分子泵
动量传输给气体分子的真空泵
分子泵是一种通过高速旋转的转子将动量传递给气体分子,从而使它们获得定向速度,并最终被排出的真空泵。它的工作原理是利用转子的高速旋转运动,使得气体分子与其发生碰撞并获得一个定向速度,随后这些分子被压缩并排向前级泵。
分类
分子泵分为三种类型:
1. 牵引分子泵:气体分子与高速运动的转子相撞,从而获得动量并被驱赶到泵的出口。
2. 涡轮分子泵:依靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互作用来实现抽气功能。这类泵通常在分子流状态下工作。
3. 复合分子泵:这是一种结合了涡轮式和牵引式的分子泵,具有更广泛的适用范围和更高的效率。
工作条件
分子泵的工作条件包括:
1. 转子转速至少达到20,000 r/min,因此分子泵的启动时间相对较长。
2. 在气体处于分子流状态的情况下,分子泵需要配备前级泵,通常选择旋片泵作为前级泵。
结构特点
复合式分子泵是涡轮分子泵与牵引分子泵的串联组合,集两种泵的优点于一身。在广泛的压力范围内(10^-6 ~ 1 Pa),复合式分子泵具有较大的抽速和较高的压缩比,显著提升了泵的出口压力。法国Alcatel公司生产的复合分子泵采用了气体静压轴承和动态密封技术,实现了完全无油操作,并能够直接向大气中排气。
分类
复合式分子泵的形式多样,按照结构可分为两类:一是涡轮叶片与盘式牵引泵的串联组合;二是涡轮叶片与筒式牵引泵的串联组合。涡轮级主要用于提升泵的抽速,通常采用有助于提高抽速的叶片形状,级数不超过10级。牵引级则用于增加泵的压缩比和出口压力。
盘式牵引级
盘式牵引级由多个按特定规律开有型线沟槽的圆盘组成,型线可能包括阿基米德螺线、对数螺线、圆弧线等多种形式。当转子高速旋转时,圆盘对气体分子进行“拖动”,引导其沿着沟槽做内外往返的定向流动,从而实现抽气。
筒式牵引级
筒式牵引级的沟槽位于转子圆柱外表面或泵体内表面上,这使得圆柱外圆的高线速度得以有效利用,从而增强对气体分子的动量传递,提高抽气效果。通过调整螺旋沟槽通道与抽气方向之间的夹角(即螺旋升角),可以获得更好的抽气效果。
设计要点
在复合分子泵的设计过程中,必须妥善处理涡轮级与牵引级之间的匹配和连接问题。由于涡轮级的抽气面积较大,抽速较高,而牵引级的沟槽抽气面积相对较小,两者的连接处会导致气体分子运动的无序性增加,进而影响抽气效率。因此,在设计时应当在涡轮级和牵引级之间加入过渡级结构,以改善泵的抽气性能。
标准规范
分子泵的相关标准包括:
- JB/T 10771-2007 真空技术 复合分子泵
- JB/T 9125-2007 真空技术 涡轮分子泵
- SJ 3192-1989 立式涡轮分子泵型式与基本参数
- SJ/T 10097-1991 F-250/1400型立式涡轮分子泵
- SJ/T 11085-1996 立式涡轮分子泵通用技术条件
- ISO 5302:2003《真空技术 涡轮分子泵性能参数的测量》
- GB/T 7774-2007 真空技术 涡轮分子泵性能参数的测量
目录
概述
分类
工作条件
结构特点
分类
盘式牵引级
筒式牵引级
设计要点
标准规范
参考资料