پمپ‌های توربو مولکولار

پمپ توربو مولکولار یک نوع پمپ انتقال گاز است که شبیه یک کمپرسور جریان محوری که در موتورهای جت ا ستفاده می‌شود عمل می‌کند. این پمپ‌ها مجموعه‌ای از پره‌های متحرک هستند که بوسیله پره‌های ساکن از یکدیگر بصورت یک در میان جدا شده‌اند و با سرعت بالا می‌چرخند و گاز را از داخل یک محفظه خلاء می‌مکند و به طرف یک پمپ روتاری که به دهانه خروجی آن متصل شده است هدایت می‌کنند. سرعت چرخش پره‌های متحرک در این پمپها بسته به اندازه پمپ و طراحی شرکت سازنده از ۵۰۰۰۰ الی ۹۰۰۰۰ دور بر دقیقه می‌رسد.

اصل فیزیکی حاکم بر عملکرد این پمپها همان اصل عمل و عکس العمل است که میان یک مولکول گاز و یک سطح متحرک حادث می‌شود. وقتیکه یک مولکول به یک سطح متحرک برخورد می‌کند در جهت حرکت سطح (پره‌های متحرک ) شتاب می‌گیرد و با توجه به جهت حرکت پره و زاویه آن به سمت جلو هدایت می‌شود و از میان پره ساکن عبور می‌کند و به پره متحرک بعدی می‌رسد. شیب پره‌های ساکن بگونه ای طراحی می‌شود که مانع حرکت بازگشت به عقب مولکولها ی گاز شوند و تاثیر مهم دیگر این پره‌ها این است که مانع حرکت جانبی مولکول می‌شوند که بوسیله پره متحرک ایجاد شده است و بدینوسیله مولکول‌ها را به سمت جلو هدایت می‌کنند.
سرعت چرخش پره و سرعت خطی ایجاد شده بوسیله ان باید متناسب با سرعت حرکت مولکول‌ها باشد. برای مثال هنگامی که یک پره متحرک (روتور) با سرعت ۶۰۰۰۰ دور بر دقیقه می‌چرخد و قطر متوسط پره‌های آن ۵/۷ سانتی متر است سرعت خطی در نوک پره ۲۳۶ متر بر ثانیه خواهد بود. برای مقایسه ، سرعت حرکت مولکول نیتروژن در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد ۴۷۰ متر بر ثانیه است. مولکول‌های سنگین آرامتر حرکت می‌کنند و مولکول‌های سبک سریعتر (سرعت حرکت هیدروژن ۱۹۰۰ متر بر ثانیه است ).


به همین دلیل تخلیه گازهای سبک بوسیله پمپ توربو مولکولار بسیار مشکل است. زیرا احتمال زیادی وجود دارد که بدون برخورد به پره‌های متحرک به سمت عقب برگردند. بنابراین هندسه پره‌ها و سرعت حرکت انها نقش بسزایی در کارایی این پمپ‌ها دارد. استفاده از یک پمپ روتاری دو مرحله‌ای برای رساندن فشار پشتیبان پمپ توربو مولکولار به کمتر از ۰٫۱ میلی بار بسیار ضروری است بخصوص وقتیکه گازهای دارای وزن مولکولی پائین در حال پمپ شدن هستند.
عموماً ساختار مکانیکی این پمپها به دو گونه است :
۱- جریان تکی : در این نوع پمپ گاز از طریق یک فلنج بزرگ ( دهانه ورودی ) وارد پمپ شده و از طرف دیگر پمپ که به پمپ روتاری متصل است خارج می‌شود.
۲- جریان دوگانه : در این نوع پمپها گاز از نقطه میانی پمپ وارد شده ودر دو جهت مخالف جریان می‌یابد (بالا و پائین) سپس بوسیله مجرایی که در دو انتهای پره‌ها قرار دارد به پمپ روتاری متصل می‌شود.
با توجه به سرعت زیاد این پمپها در محل یاتاقان بندی گرمای زیادی تولید می‌شود که در پمپ‌های بزرگ‌تر بوسیله جریان اب و در پمپهای کوچک بوسیله هوای ناشی از یک فن خنک کاری صورت می‌پذیرد.

با توجه به سرعت بالای روتور در این پمپها بالانس دینامیکی آن از اهمیت زیادی برخوردار است بطوریکه ایجاد یک عدم بالانس و یا ورود جریان بیش از حد گاز در سرعت‌های بالا ممکن است موجب از بین رفتن بیرینگها ی پمپ شود. (به همین منظور استفاده از توری محافظ در ورودی این پمپ‌ها قویاً توصیه می‌شود.)
عموماً بیرینگهای این پمپ‌ها روغنی هستند و بگونه ای طراحی می‌شوند که در زمان طول عمر کاری خود مرتباً خود را روغنکاری نمایند تا پمپ بتواند در سرعت‌های بالا به کار بپردازد. با توجه به وزن زیاد مولکول‌های روغن پمپ اکثر آنها را تخلیه می‌نماید و آلودگی چندانی وارد محفظه خلاء نمی‌شود.
ولی در برخی از کاربردهای خاص نظیر فیزیک هسته‌ای، آزمایشات علوم سطح، آنالیز از طریق اندازه گیری طیف جرم و لیتو گرافی با استفاده از باریکه الکترون نیاز به سیستمی با خلاء فو ق العاده تمیز داریم در نتیجه در این موارد از پمپهایی با یاتاقان‌های مغناطیسی استفاده می‌شود. در این روش روتور بوسیله میدان مغناطیسی ایجاد شده بصورت معلق بین استاتور قرار می‌گیرد در نتیجه هر گونه الودگی هیدروکربنی حذف می‌شود. استفاده از پمپهای توربو مولکولار با یاتاقان مغناطیسی نتایج زیر را به همراه دارد:
• عدم تماس اصطکاکی بیرینگها
• عدم نیاز به روانکاری
• ایجاد خلا بدون آلودگی
• سرو صدا و لرزش کم
• عدم نیاز به خنک کاری
• می‌توان پمپ را در هر جهتی نصب نمود.
گرچه این پمپها یک خلا بالای تمیز برای کاربردهای خاص ایجاد می‌کنند و مصرف انرژی آنها هم نسبت به پمپ دیفیوژن با سرعت تخلیه برابر کمتر است ولی قیمت تمام شده آنها بسیار بالاست و نسبت به ورود جسم خارجی به محدوده پمپ بسیار حساسند و ممکن است آسیب‌های جبران ناپذیر ببینند .