涡轮分子泵的结构和工作原理

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1、涡轮分子泵的结构和工作原理应用高速旋转的动叶轮将动量传给气体分子，使气体产生定向活动而抽气的真空泵。涡轮分子泵的优点是启动快，能抗各种射线的映照，耐大气冲击，无气体存储和解吸效应，无油蒸气污染或污染很少，能取得清洁的超高真空。涡轮分子泵普遍用于高能加速器、可控热核反响安装、重粒子加速器和高级电子器件制造等方面。构造和工作原理1958年，联邦德国的W.贝克初次提出有适用价值的涡轮分子泵，以后相继呈现了各种不同构造的分子泵，主要有立式和卧式两种,图1为立式涡轮分子泵的构造图。涡轮分子泵主要由泵体、带叶

2、片的转子(即动叶轮)、静叶轮和驱动系统等组成。动叶轮外缘的线速度高达气体分子热运动的速度(普通为150～400米／秒)。单个叶轮的紧缩比很小，涡轮分子泵要由十多个动叶轮和静叶轮组成。动叶轮和静叶轮交替排列。动、静叶轮几何尺寸根本相同,但叶片倾斜角相反。图2为20个动叶轮组成的整体式转子。每两个动叶轮之间装一个静叶轮。静叶轮外缘用环固定并使动、静叶轮间坚持1毫米左右的间隙,动叶轮可在静叶轮间自在旋转。在运动叶片两侧的气体分子呈漫散射。在叶轮左侧(图3a),当气体分子抵达A点左近时，在角度α1内反射的

3、气体分子回到左侧；在角度β1内反射的气体分子一局部回到左侧，另一局部穿过叶片抵达右侧；在角度γ1内反射的气体分子将直接穿过叶片抵达右侧。同理，在叶轮右侧(图3b),当气体分子入射到B点左近时，在α2角度内反射的气体分子将返回右侧；在β2角度内反射的气体分子一局部抵达左侧，另一局部返回右侧；在γ2角度内反射的气体分子穿过叶片抵达左侧。倾斜叶片的运动使气体分子从左侧穿过叶片抵达右侧，比从右侧穿过叶片抵达左侧的几率大得多。叶轮连续旋转，气体分子便不时地由左侧流向右侧，从而产生抽气作用。性能和特性泵的排气

4、压力与进气压力之比称为紧缩比。紧缩比除与泵的级数和转速有关外，还与气体品种有关。分子量大的气体有高的紧缩比。对氮(或空气)的紧缩比为108～109;对氢为102～104；对分子量大的气体如油蒸气则大于1010。泵的极限压力为10-9帕,工作压力范围为10-1～10-8帕,抽气速率为几十到几千升每秒(1升＝10-3米3)。涡轮分子泵必需在分子流状态(气体分子的均匀自在程远大于导管截面最大尺寸的流态)下工作才干显现出它的优越性,因而请求配有工作压力为1～10-2帕的前级真空泵。分子泵自身由转速为100

5、00～60000转／分的中频电动机直联驱动。首先介绍了涡轮分子泵的工作原理，结构型式及其优缺点。为了利用涡轮分子泵，获得清洁真空，国外多利用干式机械泵作其前级泵，构成无油的真空系统。然而，目前国内涡轮分子泵多以油封机械泵为其前级泵，构成了有油真空系统，如果操作不当，很难避免油蒸汽返流，对真空系统的污染。利用有油系统获得清洁真空，国内外都有一些有效防止返流的措施和成功的操作经验。这些对用户正确选择和使用涡轮分子泵有油系统获得清洁真空，有一定的参考价值。　　当今，现代化的半导体行业中，越来越多地应用涡

6、轮分子泵。如溅射、刻蚀、蒸发、注入、分子束外延、离子加工等设备都需要在真空环境下运行。又如电子显微镜，表面分析仪器，残余气体分析仪及氦质谱检漏仪等也经常使用涡轮分子泵来抽真空。此外，在宇宙模拟设备、核聚变装置、太阳能集热管镀膜生产线上也都改用大型涡轮分子泵或低温泵来代替油扩散泵系统，以防止油蒸汽的污染。因此，最近十几年来，涡轮分子泵，在国内、外都得到了显着的改进和发展。在涡轮分子泵的应用日益增加干式的前级泵还没有大量普及和应用的情况下，有时还不得不用油封机械泵来作涡轮分子泵的前级泵。因此，针对这种

7、现状，对涡轮分子泵的合理选用和正确操作是很重要的。弄清楚涡轮分子泵的特点和使用方法，对用户是很必要的。　　涡轮分子泵的结构型式与工作原理　　涡轮分子泵在结构上有立式和卧式之分，如图1(a、b)为立式泵结构示意图，图2为卧式泵结构示意图。　　　图1(a)立式涡轮分子泵结构示意图　　图1(b)带磁轴承的立式涡轮分子泵结构示意图图2卧式涡轮分子泵结构泵意图　　涡轮分子泵的工作原理很简单。当气体分子以VP1碰撞到运转速度为VB(400m/s)的表面上，就会被携带转向到叶片的运动方向上如VP2。(如图3)典

8、型的涡轮分子泵是在分子流范围内工作的。入口压力可以1×10-3Torr延至10-11Torr。涡轮分子泵叶片在非常高的速度下，使气体分子被连续不断地折射，转向和压缩，气体分子被叶列压缩到前级侧后被前级泵排出。典型的前级泵多为小型的油封式旋片泵或干式机械泵。　　图3涡轮分子泵的工作原理示意图　　泵中的这种旋转的涡轮叶列称为转子，被装在由轴承支撑的轴上。两个转子叶片圆盘之间有静止的涡轮叶片称作定子。它安装在泵壳内，每一对转子和定子构成一级压缩。气体分子通过泵的入口经多级叶列压缩后排到出