (יבשות, לכידה)
משאבת יונים מקפיצה (איור 13) לוכדת גזים תוך שימוש בעקרונות של גטרינג (לפי חומרים פעילים מבחינה כימית מתחברים עם גזים כדי להסיר אותם) ויינון (מולקולות גז נעשות מוליכות חשמלית ונלכדות). שדה מגנטי גבוה בשילוב עם מתח גבוה (4 עד 7kV), יוצר ענן של יונים חיוביים לאלקטרונים (פלזמה) המופקדים על קתודה טיטניום ולעיתים קתודה נוספת משנית המורכבת מטנטלום. הקתודה לוכדת את הגזים, וכתוצאה מכך נוצר סרט גטר. תופעה זו מכונה מקרטעת. יש להחליף את הקתודה מעת לעת. למשאבות אלו אין חלקים נעים, תחזוקה נמוכה ויכולות להשיג לחץ נמוך של 7.5 x 10 -12 טור. יש להם שאיבה מקסימלית של 1000 l/s.
 |
| איור 13 – חתך של משאבת יונים טיפוסית |
לסיכום…
הסוגים השונים של משאבות ואקום תוארו כאן בקצרה, אך יש צורך בדיון מפורט יותר בכל אחת מהן כדי להבין היטב את היתרונות והמגבלות של כל טכנולוגיה, ואנו נשמח לעמוד לרשותכם ולייעץ לכם בבחירת משאבה, ברכישה, בהתקנה ובתחזוקת כל משאבת ואקום. אנו מעמידים לבחירתכם משאבות ממיטב היצרנים העולמיים המובילים.
מאמר מקיף על בחירת משאבת ואקום נכונה לכם ניתן למצא אצלנו בקישור.
הזמנת כל סוגי משאבות ואקום מהטובות בעולם
חברת אס.די.איי טכנולוגיות סמיקונדקטור בע"מ בעלת ניסיון של למעלה מ-20 שנה במכירות התקנות ושירות משאבות ואקום לשוק יצרני המוליכים למחצה, לשוק תעשיית המוצרים הכימיקליים בישראל, לתעשיות התרופות, לתעשיות צבאיות ולמעבדות מחקר וייצור, במרכזים רפואיים, אוניברסיטאות ומוסדות מחקר. אצלנו המבחר הגדול ביותר בישראל של משאבות ואקום וציוד למגוון רחב של יישומי הואקום, ממיטב היצרנים בעולם.
חברת SDA-TECH מציעה את המבחר הגדול ביותר בישראל של משאבות ואקום, למגוון יישומי הואקום הנרחב ביותר, ממיטב היצרנים בעולם. חברת אס.די.איי מספקת מגוון נרחב של ציוד ושירותים עבור תעשיות ומפעלים מובילים כגון יצרני המוליכים למחצה, לרבות תיכנון והתקנת משאבות ואקום חדשות, תחזוקה ותיקון משאבות ואקום, שיפוץ משאבות ואקום, קוורץ (סיליקה), מחברים חשמליים, ציוד וכלים לייצור מוליכים למחצה, אספקת והתקנת חלקי חילוף, בדיקות דליפות מערכות ואקום, רובוטים ושירותי תיקון. ברגע שבוצעה התאמה מושלמת, ישלח אליכם צוות מקצועי להתקנה של משאבות הואקום בתהליך יעיל ומהיר.
אנו מספקים שרותי תכנון ופיתוח מקצועיים המותאמים לצרכיכם, ונלווה אתכם במקצועיות בכל שלבי העבודה, מתכנון המערכת, אספקה, התקנה ותמיכה טכנית כדי שאתם תוכלו להתקדם בפרוייקט שלכם בראש שקט.
הניסיון והמקצועיות שנצברו אצלנו במשך למעלה מעשרים שנות פעילותנו בתחום משאבות הוואקום יספקו לך את הפתרון המקצועי והטוב ביותר והמותאם לצרכיך, על ידי מיטב אנשי המקצוע שלנו הכוללים מהנדסים הנדסאים וטכנאים מוסמכים ומנוסים. חשוב לנו שתהיה מרוצה, ואצלנו הצלחתך היא גם הצלחתנו!
לקבלת ייעוץ בבחירת משאבת וואקום, להזמנת משאבת וואקום, להתקנה, שירות או שיפוץ של משאבות ואקום צור עימנו קשר או טלפן אלינו או פנה בווטסאפ לצוות המקצועי שלנו עוד היום.