Bơm Hút Chân Không Là Gì? Phân Loại, Nguyên Lý Hoạt Động Và Cách Chọn Bơm Chân Không

Bơm chân không được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp, điện tử, bán dẫn, PVD, đóng gói, sấy chân không, thực phẩm, y tế, hóa chất, luyện kim và nhiều hệ thống công nghiệp khác.

Tùy theo yêu cầu về áp suất chân không, lưu lượng hút, môi chất, nhiệt độ và ứng dụng, người sử dụng có thể lựa chọn bơm chân không vòng dầu, bơm chân không khô, bơm Roots Booster, bơm phân tử Turbo hoặc kết hợp nhiều loại bơm thành một hệ thống chân không nhiều cấp.

Bơm hút chân không là gì?

Bơm hút chân không, hay Vacuum Pump, là thiết bị tạo ra và duy trì môi trường chân không bằng cách hút khí ra khỏi một thể tích kín.

Khác với máy nén khí, bơm chân không làm việc chủ yếu ở phía áp suất thấp. Bơm lấy khí từ buồng hoặc hệ thống cần hút chân không và thải lượng khí đó ra môi trường hoặc sang một cấp bơm khác.

Có thể hiểu đơn giản:

Buồng chân không → Bơm chân không → Khí được hút ra ngoài

Khi lượng khí trong buồng giảm xuống, áp suất bên trong cũng giảm theo.

Bơm hút chân không hoạt động như thế nào?

Nguyên lý hoạt động phụ thuộc vào từng loại bơm.

Tuy nhiên, về cơ bản, một bơm chân không thực hiện quá trình:

Hút khí → Cô lập khí → Nén khí → Xả khí

Quá trình này được lặp lại liên tục để giảm áp suất trong hệ thống.

Mức chân không cuối cùng mà hệ thống đạt được phụ thuộc vào nhiều yếu tố, không chỉ riêng bơm.

Trong thực tế cần xem xét:

• Ultimate pressure của bơm.
• Pumping speed.
• Kích thước buồng chân không.
• Đường kính đường ống.
• Độ kín của hệ thống.
• Lượng khí thoát ra từ vật liệu.
• Hơi nước và các loại khí ngưng tụ.
• Nhiệt độ hệ thống.

Các loại bơm hút chân không phổ biến

Không có một loại bơm chân không nào phù hợp với tất cả các ứng dụng. Mỗi loại có một khoảng áp suất và lĩnh vực sử dụng khác nhau.

1. Bơm chân không vòng dầu

Bơm chân không vòng dầu, thường gọi là Oil-Sealed Rotary Vane Vacuum Pump, là một trong những loại bơm chân không phổ biến nhất.

Bơm sử dụng dầu chân không để làm kín, bôi trơn và hỗ trợ quá trình nén khí.

Ưu điểm:

• Cấu tạo tương đối đơn giản.
• Giá thành hợp lý.
• Dễ bảo trì.
• Có khả năng đạt độ chân không tương đối sâu.
• Phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp.

Ứng dụng:

• Máy đóng gói.
• Máy hút chân không.
• PVD.
• Sấy chân không.
• Hệ thống chân không công nghiệp.
• Bơm sơ cấp cho hệ thống chân không cao.

2. Bơm chân không khô

Bơm chân không khô không sử dụng dầu trong buồng nén.

Một số công nghệ phổ biến gồm:

• Dry Screw Vacuum Pump.
• Dry Scroll Vacuum Pump.
• Dry Claw Vacuum Pump.
• Dry Diaphragm Vacuum Pump.

Ưu điểm lớn của bơm chân không khô là giảm nguy cơ dầu làm nhiễm bẩn sản phẩm hoặc hệ thống.

Ứng dụng phổ biến:

• Điện tử.
• Bán dẫn.
• Thực phẩm.
• Y tế.
• Hóa chất.
• Phòng thí nghiệm.
• Các quy trình yêu cầu môi trường sạch.

3. Bơm Roots Booster

Roots Vacuum Booster sử dụng hai rotor quay đồng bộ để vận chuyển khí từ phía hút sang phía xả.

Bơm Roots có khả năng tạo tốc độ hút lớn, đặc biệt trong vùng áp suất thấp đến trung bình.

Tuy nhiên, Roots Booster thường không được sử dụng độc lập ở áp suất khí quyển mà kết hợp với bơm sơ cấp.

Ví dụ:

Buồng chân không → Roots Booster → Rotary Vane Pump

Việc kết hợp này giúp tăng tốc độ hút và cải thiện hiệu suất của hệ thống.

4. Bơm Turbo Molecular

Turbo Molecular Pump – TMP sử dụng các rotor quay với tốc độ rất cao để truyền động lượng cho các phân tử khí và đưa chúng về phía cửa xả.

Đây là loại bơm được sử dụng trong các hệ thống chân không cao và siêu cao.

Ứng dụng:

• Bán dẫn.
• Phân tích bề mặt.
• Hệ thống coating.
• PVD.
• Nghiên cứu vật liệu.
• Thiết bị khoa học.

Turbo Pump cần được kết hợp với một bơm sơ cấp để hoạt động.

5. Bơm khuếch tán

Diffusion Pump sử dụng hơi dầu được gia nhiệt để tạo dòng hơi tốc độ cao, truyền động lượng cho các phân tử khí và đưa chúng về phía cửa xả.

Diffusion Pump có khả năng đạt mức chân không cao và từng được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống chân không công nghiệp.

So sánh các loại bơm hút chân không

Loại bơm	Dải chân không	Ưu điểm	Ứng dụng
Rotary Vane	Thấp đến cao	Giá hợp lý, phổ biến	Công nghiệp, PVD
Dry Screw	Thấp đến cao	Không dầu	Semiconductor, coating
Scroll	Trung bình đến cao	Sạch, ít bảo trì	Phòng thí nghiệm
Roots Booster	Tăng tốc độ hút	Lưu lượng lớn	Hệ thống công nghiệp
Turbo Molecular	Chân không cao	Độ sạch cao	Semiconductor, PVD
Diffusion	Chân không cao	Chi phí/hiệu suất tốt	PVD, coating

Bơm chân không đạt được bao nhiêu mbar?

Đây là câu hỏi rất nhiều người quan tâm khi lựa chọn bơm.

Không thể xác định một mức áp suất chung cho tất cả bơm hút chân không.

Ví dụ, một bơm rotary vane có thể đạt mức chân không khoảng 10⁻² đến 10⁻³ mbar, tùy thiết kế, tình trạng bơm, loại dầu và điều kiện vận hành.

Trong khi đó, hệ thống kết hợp Rotary Pump + Roots Booster có thể đạt mức chân không thấp hơn và tốc độ hút lớn hơn.

Các hệ thống sử dụng Turbo Molecular Pump hoặc Diffusion Pump có thể đạt chân không cao hơn rất nhiều.

Vì vậy, khi chọn bơm cần phân biệt:

Ultimate Pressure ≠ Operating Pressure

Áp suất cuối của bơm trong catalogue không đồng nghĩa với áp suất mà hệ thống thực tế luôn đạt được.

Pumping Speed là gì?

Pumping Speed là tốc độ hút của bơm, thường được biểu thị bằng:

• m³/h
• L/s
• CFM

Ví dụ:

Một bơm có pumping speed 100 m³/h có khả năng xử lý lượng khí lớn hơn bơm 20 m³/h trong cùng điều kiện, nhưng điều đó không có nghĩa bơm 100 m³/h chắc chắn đạt chân không sâu hơn.

Khi thiết kế hệ thống cần xem xét đồng thời:

Pumping Speed + Ultimate Pressure + Conductance + Leak Rate

Cách chọn bơm hút chân không phù hợp

Để lựa chọn bơm, cần xác định ít nhất 6 thông số.

1. Mức chân không yêu cầu

Ví dụ:

• 100 mbar.
• 10 mbar.
• 1 mbar.
• 10⁻² mbar.
• 10⁻⁴ mbar.
• 10⁻⁶ mbar.

Mức chân không càng sâu thì yêu cầu về công nghệ bơm và độ kín hệ thống càng cao.

2. Thể tích buồng chân không

Buồng càng lớn thì cần tốc độ hút phù hợp để đạt áp suất yêu cầu trong thời gian mong muốn.

3. Thời gian cần đạt chân không

Hai hệ thống có cùng thể tích nhưng yêu cầu thời gian hút khác nhau sẽ cần pumping speed khác nhau.

4. Loại khí cần hút

Không khí, hơi nước, dung môi, khí ăn mòn và các loại khí đặc biệt có thể yêu cầu công nghệ bơm khác nhau.

5. Yêu cầu về độ sạch

Nếu sản phẩm không được phép nhiễm dầu, nên cân nhắc bơm chân không khô.

6. Khả năng chịu hơi nước và hóa chất

Đối với các ứng dụng có nhiều hơi nước hoặc hóa chất, cần lựa chọn bơm có thiết kế phù hợp.

Bơm hút chân không công nghiệp

Trong công nghiệp, bơm chân không thường không hoạt động đơn lẻ mà được kết hợp thành hệ thống chân không.

Một hệ thống có thể bao gồm:

Vacuum Chamber → Vacuum Valve → Booster → Primary Pump

Trong hệ thống chân không cao có thể sử dụng:

Chamber → Turbo Molecular Pump → Backing Pump

Việc kết hợp nhiều cấp bơm giúp hệ thống vừa có tốc độ hút cao vừa đạt mức chân không sâu.

Ứng dụng của bơm hút chân không

Bơm chân không được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực.

Ngành PVD và mạ chân không

Bơm chân không là bộ phận quan trọng của hệ thống PVD.

Một hệ thống có thể sử dụng:

• Rotary Pump.
• Roots Booster.
• Diffusion Pump.
• Turbo Molecular Pump.
• Cryogenic Pump.

Mục tiêu là tạo môi trường chân không phù hợp trước và trong quá trình coating.

Ngành bán dẫn

Bơm chân không được sử dụng trong nhiều công đoạn sản xuất semiconductor, nơi yêu cầu môi trường có độ sạch và độ chân không cao.

Sấy chân không

Sấy chân không giúp giảm áp suất môi trường, từ đó làm giảm nhiệt độ sôi của nước và dung môi, hỗ trợ quá trình sấy ở nhiệt độ thấp.

Đóng gói chân không

Bơm chân không được sử dụng để loại bỏ không khí khỏi bao bì trước khi đóng gói.

Công nghiệp thực phẩm

Ứng dụng trong:

• Đóng gói.
• Sấy.
• Cô đặc.
• Chế biến thực phẩm.

Y tế và phòng thí nghiệm

Bơm chân không được sử dụng trong các thiết bị lọc, sấy, cô quay, chân không phòng thí nghiệm và nhiều thiết bị phân tích.

Bơm hút chân không bị yếu phải làm gì?

Khi bơm không đạt mức chân không như trước, không nên lập tức kết luận rằng bơm đã hỏng.

Cần kiểm tra theo thứ tự:

Bơm → Dầu → Van → Đường ống → Gioăng → Buồng chân không → Rò rỉ hệ thống

Một số nguyên nhân phổ biến:

• Dầu chân không bị nhiễm bẩn.
• Dầu thiếu hoặc xuống cấp.
• Cánh gạt bị mòn.
• Van gas ballast hoạt động không đúng.
• Gioăng bị hở.
• Đường ống bị rò rỉ.
• Van chân không bị hở.
• Hệ thống có outgassing lớn.
• Bơm bị mài mòn sau thời gian dài vận hành.

Bảo dưỡng bơm hút chân không

Bảo dưỡng định kỳ giúp duy trì hiệu suất và kéo dài tuổi thọ bơm.

Đối với bơm vòng dầu cần chú ý:

• Kiểm tra mức dầu.
• Kiểm tra màu và tình trạng dầu.
• Thay dầu định kỳ.
• Vệ sinh lọc.
• Kiểm tra van.
• Kiểm tra phớt.
• Kiểm tra cánh gạt.
• Kiểm tra nhiệt độ vận hành.
• Kiểm tra độ chân không cuối.

Đối với bơm khô cần kiểm tra rotor, phớt, bộ lọc, nhiệt độ và tình trạng buồng nén theo khuyến cáo của nhà sản xuất.

Sửa chữa bơm hút chân không

Trong quá trình sử dụng, bơm có thể gặp các lỗi như:

• Không đạt chân không.
• Lưu lượng hút giảm.
• Bơm quá nhiệt.
• Rò rỉ dầu.
• Có tiếng ồn bất thường.
• Rung mạnh.
• Motor không chạy.
• Bơm bị kẹt.
• Dầu bị đổi màu.
• Bơm khó khởi động.

Tùy tình trạng, có thể tiến hành vệ sinh, thay dầu, thay phớt, thay cánh gạt, sửa chữa motor hoặc đại tu toàn bộ bơm.

Mua bơm hút chân không cần lưu ý gì?

Không nên chỉ lựa chọn dựa trên giá bán hoặc công suất motor.

Cần so sánh:

• Ultimate pressure.
• Pumping speed.
• Công suất motor.
• Điện áp.
• Loại dầu.
• Kích thước cổng hút.
• Khả năng chịu hơi nước.
• Khả năng chịu hóa chất.
• Độ ồn.
• Chi phí bảo dưỡng.
• Linh kiện thay thế.
• Điều kiện làm việc thực tế.

Một bơm có công suất lớn hơn chưa chắc phù hợp hơn nếu yêu cầu chân không hoặc loại khí cần hút không phù hợp với thiết kế bơm.

Kết luận

Bơm hút chân không là thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, từ đóng gói, thực phẩm, sấy chân không đến PVD, coating, điện tử và sản xuất bán dẫn.

Việc lựa chọn bơm phù hợp cần dựa trên mức chân không yêu cầu, tốc độ hút, thể tích hệ thống, loại khí, độ sạch và điều kiện vận hành.

Đối với các hệ thống yêu cầu chân không sâu, việc sử dụng một bơm đơn lẻ thường không đủ. Khi đó cần thiết kế hệ thống gồm bơm sơ cấp, Roots Booster, Turbo Molecular Pump hoặc Diffusion Pump tùy theo mức chân không cần đạt.

Nếu bạn cần tư vấn lựa chọn, cung cấp, sửa chữa hoặc bảo dưỡng bơm hút chân không, hãy cung cấp thông tin về ứng dụng, thể tích buồng, mức chân không yêu cầu và thời gian cần đạt chân không để được tư vấn cấu hình phù hợp.

Câu hỏi thường gặp về bơm hút chân không

Bơm hút chân không là gì?

Bơm hút chân không là thiết bị dùng để loại bỏ khí khỏi một không gian kín nhằm tạo ra môi trường có áp suất thấp hơn áp suất khí quyển.

Bơm chân không loại nào tốt nhất?

Không có một loại bơm tốt nhất cho mọi ứng dụng. Rotary Vane phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp; Dry Pump phù hợp khi cần môi trường không dầu; Roots Booster dùng để tăng tốc độ hút; Turbo Molecular và Diffusion Pump phù hợp với hệ thống chân không cao.

Bơm chân không có thể đạt bao nhiêu mbar?

Mức chân không phụ thuộc vào công nghệ bơm. Bơm sơ cấp thường đạt mức chân không thấp hơn nhiều so với các hệ thống Turbo Molecular hoặc Diffusion Pump.

Vì sao bơm chân không chạy nhưng không đạt áp suất?

Có thể do dầu, cánh gạt, van, phớt, đường ống hoặc chính buồng chân không bị rò rỉ. Cần kiểm tra toàn bộ hệ thống thay vì chỉ kiểm tra bơm.

Bơm chân không công suất càng lớn có hút càng sâu không?

Không. Công suất motor và mức chân không cuối là hai thông số khác nhau. Muốn đánh giá khả năng của bơm cần xem Ultimate Pressure và Pumping Speed trong thông số kỹ thuật bơm hút chân không

máy bơm hút chân không, bơm chân không, vacuum pump, bơm hút chân không công nghiệp, bơm vacuum, mua bơm hút chân không, giá bơm hút chân không, sửa chữa bơm chân không.