真空获得机械真空泵

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1、真空物理与技术第5章真空获得（机械真空泵）第5章真空获得真空泵概述机械式真空泵旋片泵分子泵罗茨泵气流泵扩散泵俘获泵吸附泵低温泵升华泵离子泵真空泵概述什么是真空泵？Thisisnotatrivialquestion!能对空间排气（减少气相分子数,产生低压空间）的设备通过容积压缩排气(Bulkaction)机械压缩动量传输(molecularaction)分子直接碰撞夹带：和其他分子碰撞降低空间气体分子浓度:气体分子储存在表面时间>>>实验时间所有的真空泵都有一定的工作范围:压强气体种类抽气原理降低空间气体分子浓度（钛泵、低温泵）排出气体：旋片泵定向运动：扩散泵、分子泵、罗茨泵“气体二极管”前进反

2、向压力差返流（backthrough-put)反扩散、脱附真空泵：能够维持压力差的设备按照抽气方式分类压缩性真空泵：将气体由一方压缩到另一方利用膨胀-压缩-排出原理：旋片泵利用气体束流牵引作用：蒸汽流喷射泵利用高速表面牵引分子作用：分子泵吸附型真空泵：利用各种吸附作用将气体吸掉利用电离吸气作用：离子泵利用物理、化学吸附作用：吸附泵、低温泵、吸附剂泵按照压强范围分类粗真空泵:大气压-10-3torr旋片泵旋转柱塞泵滑片泵吸附泵罗茨泵高真空泵10-3to10-ntorr扩散泵低温泵分子泵离子泵按照排气压强分类排气压强：泵在此压强下可以排气往大气排气的泵前级泵前级压强旋片式机械泵只往低于大气压的环境

3、排气系统粗抽需要前级泵（串联）扩散泵、分子泵、罗茨泵束缚泵不需要出气口典型泵组粗抽:机械泵主泵:扩散泵前级:机械泵真空泵性能的基本参数抽气速率S(抽速)单位时间流入泵内的气体量Q=S.PS=Q/P极限压强pu经过足够长时间的抽气后，所能达到的最低平衡压强最大工作压强泵能正常工作的最高压强使用范围具有抽气能力的压强范围排气压强这一压强下,泵可以可以工作排气超高真空泵参数抽气选择性、残余气体组分抽速曲线工作压强范围抽速极限压强抽速与气体种类的关系抽速S一般不是常数，随压强变化而变化抽速范围1.单级旋片泵(无气镇)2.单级气镇泵3.罗茨泵4.喷射泵5.扩散泵6.分子泵真空泵的压强范围抽气曲线被抽容器

4、中压强随时间变化曲线不随时间变化的压强就是极限压强抽速大小由达到一定压强所需时间长短来估计时间越短，抽速越大真空系统时间常数问题：S=60L/s的机械泵，对一个体积为10L的容器排气，是否经过10/60s，能将容器抽至P=0呢？即使是S=常数的理想真空泵，答案也是否定的容器内压强P随抽气降低，同一体积（V）对应的气体量（PV）越来越小就气体量而言，抽气实际上越来越慢时间常数越大，压强下降越慢，“惰性”反映系统和泵的综合性能时间常数就是压强值将为1/e所需时间压强降低1个数量级需要2.303个时间常数机械泵早期机械泵液体泵利用液体压缩和排气往复泵斯普伦杰尔泵水喷射泵水环泵旋转式真空泵容积压缩泵

5、使用机械方法使一个工作室体积周期性的扩大和缩小达到抽气目的旋片式定片式滑阀式旋片泵最常用的粗真空泵皮带泵和直联泵单级泵和双级泵实际上就是一个小型旋转压缩机旋片泵工作图最大抽速几何抽速L：泵腔深度（摩擦力）L=0.5-2.0D1否则电动机功耗太高j：翼片伸缩频率一般j=450转/分D2：不能太小，否则旋片泵的翼片容易断裂或密封不良旋片式:D2=0.75-0.85D1定片式:D2=0.80-0.90D1滑阀式:D2=0.65-0.70D1有害空间理想抽速理论上的极限压强压缩比（排气口压强与进气口压强比）机械泵油封1.有害空间2.定子3.转子4.旋片机械泵油功能润滑剂密封剂热传导/冷却腐蚀防护基本要

6、求化学稳定性热稳定性适当的润滑能力适度的粘性低饱和蒸汽压矿物油各种馏分混合棕色-¥5/liter白色-¥20/liter氧化合成泵油炭氟化合物惰性¥500/liter典型的直联式旋片泵电机和泵直接相连j提高1450转/分钟7cfm（cubicftperminute）=鞋盒尺寸60cfm=中等大小的狗尺寸EssentiallyallrotaryvanepumpsinresearchlaboratoriesarenowDirectDrive双级旋片泵两个串联压缩腔更低的极限真空10-4Torr低返油抽速曲线压强较高时，抽速稳定压强较低时，抽速显著下降极限压强时，抽速为0单级双级气镇抽除冷凝蒸汽（如

7、水蒸汽）饱和蒸汽且温度较高-立刻凝结蒸汽压缩-压强增大-凝结凝结液体与泵油混合低压侧蒸发，限制极限压强气镇阀定时将一定量空气放入压缩区压缩气体-蒸汽混合物提前喷射20C水蒸气Pv=17.5Torr60C水蒸气Pv=149Torr压缩比＝9:1可抽除的蒸汽压返油油的返流油蒸汽逆着气流的方向进入泵入口，并进入真空室返油量随着真空度的降低而增加最轻的馏分防止返油吸附阱低返油的泵油（贵）打开气镇使用启动泵