Trong cuộc sống ngày nay cụm từ “Kỹ thuật chân không” hẳn không còn xa lạ với bất kỳ ai nữa. Chắc rằng hẳn bạn đã nghe ít nhất một lần cụm từ “Kỹ thuật chân không”, có thể là trên đài báo, trên tivi, trên internet,…
Đúng vậy, kỹ thuật chân không là một ngành kỹ thuật được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống chúng ta hiện nay. Bạn có thể thấy các ứng dụng kỹ thuật chân không trong sản xuất công nghiệp đóng gói sản phẩm, trong y tế, trong ngành luyện kim, trong các thiết bị làm mát, làm lạnh, và cả trong nghiên cứu khoa học nữa. Trước tiên bàn về từ “chân không”. Môi trường chân không theo lý thuyết là môi trường không chứa vật chất. Tức là không có áp suất. Hay chính là áp suất tuyệt đối bằng 0. Tuy nhiên trong thực tế, một môi trường chân không hoàn hảo như lý thuyếtgần như không tồn tại. Vậy cái mà “kỹ thuật chân không” đang tạo ra hiện nay chỉ là các môi trường gần chân không. Tức là trong các môi trường này vẫn có áp suất, nhưng là áp suất chân không. Khái niệm áp suất chân không các bạn hiểu đơn giản là áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển. Để tạo ra môi trường chân không người ta sử dụng các loại máy hút, gọi chung là máy bơm hút chân không.
Phân loại bơm hút chân không
1. Theo áp suất chân không:
Bơm chân không thấp (p>100Pa),
Bơm chân không trung bình (100Pa>p>0.1Pa),
Bơm chân không cao (0.1Pa>p>10−5Pa),
Bơm chân không siêu cao (p<10−5Pa).
2. Theo chất lỏng công tác:
Bơm hút chân không vòng nước;
Bơm hút chân không vòng dầu;
Bơm hút chân không khô.
3. Theo cấu trúc của máy bơm:
Bơm hút chân không kiểu cánh gạt;
bơm hút chân không kiểu piston;
Bơm hút chân không kiểu rotor kép;
Nguyên lý hoạt động của bơm hút chân không
Phân tích cấu trúc của các máy bơm hút chân không đều thấy rằng, hầu hết các máy bơm chân không đều làm việc theo nguyên lý choán chỗ, tương tự với các máy bơm thể tích. Giá trị chân không trong một không gian đóng kín (bình, bao, túi) được tạo ra bằng cách hút bớt không khí, hơi trong không gian đó bởi các khoang công tác của máy bơm (giữa các piston, các cánh gạt, …). Các khoang công tác của máy bơm có thể tích thay đổi một cách tuần hoàn. Trong một chu trình làm việc của máy bơm, khi khoang công tác có thể tích tăng lên, đây là lúc bơm thực hiện hút chất lỏng công tác (nước hoặc dầu) kèm với cả không khí, hơi. Hỗn hợp chất lỏng, không khí, hơi theo sự biến đổi thể tích của khoang công tác dần bị nén và đẩy ra khỏi cửa ra của máy bơm. Ra khỏi máy bơm, không khí và chất lỏng lại được tách ra. Chất lỏng theo bình ngưng quay lại cung cấp cho máy bơm, tạo thành một vòng khép kín. Trong một số máy bơm hút chân không, không sử dụng chất lỏng, khi đó các khoang công tác cần đảm bảo đóng kín cao.
Dưới đây chúng ta nghiên cứu cấu trúc một số dạng máy bơm hút chân không.
Một số máy bơm hút chân không
1. Máy bơm chân không rotor – cánh gạt
Rotor 5 và satato 1 được thiết kế lệch tâm. Trên rotor có 2 rãnh. Trong 2 rãnh được lắp cách cánh gạt 3 và lò xo. Lo xò đảm bảo các cánh gạt luôn tỳ vào thành stato. Khi rotor quay tạo thành 3 khoang trong máy bơm, một khoang giãn, một khoang nén, một khoang giữa. Ba khoang thay đổi một cách tuần hoàn khi rotor quay. Tại khoang giãn do thể tích tăng lên nên sẽ hút một lượng khí hoặc hơi vào khoang này. Rotor quay, khoang này trở thành khoang giữa, rồi thành khoang nén và khí hoặc hơi sẽ bị nén lại, khi áp suất tại khoang nén tăng tới một giá trị nhất định làm mở van xả 8, khí và hơi qua van xả 8 đi ra khỏi máy bơm. Cả máy bơm được nhấn ngập trong thùng dầu. Bằng cách đó dầu sẽ bít kín toàn bộ các khe hở của máy bơm ngăn không khí, hơi quay ngược trở lại, đồng thời bôi trơn, làm mát và nâng cao hiệu quả hoạt động của máy bơm.
Hình 1. Cấu trúc máy bơm chân không rotor – cánh gạt.
1 – stato; 2 – thùng chứa dầu; 3 – cánh gạt; 4 – khoang công tác; 5 – rotor; 6 – ống hút; 7 - ống xả; 8 – van xả.
Để tăng hiệu quả có thể sử dụng bơm chân không với nhiều cánh gạt
2. Máy bơm chân không stato – cánh gạt
Với kiểu máy bơm này, trục quay của rotor đồng trục với trục của stato. Rotor có dạng bánh lệch tâm. Cánh gạt 7 được lắp trên rãnh của stato. Dùng lò xo để đảm bảo đầu mút của cánh gạt luôn tiếp xúc với bề mặt rotor. Khi rotor quay, cánh gạt, và đường tiếp xúc giữa rotor và stato tạo thành 2 khoang kín. Hai khoang này bao gồm: 1 khoang giãn và 1 khoang nén. Khoang giãn hút chất khí vào, khoang nén nén chất khí lại. Áp suất không khí, hơi trong khoang nén tới 1 giá trị nhất định làm mở van xả, rotor tiếp tục quay đẩy một lượng nhất định không khí, hơi ra khỏi máy bơm. Để giảm masat quay của rotor, người ta sử dụng ổ bi cho rotor.
Hình 2. Cấu trúc máy bơm chân không stato – cánh gạt
1 – stato; 2 – rotor; 3 – vỏ máy; 4 – bánh lệch tâm; 5 – ống xả; 6 – van xả; 7 – cánh gạt; 8 – ống hút; 9 – van vào; 10 – ổ bi.
Các máy bơm kiểu cánh gạt này do ma sát lớn, nên tốc độ quay của rotor không cao. Dẫn tới hiệu suất của máy bơm cũng ko cao.
3. Máy bơm hút chân không rotor kép
Phổ biến nhất hiện nay là kiểu bơm rotor kép không sử dụng chất lỏng. Cấu trúc của máy bơm chân không dạng này bao gồm 2 rotor có dạng cánh hình số 8, 2 rotor quay đồng bồ ngược chiều bằng cách truyền động từ cặp ăn khớp bánh răng. Bằng lắp đặt chính xác đảm bảo cho trong quá trình làm việc, giữa 2 rotor và thành máy bơm luôn duy trì một khe hở nhỏ mà không tiếp xúc. Nhờ vậy gần như không bị tốn công vô ích bởi ma sát. Bởi vậy hiệu suất của máy bơm chân không này tương đối lớn.
Phân loại bơm hút chân không
1. Theo áp suất chân không:
Bơm chân không thấp (p>100Pa),
Bơm chân không trung bình (100Pa>p>0.1Pa),
Bơm chân không cao (0.1Pa>p>10−5Pa),
Bơm chân không siêu cao (p<10−5Pa).
2. Theo chất lỏng công tác:
Bơm hút chân không vòng nước;
Bơm hút chân không vòng dầu;
Bơm hút chân không khô.
3. Theo cấu trúc của máy bơm:
Bơm hút chân không kiểu cánh gạt;
bơm hút chân không kiểu piston;
Bơm hút chân không kiểu rotor kép;
