پمپ‌های توربومولکیولار از جمله پرکاربردترین پمپ‌های خلأ بالا و خیلی بالا می‌باشند.  این پمپ‌ها قادرند تا فشارهایی در محدوده ^11- 10 میلی بار را ایجاد کنند.

پمپ‌های توربو از تعدادی روتور و استاتور تشکیل شده‌اند که بر روی آنها پره‌هایی با زوایای مشخص قرار دارد. روتورها در پمپ توربو با سرعت بالا چرخیده و با برخورد مولکول‌ها به پره‌ها(پس از ورود به دهانه پمپ)، تکانه حرکتی بگونه‌ای به مولکول‌ها منتقل می‌شود که به سمت خروج(پمپ پشتیبان) پرتاب شوند(شکل 1). پمپ‌های توربو از چندین مرحله روتور و استاتور تشکیل شده‌اند که در هر مرحله یک فشرده‌سازی بر روی گاز انجام می‌شود و در انتها فشار به محدوده‌ای می‌رسد(خلأ متوسط و پایین) که توسط پمپ پشتیبان قابل تخلیه باشد.

شکل 1- نحوه عملکرد پمپ توربو

پمپ‌های توربو مخصوص خلأ بالا و خیلی بالا بوده زیرا تعداد مولکول‌ها باید به اندازه‌ای کم باشد که پس از برخورد با سطح پره بدون برخورد با سایر ذرات و پیش‌از از دست دادن تکانه خود دراثر برخورد با سایر ذرات، به پره بعدی برسد.

سرعت تخلیه پمپ‌های توربو به سایز دهانه ورودی، سرعت چرخش پره‌ها، ساختار داخلی پمپ و همچنین نوع گازهای داخل محفظه بستگی دارد. پمپ‌های توربو معمولا کمترین سرعت تخلیه را برای گاز هیدروژن دارند.

شکل 2- سرعت تخلیه پمپ توربو مولکولار برای گازهای مختلف

پمپ‌های توربو در فشارهای اتمسفری قابل استفاده نبوده و بایستی ابتدا محفظه تا فشار مشخصی تخلیه شده و سپس پمپ توربو شروع بکار نماید. پمپ‌های توربو جدید معمولا از محدوده کمتر از 1 میلی بار قادرند تا شروع بکار کنند ولی بهترین سرعت تخلیه در فشارهای پایین‌تر از ^2- 10 میلی بار حاصل می‌شود. در دفترچه فنی پمپ‌های توربو معمولا محدوده فشار عملکردی آنها مشخص شده است.

اجزء مختلف پمپ توربو

اجزاء مختلف یک پمپ توربو در شکل 3 نشان داده شده است.

شکل 3- اجزاء مختلف پمپ توربو

مکانیز چرخش پمپ توربو

سرعت چرخش پمپ‌های توربو بسته به اندازه دهانه‌ها و ساختار آن می‌تواند بین 14000 rpm تا 120000 rpm تغییر می‌کند و ازین رو جهت تولید چنین سرعت بالایی نیاز به سیستم چرخش پیشرفته و دقیقی می‌باشد. سیستم چرخش پمپ‌های توربو شامل یک موتور الکتریکی DC ، بلبرینگ‌ها و بخش کنترل آن(درایور) می‌باشد.

 بلبرینگ‌های پمپ‌های توربو دارای انواع مختلفی هستند.

بلبرینگ‌های فلزی و سرامیکی: این بلبرینگ‌ها ممکن است از فلز  و یا سرامیک ساخته شده باشند. این بلبرینگ‌ها دارای روغن و یا گریس برای روانکاری هستند. در انواع روغنی امکان نصب در هر جهت وجود ندارد و ولی در نمونه‌هایی که از گریس استفاده می‌شود می‌توان پمپ را در هر جهت نصب نمود.

شناوری مغناطیسی: شناوری مغناطیسی دارای یک سیستم معلق‌سازی مغناطیسی هستند. تکنولوژی این بلبرینگ‌ها بسیار پیشرفته بوده و شامل مجموعه‌ای از حسگرها هستند که موقعیت بلبرینگ در طول چرخش را حفظ می‌کند. این سیستم دارای یک سیستم کنترل نیز می‌باشد که معمولا با درایور موتور بصورت یکجا قرار دارند. توربوهایی با بلبرینگ‌های مغناطیسی قادرند در هر جهت نصب شوند. صدای کمتری تولید می‌کنند و نیاز به نگهداری و مراقبتی ندارند.

بلبرینگ‌های پمپ توربو نیاز به خنک‌کاری داشه و به همین دلیل بسیاری از پمپ‌ها آب خنک و یا هواخنک هستند.

شکل 4- پمپ توربو با سیستم هواخنک

سیستم کنترل پمپ‌های توربو علاوه بر کنترل سرعت چرخش و وضعیت بلبرینگ‌ها، دمای بلبرینگ‌ها و موتور، توان مصرفی و برخی دیگر از پارامترها را بمنظور افزایش ایمنی پمپ‌ها بررسی می‌کند. بخش کنترل ممکن است بر روی بدنه پمپ توربو نصب باشد و یا ممکن است جدا بوده و از طریق کابل به پمپ متصل شود. امروزه بسیاری از کنترلر‌های توربو قابلیت اتصال به کامپیوتر و کنترل از راه دور را فراهم نموده‌اند.

شکل 5- کنترلر متصل به پمپ(a) و کنترلر مجزا از پمپ توربو(b)

بر روی اغلب پمپ‌های توربو مسیر هوادهی و گازدهی نیز تعبیه شده است. با قرار دادن شیر بر روی این مسیرها، می‌توان در طول فرآیند از آنها استفاده نمود. برای مثال در تخلیه گازهای خورنده با استفاده از مسیر گازدهی(purge) و تزریق کنترل شده گاز خنثی، می‌توان از آسیب به اجزاء داخلی پمپ جلوگیری نمود. در برخی از کنترلرهای پمپ‌های توربو، امکان اتصال شیرهای هوادهی و گازدهی نیز وجود دارد.

آرایش پمپ‌های پشتیبان مناسب پمپ توربومولکولار

پمپ‌های توربو نیز همانند پمپ‌های دیفیوژن(جهت آشنایی با پمپ دیفیوژن می‌توانید این مقاله را مطالعه نمایید) نمی‌توانند گاز خروجی را در فشار اتمسفر رهاسازی کنند و نیازمند یک پمپ پشتیبان هستند.  محدوده فشار پشتیبان برای پمپ‌های توربو بسته به نوع طراحی متفاوت است. در پمپ‌های قدیمی فشارهای مسیر پشتیبان باید کمتر از ^1- 10 میلی بار باشد ولی در پمپ‌های جدید با تغییراتی که در طراحی آن ایجاد کرده‌اند قادرند در فشارهای پشتیبان بالاتر تا محدوده چند میلی بار نیز با حداکثر سرعت تخلیه، کار کنند(شکل زیر). محدوده فشار پشتیبان پمپ‌های توربو در دفترچه‌های فنی آنها ذکر شده است.

شکل 6- سرعت تخلیه پمپ توربو براساس فشار مسیر پشتیبان

انواع پمپ‌هایی که می‌توان برای پمپ پشتیبان توربو مورد استفاده قرار دارد عبارتند از:

• پمپ روتاری روغنی(تک مرحله‌ای و یا دو مرحله‌ای)
• پمپ‌های خشک مانند پمپ دیافراگمی، اسکرول، اسکرو، پیستونی و همچنین روتس

آرایش مناسب پمپ پشتیبان در یک سیستم با پمپ توربو در شکل زیر نشان داده شده است.

شکل 7- آرایش مناسب پمپ پشتیبان در سیستمی با پمپ توربومولکولار

• استفاده از شیر خلأ بالا در سیستم‌هایی با پمپ توربو الزامی نمی‌باشد(برخلاف پمپ دیفیوژن).
• استفاده از شیر هوادهی درصورت استفاده از شیر هوادهی پمپ توربو الزامی نمی‌باشد.
• فشارسنج متصل به محفظه لازم است تا قابلیت اندازه‌گیری خلأ پایین و همچنین خلأ بالا را داشته باشد. بدین منظور می‌توان از دو فشارسنج و یا فشارسنج‌های محدوده وسیع استفاده نمود.(جهت آشنایی با فشارسنج‌ها می‌توانید مقالات آشنایی با فشارسنج‌ها را مطالعه نمایید)
• استفاده از فشارسنج در مسیر پشتیبان (بین پمپ پشتیبان و پمپ توربو) الزامی نمی‌باشد اگرچه توصیه می‌شود فشار این ناحیه کنترل شود.(برخلاف پمپ دیفیوژن که استفاده از این فشارسنج الزامی است)
• در انتخاب پمپ پشتیبان، علاوه بر فشار نهایی پمپ پشتیبان باید به سرعت تخلیه آن نیز توجه نمود. این سرعت تخلیه باید متناسب با سرعت تخلیه پمپ توربو انتخاب شود. بدین منظور می‌توان به دفترچه فنی پمپ خلأ مراجعه نمود.(و همچنین می‌توانید این مقاله را مطالعه کنید)

مزایای پمپ‌های توربو(در مقایسه با پمپ دیفیوژن)

• زمان راه‌اندازی و ازکاراندازی کوتاه
• قابل نصب در هر جهت(در برخی از مدل‌ها)
• سیستم کم‌قطعه و ساده(منظور مجموعه پمپ و سیستم‌های پشتیبان آن)
• عدم حساسیت به قطع برق
• فشار پشتیبان بالا
• عدم افت سرعت تخلیه بدلیل سیستم ساده(نبود تله‌های سرد و شیرهای اضافی)
• تمیز و بدون روغن
• قابلیت تخلیه محیط‌های فعال
• نگهداری و پشتیبانی ساده

معایب پمپ‌های توربو(در مقایسه با پمپ دیفیوژن)

• سیستم کاملا مکانیکی
• قیمت بالا
• عدم ساخت در سایزهای بزرگ
• حساسیت بالا نسبت به ورود ذرات خارجی
• تعمیرات گران قیمت
• امکان تاثیر متقابل امواج الکترومغناطیس
• مقدار جزئی لرزش پمپ حین کار

نکاتی پیرامون استفاده از پمپ‌های توربو

• مطالعه کامل و دقیق راهنمای پمپ اکیدا توصیه می‌گردد.
• حفاظت دهانه ورودی دربرابر ورود ذرات خارجی دارای اهمیت بسیار بالایی است. در دهانه ورودی اغلب پمپ‌های توربو توری بدین منظور نصب شده است. از جدا کردن آن اکیدا خودداری شود. ورود اجسام خارجی بزرگ به داخل پمپ در حین کارکرد آن، ممکن است سبب خرد شدن پره‌ها و از بین رفتن پمپ گردد.(شکل 8)
• پمپ توربو بهتر است دور از حرارت مستقیم قرار گیرد(البته در برخی از پمپ‌های توربو امکان گرم کردن آن(Baking) جهت رسیدن به خلأ خیلی بالا تعبیه شده است).
• توصیه می‌شود پمپ توربو در مسیر مستقیم مواد تبخیر شده قرار نگیرد.
• خنک‌کاری مناسب برای پمپ توربو الزامی است(استفاده از سوئیچ‌های حرارت و جریان آب بمنظور حفاظت بیشتر)
• استفاده از آب با کیفیت مناسب جهت جلوگیری از رسوب و خوردگی مسیر آبگرد پمپ اکیدا توصیه می‌گردد.
• از لرزش پمپ درحین کار باید جلوگیری شود(نصب مناسب و در محل بدون لرزش).
• از راه‌انداری در فشار بالا با استفاده از یک مکانیزم حفاظتی خودداری شود.
• جهت جلوگیری از کاهش سرعت تخلیه موثر، مسافت و قطر لوله‌ها و دهانه‌ها بدرستی و مطابق الزامات پمپ استفاده شوند(این مقاله مطالعه شود).
• در سیستم‌های تمیز، درصورت استفاده از پمپ پشتیبان روغنی، از تله جاذب روغن در دهانه ورودی پمپ روغنی استفاده شود.
• جابه‌جایی و حرکت پمپ تنها در زمانی که پمپ کاملا متوقف است انجام شود. با توجه به سرعت چرخش بالا، حرکت پمپ سبب آسیب به بلبرینگ‌ها می‌شود و ممکن است در عملکرد سیستم شناوری مغناطیسی اشکال ایجاد کند.
• پمپ‌های توربو نسبت به ورود ناگهانی هوا حساس بوده و بطور کلی کار کردن در معرض فشارهای بالا در دراز مدت سبب آسیب رسیدن به آنها می‌شود. به همین دلیل تا توقف کامل پره ها از هوادهی کامل محفظه خودداری نمایید.
• پیشنهاد می شود که از گاز خشک برای هوادهی(vent) پمپ استفاده شود.
• نحوه نصب و جهت نصب مطابق دفترچه راهنمای پمپ انجام گیرد.

شکل 8- خرد شدن پره‌های پمپ توربو دراثر ورود جسم خارجی

شرکت پایا صنعت خلأ آماده تهیه انواع پمپ‌های توربو برای شما می‌باشد. این شرکت همچنین می‌تواند در زمینه ارائه مشاوره و آموزش درکاربری پمپ‌های توربو به شما یاری رساند.