4.9.1.2 홀벡 단계 작동 원리

홀벡 단계(그림 4.26)는 나선 펌프 채널이 있는 다단계 게 데 유형 분자 펌프입니다. 로터의 회전 때문에 펌프 채널에 들어오는 기체 분자들은 채널 방향에서 자극 속도를 받습니 다. 서로로부터 홀벡 채널을 분리하는 장벽과 로터 사이의 틈 새에서 역류 손실이 발생합니다. 틈새 폭은 역류를 최소화하 기 위하여 작게 유지되어야 합니다. 고정자(2)에서 나선 채널 을 따라 회전하는 실린더형 슬리브(1)는 홀벡 단계에서 사용 됩니다. 로터 내부 뿐만 아니라 외부에 회전자를 배열하면 두 개의 홀벡 단계가 한 개이면서 동일한 펌프 내부에서 쉽게 통 합되게 할 수 있습니다. 이것은 변위된 기체 입자가 고정자 채널을 통하여 로터 외부로 전달되고 그런 다음 수집 채널을 통하여 배압 펌프로 다시 전달될 때까지 고정자 채널을 통하 여 내부로 전달됨을 의미합니다. 일부 현대적인 터보 펌프는 이 “주름 잡힌” 홀벡 단계를 여러 개 갖고 있습니다.

홀벡 단계의 펌프 속도 $S_0$ 는 다음과 같습니다.

여기서 $b \cdot h$는 채널 횡단면이고 $v \cdot \mbox{cos}\alpha$ 는 채널 방향의 속도 구성 성분입니다.

압축비는 채널 길이 $L$과 속도 $v \cdot \mbox{cos}\alpha$ 에 따라 다음과 같이 기하급수적으로 증가합니다[4]:

이 공식으로 산출된 값은 실제 홀벡 단계에서는 도달되지 않 습니다. 왜냐하면 이웃 채널에서 장벽을 넘어오는 역류가 압 축비를 급격히 감소시키는데, 이 영향이 공식 4‐13에서는 고려되지 않기 때문입니다.

최종 압력이 0.5~5 hPa인 격막 펌프로 터보 펌핑 스테이션을 설정하기 위하여 현재는 터보 펌프에 홀벡 단계가 장착되어 있습니다. 이런 종류의 펌프들을 터보 드래그 펌프라 부릅니 다. 터보 펌프의 높은 사전 압축으로 인하여 낮은 기본 압력 을 생성하는 데에 낮은 펌프 속도만 요구되기 때문에 변위 채 널과 특히 로터에 대한 이간 거리 뿐만 아니라 채널 높이가 둘 다 매우 작게 유지될 수 있고, 그래서 1 hPa 범위의 분자 흐름을 계속 제공할 수 있습니다. 동시에 이것은 10³ 의 필요 한 인수 만큼 질소에 대한 압축비를 증가시킵니다. 압축비 곡 선을 약 20%의 힘으로 더 높은 압력으로 이동시키는 것을 그 림 4.27에서 볼 수 있습니다.

그림 4.27: 순수 터보 펌프 및 터보 드래그 펌프의 압축비

높은 기체 처리량을 위하여 설계된 터보 펌프의 경우에 기체 처리량, 전진공 호환성, 입자 허용치가 고려되고 홀벡 단계에 서 틈새 사이의 거리가 증가할 경우 절충이 이루어집니다.