進一步了解分析儀器渦輪分子泵的結構原理

渦輪分子泵的結構和工作原理

  1958年，德意誌聯邦共和國的W. Baker首先提出了具有應用價(jia) 值的渦輪分子泵，隨後相繼提出了各種不同結構的分子泵，主要是立式和臥式。 渦輪分子泵主要由泵體(ti) 、帶葉片的轉子（即動葉輪）、靜葉輪和驅動係統組成。 葉輪外緣的線速度與(yu) 氣體(ti) 分子的熱運動速度一樣高（通常為(wei) 150~400 m/s）。 單個(ge) 葉輪的壓縮比很小，渦輪分子泵由十多個(ge) 動葉輪和靜葉輪組成。 動葉輪和靜葉輪交替布置。 動靜葉輪的幾何尺寸基本相同，但葉片的傾(qing) 角相反。 圖 2 顯示了一個(ge) 由 20 個(ge) 移動葉輪組成的整體(ti) 轉子。 每兩(liang) 個(ge) 動葉輪之間安裝一個(ge) 靜葉輪。 靜葉輪外緣用圓環固定，動葉輪與(yu) 靜葉輪之間保持1mm左右的間隙，動葉輪可以在靜葉輪之間自由轉動。

 
  動葉片兩(liang) 側(ce) 的氣體(ti) 分子呈彌散分布。 在葉輪的左側(ce) （見下圖3a），當氣體(ti) 分子到達A點附近時，以角度a1反射的氣體(ti) 分子返回左側(ce) ； 在角度 β1 反射的氣體(ti) 分子部分返回左側(ce) ，另一部分返回左側(ce) 。 向右穿過葉片：在角度 γ1 內(nei) 反射的氣體(ti) 分子將直接穿過葉片向右。 同理，在葉輪右側(ce) （見下圖 3b），當氣體(ti) 分子在 B 點附近入射時，以 a2 角反射的氣體(ti) 分子將返回右側(ce) ； 在角度 β2 反射的氣體(ti) 分子將部分到達左側(ce) ，另一部分 A 部分返回右側(ce) ； 在 y2 角內(nei) 反射的氣體(ti) 分子通過葉片向左移動。 傾(qing) 斜葉片的運動導致氣體(ti) 分子從(cong) 左到右通過葉片的頻率比從(cong) 右到左的頻率要高得多。 葉輪不斷旋轉，氣體(ti) 分子時不時地從(cong) 左向右流動，從(cong) 而產(chan) 生吸力作用。

分子泵性能和特點

  泵的排氣壓力與(yu) 進氣壓力之比稱為(wei) 壓縮比。 壓縮比不僅(jin) 與(yu) 泵的級數和轉速有關(guan) ，還與(yu) 氣體(ti) 的種類有關(guan) 。 具有高分子量的氣體(ti) 具有高壓縮比。 氮氣（或空氣）的壓縮比為(wei) 108～109； 氫氣為(wei) 102 ~ 104； 對於(yu) 油蒸氣等分子量較大的氣體(ti) ，大於(yu) 1010。泵的極限壓力為(wei) 10-9 Pa，工作壓力範圍為(wei) 10-1～10-8 Pa，抽氣量為(wei) 數十～ 每秒數千升（1 升 = 10-3 立方米）。 渦輪分子泵必須工作在分子流動狀態（氣體(ti) 分子均勻自由距離遠大於(yu) 導管截麵最大尺寸的流動狀態）才能顯示其優(you) 越性，因此需要配備一個(ge) 工作壓力1～10-2 Pa.級真空泵。 分子泵本身由中頻電機直接驅動，轉速為(wei) 10,000至60,000 rpm。

  渦輪分子泵是利用高速旋轉的葉輪將動量傳(chuan) 遞給氣體(ti) 分子，使氣體(ti) 沿一個(ge) 方向流動而抽氣的真空泵。
  渦輪分子泵的優(you) 點是啟動快，耐各種射線的照射，耐大氣衝(chong) 擊，無儲(chu) 氣和解吸作用，無油蒸氣汙染或汙染極少，可獲得潔淨的超高真空 . 渦輪分子泵廣泛應用於(yu) 需要高真空度的高能加速器、可控熱核反應堆、重粒子加速器以及真空鍍膜工藝等領域。

分子泵的優(you) 缺點

為(wei) 了利用渦輪分子泵獲得潔淨真空，國外常采用幹式機械泵作為(wei) 其前級泵，形成無油真空係統。 但目前國內(nei) 大部分渦輪分子泵都采用油封機械泵作為(wei) 前級泵，構成油基真空係統。 如果操作不當，很難避免油蒸汽倒流和汙染真空係統。 利用油路係統獲得清潔真空，國內(nei) 外已有一些有效的防止回流的措施和成功的運行經驗。

當今使用的分子泵

今天，渦輪分子泵越來越多地用於(yu) 現代半導體(ti) 工業(ye) 。 濺射、蝕刻、蒸發、注入、分子束外延和離子處理等設備都需要在真空環境中運行。 又如電子顯微鏡、表麵分析儀(yi) 器、殘餘(yu) 氣體(ti) 分析儀(yi) 和氦質譜檢漏儀(yi) 等，常使用渦輪分子泵抽真空。 此外，空間模擬設備、核聚變裝置、太陽能集熱管塗裝生產(chan) 線等也采用大型渦輪分子泵或低溫泵替代油擴散泵係統，防止油蒸氣汙染。 因此，近十年來，國內(nei) 外渦輪分子泵得到了顯著的改進和發展。 在渦輪分子泵的應用日益增多的情況下，幹式前級泵並沒有得到廣泛的推廣和應用，有時不得不使用油封機械泵作為(wei) 渦輪分子泵的前級泵。 因此，針對這種情況，渦輪分子泵的合理選擇和正確運行顯得非常重要。