第三章 真空泵

目錄第三章真空泵 2真空泵的分類 真空泵的主要參數(shù) 真空系統(tǒng)的抽氣過程 3旋片機(jī)械真空泵（機(jī)械泵） 4旋片泵的工作原理 5旋片泵的性能 6其他形式的機(jī)械泵 6使用旋片機(jī)械泵注意事項(xiàng) 7旋片泵常見故障原因及處理辦法 8油擴(kuò)散泵 基本結(jié)構(gòu)和工作原理 9擴(kuò)散泵的性能 9擴(kuò)散泵的運(yùn)用及維護(hù) 11擴(kuò)散泵的常見故障及消除方法 12渦輪分子泵 .2分子泵的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 13渦輪分子泵的主要性能 13渦輪分子泵的實(shí)際應(yīng)用 14第三章真空泵分子泵的結(jié)構(gòu)，工作原理和使用維護(hù)等內(nèi)容。真空泵的分類真空泵的種類較多，按其工作原理可分為兩大類：空泵。如旋轉(zhuǎn)機(jī)械泵、油擴(kuò)散泵、渦輪分子泵。真空泵。如分子篩吸附泵、欽升華泵、濺射離子泵、低溫泵和吸氣劑泵。真空泵的主要參數(shù)作為一種抽氣設(shè)備，表征其性能的主要參數(shù)有以下幾項(xiàng)：抽氣速率S單位時(shí)間（△t）內(nèi)流入泵內(nèi)的氣體體積數(shù)（△V)，即VVtPP1

（3-1）式中P為泵口的壓強(qiáng)。抽速的單位由體積單位和時(shí)間單位而定，常用升/秒、1米3/秒、升/分、米3/小時(shí)等。如單位時(shí)間內(nèi)流入泵內(nèi)的氣體量以Q表示，則有S=Q/P （3-2）P極限壓強(qiáng)P 也稱極限真空，是指當(dāng)泵裝有標(biāo)準(zhǔn)容器作為負(fù)載，使其按u規(guī)定條件正常工作一段時(shí)間，真空度不再變化而趨于穩(wěn)定時(shí)的最低壓強(qiáng)。Pm泵便不能正常工作，要么泵自動(dòng)停止工作，要么毀壞泵的某些部件。工作壓強(qiáng)范圍—P）即泵能夠正常工作的壓強(qiáng)范圍（P—P）一般u m u m表示泵的工作范圍。表3-1給出幾種常用真空泵的工作壓強(qiáng)范圍。遇到時(shí)再作討論。3-1泵在系統(tǒng)中的作用，它可以分別承擔(dān)如下工作：10-3—10-4帕的真空度。作。工作時(shí)必須利用機(jī)械泵作為前級(jí)泵。前級(jí)泵也可做粗抽泵使用。(5)高真空泵能使系統(tǒng)的真空度達(dá)到高真空范圍的真空泵。(6)增壓泵裝入高真空泵和低真空泵之間，用來提高抽氣系統(tǒng)在中間壓強(qiáng)范圍的抽氣量或降低前級(jí)泵容量要求的真空泵。真空系統(tǒng)的抽氣過程真空泵的作用是將真空系統(tǒng)（容器）中的氣體抽除，氣體壓強(qiáng)逐漸下降，那么容器中氣體壓強(qiáng)如何隨時(shí)間變化呢？管道對(duì)抽速有什么影響呢？圖3-1示出了最簡(jiǎn)單的真空系統(tǒng)，在泵沒有工作時(shí)，各處的壓強(qiáng)相等，都等并形成壓差（P＞P1 21．被抽容器壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化關(guān)系設(shè)真空泵的抽速為常數(shù)S，容器的容積為V，通過計(jì)算推導(dǎo)得到:SPPeVt1Ptt=0P=P1

（3-3），抽氣開始時(shí)的壓強(qiáng)則表Pu。Pu。2．導(dǎo)管對(duì)抽速的影響以上討論沒有考慮導(dǎo)管的影響，實(shí)際上任何導(dǎo)管對(duì)氣體均存在流阻。設(shè)導(dǎo)管的流導(dǎo)為C,S1S分別表示導(dǎo)管入口的抽速，參23-1，（即氣體流量（2-32）可得QC(P1

P) (3-4)而2QPS而21 1

PS2 2故C(P故1

P)PS2 1

PS2

（3-5）（3-5）又可變?yōu)?/p>

111 P1S C PP1 1 2

(3-6)21 1 P2用式（3-6）減式（3-7）得

S C PP2 1 2

(3-7)1 11S1 S2 C (3-8)式中S1

可認(rèn)為是容器口（導(dǎo)管入口）的有效抽速Se，S2

為泵的抽速Sp,C為導(dǎo)管總流導(dǎo)，即（3-8）可寫成:1 11Se Sp C (3-9)Se（導(dǎo)管的流導(dǎo)遠(yuǎn)小于泵的抽速，Sp》C，Se=C,這說明由于導(dǎo)管的阻力影響泵對(duì)容器的有效抽速與泵的實(shí)際抽速無關(guān)，換句話說，即使選用較大抽速的泵，由于導(dǎo)管的影響，有效抽SeC抽速很大，結(jié)果對(duì)容器的有效抽速很小，造成不必要的浪費(fèi)。旋片機(jī)械真空泵（機(jī)械泵）被抽容器內(nèi)氣體的體積不斷膨脹從而獲得真空。中應(yīng)用最多的便是旋片式機(jī)械泵（以下簡(jiǎn)稱旋片泵。機(jī)械泵常被用來抽除干燥的空氣。一般不適用于含氧過高、有爆炸性、對(duì)金的氣體，也不宜應(yīng)用。3.4.1旋片泵的工作原理的氣體，也不宜應(yīng)用。3.4.1旋片泵的工作原理3-3用的部件有定子（泵殼、轉(zhuǎn)子（泵軸）（稱刮板3-4明旋片泵的抽氣過程。位置（I）工作室被分為兩個(gè)互不通位置（I）工作室被分為兩個(gè)互不通1吸氣還未開始。位置（Ⅱ）1于是氣體通過進(jìn)氣口，吸進(jìn)氣體。位置（Ⅲ）121吸氣剛剛結(jié)束。11位置（Ⅴ）排氣結(jié)束。緊接著又是下一個(gè)排氣循環(huán)開始。體不斷地排出泵外，實(shí)現(xiàn)了對(duì)容器抽氣的目的。隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)事業(yè)的發(fā)展，對(duì)真空技術(shù)提出了一個(gè)新的要求，即建立旋片泵的性能速率。它是設(shè)計(jì)與選用泵時(shí)的主要依據(jù)。極限真空（Pu)極限真空是泵在一定條件下，經(jīng)充分抽氣，泵進(jìn)氣口所能達(dá)到的最低壓強(qiáng)。提高極限真空度的措施如下：(1）密封油的選用機(jī)械泵油對(duì)極限真空有著重要影響，對(duì)油的基本要求是：困難，造成泵體過熱。(23-5（定子困難，造成泵體過熱。(23-5（定子2X6.7×10-22．抽氣速率旋片泵按額定轉(zhuǎn)數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)所能排除氣體的體積稱為理論速度（也稱幾何抽速）Sth。3-4（Ⅲ）體積最大(Vs)，n，即有Sth=2nVs=2nfsL (3-10)轉(zhuǎn)一周有兩次排氣過程。口處的實(shí)際抽速（S）小于理論速度（Sth)，兩者的關(guān)系一般為S=Sth(l-Pu/P) (3-11)SPP→PuS→0，S-P優(yōu)越性。其他形式的機(jī)械泵摻氣式機(jī)械泵重影響泵的極限真空。先以水蒸氣為例加以說明。水蒸氣在202327.560℃時(shí)，也不過1.995×104帕，遠(yuǎn)低于一1.013×105直聯(lián)式機(jī)械泵如果將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸與旋片泵的轉(zhuǎn)軸直接連接，使機(jī)械泵旋片的轉(zhuǎn)速與電機(jī)的轉(zhuǎn)速相同，這種泵稱為直聯(lián)泵，它具有體積小、重量輕、振動(dòng)小、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。這種泵的轉(zhuǎn)速一般在1450轉(zhuǎn)/分以上，因此也稱為高速旋片機(jī)械泵。2“XZ（/秒）羅茨真空泵（又稱機(jī)械增壓泵）3-7所示。這種泵在100—1帕壓強(qiáng)范圍有較大抽速，它彌補(bǔ)了旋片機(jī)械泵在此范圍抽速小的缺陷。羅使用旋片機(jī)械泵注意事項(xiàng)除應(yīng)首先閱讀說明書外，還應(yīng)注意：2-3然后再加入真空泵油。導(dǎo)致真空度降低。干凈后，再按規(guī)定量加足泵油。根據(jù)使用情況應(yīng)三個(gè)月至半年更換一次。后裝好皮帶，用手轉(zhuǎn)動(dòng)皮帶輪數(shù)圈后即可通電起動(dòng)。(6)75℃，密封不嚴(yán)。旋片泵常見故障原因及處理辦法參見表3-2。油擴(kuò)散泵10-210-11/1010-1帕的高真空，通常用10-1帕—10-7帕，它是利用氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象來排氣的，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、抽速大（最高可達(dá)105升／秒）3.5.13.5.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理3-8水冷套、噴嘴、導(dǎo)流管和加熱器組成。根據(jù)噴嘴的多少可分為多級(jí)泵和單級(jí)泵。擴(kuò)散泵底部?jī)?nèi)貯有擴(kuò)散泵油，上部為進(jìn)氣口，右側(cè)旁下部為出氣口，在工作時(shí)出氣口由機(jī)械泵提供前置壓強(qiáng)，機(jī)械泵充當(dāng)前置泵。當(dāng)擴(kuò)散泵油被電爐加熱時(shí)，產(chǎn)生的油蒸氣提供前置因噴嘴外面有機(jī)械泵提供的真空（1—10-1帕，故油蒸氣流可噴出一長(zhǎng)段距離，向下飛去，由于射流具有高的流速（200，高的蒸氣密度，且擴(kuò)散泵油具有高的分子量（300—500，故能有效地帶走氣體分子，因此在射流的界面擴(kuò)散泵的性能機(jī)限真空10-4—10-5高極限真空度。1#,2#,3#274,275,276人工合成脂類，其分子直徑和分子量都較大。防止擴(kuò)散泵返油是提高極限真空度的又一措施：由于擴(kuò)散泵工作時(shí)，工作液的溫度較高，難免有一些油蒸氣分子由泵口進(jìn)入被抽容器，這一現(xiàn)象稱為返油。由于返油，不僅會(huì)影響泵的極限真空度，更嚴(yán)重的是還會(huì)污染真空系統(tǒng)和被抽容一檔油帽以防止返油。用了分餾裝置。抽氣速率體積，單位常用升/秒。AAAD24

d24 （3-11）D環(huán)形面積上的分子都向下擴(kuò)散進(jìn)入蒸氣射流，而無一返回的話，則理論抽速為Sth3.638 T

升/

式中：T―絕對(duì)溫度（K)；μ―被抽氣體分子量（克式中：T―絕對(duì)溫度（K)；μ―被抽氣體分子量（克；A―環(huán)形面積（2。實(shí)際上氣體分子由于與蒸氣分子的碰撞而總有S何氏系數(shù)表示實(shí)際抽速與理論抽速的關(guān)系：HSthS（3-13）H0.4—0.6μ=29。Sth3.638 T

A11.7升/

（3-14）3-910-2—10-3帕?xí)r，擴(kuò)散泵達(dá)到最大抽速。當(dāng)壓強(qiáng)低于5×10-4帕后，抽速開始下降，此時(shí)反擴(kuò)散變得更加嚴(yán)重，到泵的極限真空時(shí)，抽速趨近于零。當(dāng)進(jìn)出口壓強(qiáng)40強(qiáng)高于規(guī)定值，整個(gè)抽氣作用就會(huì)停止。擴(kuò)散泵的運(yùn)用及維護(hù)擴(kuò)散泵的清洗NaOHNaOH）或有機(jī)溶劑（四氯化碳、苯等100—150℃溫度下烘干，且需緩慢地加熱與冷卻，否則會(huì)炸裂。密封性能的檢查裂痕。加擴(kuò)散泵油3—5安裝擴(kuò)散泵泵的安裝應(yīng)特別注意泵底在水平位置，不得傾斜，即整個(gè)泵必須垂直使用，泵芯在泵體內(nèi)一定要裝得穩(wěn)，各處擰緊，不得歪斜，把冷卻水管接上。應(yīng)當(dāng)注意冷卻水必須充滿整個(gè)冷卻器。有些擴(kuò)散泵采用風(fēng)冷方式。擴(kuò)散泵的啟動(dòng)泵加熱。這個(gè)數(shù)值是不同的，故加熱功率要選擇適當(dāng)。只新裝擴(kuò)散泵油的泵需要連續(xù)工作（也稱老煉）30小時(shí)左右才進(jìn)入正常工作階段。擴(kuò)散泵的工作（10—20℃之間）擴(kuò)散泵的停止在此之后，才能關(guān)閉預(yù)真空泵的電源。泵運(yùn)轉(zhuǎn)到擴(kuò)散泵的油溫降低到60—70℃或到室溫，才可以關(guān)閉預(yù)真空泵，最后關(guān)冷卻水。查；如突然停電，應(yīng)關(guān)掉儀器和泵的電源，對(duì)機(jī)械泵放大氣，再關(guān)掉總開關(guān)。K-50、K-80K泵的抽速（升/秒。擴(kuò)散泵的常見故障及消除方法渦輪分子泵分子泵的基本結(jié)構(gòu)及工作原理3-103-103-11S1=S0HmaxA（升/秒） (3-15)S20℃N2,S0=4.6/秒·2，Hmax0AScSc流導(dǎo)，則實(shí)際抽速為ScScS11(3-16)渦輪分子泵的主要性能S∝gug葉輪幾何形態(tài)的常數(shù)。u3-12u(2）抽速與進(jìn)口壓強(qiáng)的關(guān)系，如圖3-13所示，當(dāng)進(jìn)口壓強(qiáng)在10-1—10-7帕范圍，即在分子流狀態(tài)下，抽速幾乎不變，當(dāng)壓強(qiáng)增高到不滿足分子流條件時(shí)，由于大部分氣體分子與葉輪不能直接碰撞，抽速因此而下降。由此可見在分子流狀態(tài)，抽速與壓強(qiáng)無關(guān)。(3）壓縮比與轉(zhuǎn)速及分子量的關(guān)系如下：K) (3—17)G，μ量大的氣體，壓縮比較大，因此渦輪分子泵對(duì)重的氣體抽速較大。（10-1—10-7帕）10-7—10-8帕，是一種近于無