چگونه از یک پمپ توربومولکولار مراقبت کنیم؟

پمپ‌های توربومولکولار | چگونه از یک پمپ توربومولکولار مراقبت کنیم؟

امروزه طیف متنوعی از پمپ‌های مکانیکی برای فرایند خـلاء‌سازی (پمپ خلاء یا پمپ وکیوم)، وجود دارند که در طول سالیان متوالی اعتماد گسترده‌ای را جلب کرده‌اند. اگرچه این پمپ‌ها توان تولید خلاء متوسطی را دارند اما برای ایجاد خلاءهای بالا (HV) و خلاءهای فوق‌العاده بالا (UHV) استفاده از پمپ‌های توربومولکولار (Turbomolecular Pumps) برای تولید فیلم‌‌های نازک در دستگاه‌های تبخیر حرارتی، دستگاه‌های کندوپاش و دستگاه‌های لایه نشان کربن، امری حیاتی است. بنابراین برای بعضی از فناوری‌های مدرن و پیشرفته  استفاده از یک پمپ توربومولکولار که دارای تکنولوژی بالایی باشد، لازم است.

در مورد پمپ‌های توربومولکولار در وهله اول باید گفت که در این پمپ خلاء، هیچ گونه ماده روان‌کننده مانند روغن یا آب وجود ندارد، پس بسیار تمیز و در عین حال بسیار حساس می‌باشند. به طور معمول، تیغه‌ای چرخان با فاصله چند دهم میلیمتر از دیواره پمپ می‌چرخد و شافت روتور چند دهم میلیمتر از تیغه‌های استاتور فاصله دارد. اگرچه وجود این فواصل برای حرکت پمپ ضروری است، اما این شرایط باعث می‌شود بخش کوچکی از گاز از طریق پمپ، جریان رو به عقب داشته باشد یا در واقع، گاز به عقب برگردد. این یکی از دلایلی است که پمپ های توربومولکولی باید حتما دارای یک پمپ پشتیبان باشند، تا فشار خلاء را بر روی دریچه اگزوز ایجاد کند. به عبارت دیگر، یک پمپ توربومولکولار باید توسط یک پمپ دیگر (معمولا پمپ روتاری) پشتیبانی شود.

پمپ‌های توربومولکولار معمولا با استفاده از یک روتور چرخشی بسیار سریع و بدون جاروبک (Brushless) (معمولاً بین ۲۲۰۰۰ تا ۹۵۰۰۰ دور در دقیقه) کار می‌کنند. فشار آنها در خلاء بالا تا خلاء فوق‌العاده بالا معمولا، بین mbar 10^-۳ – ۱۰^-۱۱ است. در نتیجه، این پمپ‌ها درصورتی که به درستی از آنها استفاده نشود در معرض بیش از حد گرم شدن یا درهم شکستن می‌باشند، زیرا اجزایی از پمپ که در سرعت‌های بالایی هستند، ممکن است با تیغه‌های بی‌حرکت یا ورود جسم خارجی برخورد کنند. به همین دلیل مهندسان متخصص، نکاتی را پیشنهاد کرده‌اند که باید برای عملکرد بهتر و ماندگاری بیشتر پمپ‌های خلاء (TMP) در نظر گرفته شوند.

روش‌های نگهداری پمپ‌های توربومولکولار

• در وهله اول، لازم است محفظه و لوله‌های خلاء کاملا تمیز باشند و دارای نشتی نباشند (به این معنی که وقتی خلاء می‌شوند میزان نشت گاز از اتمسفر به داخل محفطه خلاء در حد استاندارد باشد). برای اطمینان از تحقق این امر، روش‌های مختلفی وجود دارد که به چند مورد از آنها اشاره می‌شود:

1. 1. نشت‌یاب هلیومی یا Helium Leak Detector (وسیله ای برای تشخیص نشت با استفاده از گاز هلیوم – HLD)
   2. آنالیزور گاز باقیمانده یا RGA (برای ردیابی گاز‌هایی که در هر گوشه و کناری به دام افتاده باشند).

به طور معمول، نرخ نشت‌خلاء قابل قبول برای محفظه خلاء بالا، mbar · l / s   ۱۰^-۶ است. برای تمیزی خلاء، یک آنالیز‌کننده گاز باقیمانده (RGA) می‌تواند رد پای گاز‌ها را در دستگاه خلاء تشخیص دهد. اگر پیکی بالاتر از ۴۴ amu  وجود نداشته باشد به معنی عدم وجود روغن، اثر انگشت یا ماده  هیدرو کربنی دیگر، در سیستم است.

• علاوه بر این، میزان فشار در دهانه خروجی پمپ وکیوم توربومولکولار، خیلی مهم است. این قسمت بخشی از لوله کشی بین پمپ توربومولکولار و پمپ پشتیبان (پمپ روتاری) است. یکی از توصیه‌های مهم، اندازه‌گیری فشار در این ناحیه است است، تا اطمینان حاصل شود که خلاء کافی وجود دارد و پمپ توربومولکولی به درستی پشتیبانی می‌شود یا نه. فشار پمپ پشتیبان استاندارد، برای پمپ‌های روتاری معمولا ۱۰^-۳ تور است (برای پمپ‌های دیافراگمی این میزان حدود چند تور است). فشارهای بالاتر از این‌ حد در خروجی، به معنی وجود نشتی است که از جمله عوامل گرم شدن بیش از حد پمپ و خاموش شدن آن می‌باشد، البته در صورتی که پمپ مجهز به سنسورهای حرارتی باشد (پمپ‌های توربومولکولار مورد استفاده در دستگاه‌های لایه نشانی ساخت شرکت پوشش‌های نانو ساختار همگی از معتبر‌ترین کمپانی‌های اروپایی تهیه می‌شوند).

• مشاهده جریان الکتریکی پمپ توربو، برای اپراتور دستگاه‌های خلاء ضروری است. به عنوان مثال، یک جریان معمولی در پمپ خلاء دستگاه اسپاترینگ سه کاتده مدل DST3 ساخت این شرکت، بعد از رسیدن Turbomolecular Pump به حداکثر دور حدود ۰.۸ آمپر است؛ اما با شروع مشکل در پمپ، (به دلیل نشت گاز در جایی که پمپ در معرض تراکم بالای ذرات قرار گرفته است) ممکن است جریان فعلی سه برابر شود و این سه برابر شدن جریان که ناشی از مقاومت هوا در برابر برخورد مولکول‌های هوای نشت‌یافته در داخل سیستم است، دمای پمپ را افزایش داده و در صورت خاموش نشدن پمپ موجب خرابی آن می‌شود.
• یک واحد خنک‌کننده همراه پمپ توربومولکولار (خنک کردن از طریق هوا یا آب) وجود دارد و برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد آن، این واحد باید به طور مدام کار کند. پمپ‌های مورد استفاده در دستگاه‌های تبخیر حرارتی و اسپاترینگ ساخت شرکت پوشش‌های نانو ساختار همگی دارای فن هستند و با هوا خنک می‌شوند تا دیواره‌های پمپ وکیوم به اندازه کافی خنک شود.

• یکی دیگر از نشانه‌های خرابی پمپ، صدای آن است. وقتی پمپ در شرایط مطلوب کار می‌کند، باید تقریبا بدون صدا، بدون لرزش و آرام باشد؛ به طوری که برای اطلاع از کارکرد آن، باید به مانیتور یا فشار‌سنج‌های سیستم مراجعه کنید و صدای پمپ پشتیبان روتاری باید تنها صدای اصلی سیستم باشد. درصورتی که پمپ صدایی شبیه سوت تولید کند، ممکن است به دلیل آسیب دیدن بلبرینگ‌های سرامیکی آنها باشد یا نیاز به تعویض و سرویس این قطعه است. به علاوه، اگر با افزایش دور پمپ وکیوم صدای غیر عادی افزایش یابد، دلیلی بر خرابی پمپ است و باید فورا آن را خاموش کرد.
• اگر افزایش دما در پمپ بسیار سریع باشد، مثلا طی چند دقیقه، از ۲۴ درجه سانتیگراد به بالای ۴۵ درجه برسد به معنی وجود یک مقاومت شدید در برابر چرخش روتور پمپ توربو است. دلایل احتمالی برای این افزایش ناگهانی، می‌تواند جمع شدن آلودگی متراکم روی پره‌های روتور باشد. در این مرحله، پمپ باید برای بررسی بیشتر فقط توسط متخصصینی که دوره تعمیر و نگهداری از این پمپ‌ها را دیده‌اند از سیستم جدا شود. در هنگام برداشتن پمپ، مراقب باشید؛ زیرا تیغه‌های توربین می‌توانند بسیار تیز باشند. بعد از تمیز کردن اگر همه چیز خوب بود، به تیغه‌ها چرخش بدهید، آنها باید به مدت ۱۵+ ثانیه یا بیشتر آزادانه و بدون توقف بچرخند. ولی در صورت توقف کوتاه، با نماینده مجازی که از طرف سازنده پمپ خلاء اجازه سرویس و تعمیر پمپ را دارد، تماس بگیرید و به هیچ‌ وجه پمپ را در اختیار افراد غیر متخصص قرار ندهید.

• ورورد هر گونه مایع یا ذرات ریز خارجی به داخل پمپ، مخصوصا زمانی که پمپ در حال کار است و با سرعت بالا در حال چرخش است، منجر به آسیب پره‌های آن شده و پمپ از کار خواهد ایستاد. در کلیه دستگاه‌های لایه نشانی ساخت شرکت پوشش‌های نانو ساختار در دهانه ورودی پمپ‌های توربو مولکولار، از چند سری توری با منافذ بسیار ریز استفاده شده است تا از ورود ذرات خارجی به داخل پمپ جلوگیری شود.
• باید توجه داشته باشیم زمانی که پمپ توربومولکولار روشن است و با حداکثر دور خود در حال چرخیدن است، به هیچ وجه نباید جا‌به‌جا یا حرکت داده شود.
• متخصصین پیشنهاد می‌کنند هنگامی که کار با سیستم خلاء به پایان رسید، پمپ در حالت خلاء نگهداری شود: زیرا این امر مانع ورود گرد و غبار و رطوبت به محفظه پمپ و آسیب دیدن آن می‌شود.

• نکته مهم و قابل توجه دیگر در مورد نحوه مراقبت از پمپ‌های توروبومولکولار این است که زمانی که این پمپ‌ها در حال چرخیدن هستند نباید به هیچ وجه خلاء شکسته شود یا اصطلاحا وِنت شود. زیرا این کار موجب آسیب دیدن روتور پمپ وکیوم می‌شود. پس برای شکستن خلاء باید حتما صبر کنید تا پمپ کاملا از چرخش بایستد.
• با توجه به این نکته که واردات پمپ‌های توربومولکولار به ایران، به دلیل تحریم‌ها، ممنوع می‌باشد و تعمیر تخصصی آنها امر ساده‌ای نیست، لازم است در نگهداری و مراقبت از آنها نهایت تلاش را به کار بگیریم. توجه داشته باشید که این پمپ‌ها بعد از ۱۵هزار ساعت کار، حتما به سرویس شدن بلبرینگ‌ها نیاز دارند، پس بهتر است بیش از حد نیاز، روشن نمانند و فقط زمانی که نیاز به استفاده از دستگاه دارید، آن را روشن کنید.

لازم به ذکر است، پمپ‌های توربومولکولار، پمپ های خلاء مکانیکی هستند که به کمک آنها خلاء مناسبی برای فرآیندهای لایه نشانی مورد نیاز در تولید رنج وسیعی از محصولات مانند ساخت سلول‌های خورشیدی، قطعات نیمه هادی، فیلترهای اپتیکی، سنسورهای مغناطیسی، پوشش‌های سخت و یا تزیینی و همچنین آماده‌سازی نمونه‌های میکروسکوپ الکترونی (SEM)، ایجاد می‌کنند. از آنجا که مشکلات پمپ‌های توربومولکولار، مستقیما منجر به از کار افتادن سیستم لایه نشانی می‌شود، مراقبت از آنها اهمیت ویژه‌ای دارد و نادید گرفتن علائم هشدار‌دهنده می‌تواند منجر به آسیب‌های جدی‌تری به پمپ وکیوم شود.