分子泵的详细介绍.doc

涡轮分子泵的抽气原理分子泵输送气体应满足二个必要条件：1). 涡轮分子泵必须在分子流状态下工作。因为当将一定容积的容器中所含气体的压力降低时，其中气体分子的平均自由程则随之增加。在常压下空气分子的平均自由程只有 0.06 m ，即平均看一个气体分子只要在空间运动 0.06 m ，就可能与第二个气体分子相碰。而在 1.3Pa 时，分子间平均自由程可达 4.4mm 。若平均自由程增加到大于容器壁间的距离时，气体分子与器壁的碰撞机会将大于气体分子之间的碰撞机会。在分子流范围内，气体分子的平均自由程长度远大于分子泵叶片之间的间距。当器壁由不动的定子叶片与运动着的转子叶片组成时，气体分子就会较多地射向转子和定子叶片，为形成气体分子的定向运动打下基础。2). 分子泵的转子叶片必须具有与气体分子速度相近的线速度。具有这样的高速度才能使气体分子与动叶片相碰撞后改变随机散射的特性而作定向运动。分子泵的转速越高，对提高分子泵的抽速越有利。实践表明，对不同分子量的气体分子其速度越大，泵抽除越困难。例： H2 在空气中含量甚徽，但由于 H2 分子具有很大的运动速度 ( 最可几速度为 1557m /s) ，所以分子泵对 H2 的抽吸困难。通过对极限真空中残余气体的分析，可发现氢气比重可达 85 ，而分子量较大，而运动速度慢的油分子所占的比重几乎为零。这就是分子泵对油蒸气等高分子量的气体的压缩比很高，抽吸效果好的原因。现以涡轮分子泵的一个叶片为例说明它的抽气原理。假设一个轴流式单叶列在分子流范围内以速度 V 运动，如图 21 所示。图21：涡轮分子泵抽气机理图设 I 侧为吸入侧，侧为排气侧。从 I 侧向侧运动的气体分子，可分为以下几种情况：有一部分气体分子与叶片的端部相碰返回 I 侧，一部分气体分子直接通过叶片槽到达侧，还有一部分气体分子在叶片槽内与叶片壁相碰，其碰撞结果将使一部分到达侧，而另一部分气体分子返回 I 侧。同样，对于侧来讲，也有一部分气体分子自侧直接抵达 I 侧，一部分气体分子与叶片碰撞后或返回侧或抵达 I 侧。如图 21(b) 所示，当 I 侧的气体分子与叶片相碰后反射方向在1 角内的将又回到 I 侧，而反射方向在1 角内的气体分子最后将进入到侧或散射回 I 侧，撞击在1 角内再反射的气体分子将进入侧；同样，凡是从侧入射到叶片上的气体分子在角2 内再反射的气体分子仍回到 I 侧，在角2 内再反射的气体分子将散射到 I 侧，而在角度2 内再反射的气体分子或散射到 I 侧或返回侧。从1 、2 、1 、2 、1 、2 角度的大小关系可以看出：气体分子从 I 侧最终通过叶片进入到侧的几率 M21 大于气体分子从侧最终到达 I 侧的几率 M 21 且叶片的运动速度 V 值越大，效果越明显，这样就实现了泵的抽气目的。叶片的倾角、叶片弦长 b 、节弦比 S0 、线速度 V 对叶列的抽气效果都有影响。设 N1 、 N2 分别表示自 I 侧和 I 侧入射到叶片的气体分子流量。而用 W 表示由 I 侧到达图：涡轮分子泵抽气机理计算公式侧的净气体分子流量与入射气体分子流量之比， W 称何氏系数，则有公式(6 1)或公式(6 2)假定叶片两侧温度相等，而且气体分子速度分布函数相同，则N2 / N1等是密度比n2 / n1等或是压缩比P2 / P1。即：(6 3)通过叶列的净气体流量为零时，可得最大压缩比 (6 4)在压缩比为 1 时 (P2 = P1 ) ，何氏系数最大，即 (6 5)实际的涡轮分子泵都是由多级叶列串联组成，即按动片、定片、动片、次序交替排列的。泵的总压缩比是由叶列的级数决定的。在涡轮分子泵的设计中，应对多级叶列的组合进行优化选配。一般在泵入口侧附近应选择抽速较大的叶片形状及尺寸，其压缩比可以相对的小一些。在经过几级压缩之后气体压力升高，抽速下降了，这时就应该选择那种压缩比高、抽速低的叶片形状。这样设计可以使整台泵的抽气性能得到抽速大、压缩比高、级数少的理想结果。计算分子泵叶列传输几率M12和M21的方法很多。例如：积分方程法、角系数法、蒙特卡罗法、矩阵法、工程近似计算法等等。涡轮分子泵系统操作注意事项及常见故障排除涡轮分子泵系统的操作注意事项（1） 不能在前级泵工作时（前级管道接通） 和真空室处于真空状态时将涡轮分子泵停掉，否则将会使油蒸汽迅速从前级管路返流到泵的清洁端。（2） 分子泵系统在停机充干燥气体前，一定要先将分子泵冷却水关闭，且要从泵的高真空端充气。决不能从泵的前级管路进行充气。（3）选择抽气系统前级泵的大小时，应使涡轮分子泵的前级保持在分子流状态下。（4）不能让涡轮分子泵在低于额定工作转速下运转。（5）分子泵入口应装设防护网，以避免异物进入泵内损坏泵转子和定子叶片。涡轮分子泵系统常见故障及排除涡轮分子泵抽气系统的常见故障及排除方法见表1。表1 涡轮分子泵系统常见故障及排除方法分子泵产生振动的原因与减振措施泵工作时振动的产生及其减振措施保证分子泵工作精度的最主要问题是尽量减少泵工作时的振动。组成分子泵的零部件以及安放它的基础，都可以认为是一个弹性系统。当分子泵高速运转工作时，泵在其平衡位置作往复性机械运动，即是分子泵的振动。分子泵的振动，主要是其振动零部件的不平衡引起的，主要因素有：(1) 涡轮转子以及电动机主轴的不平衡是产生振动的主要来源。从涡轮转子的结构看，影响其平衡的原因有： 1) 转子的材质不均 ( 包括密度不均和膨胀系数的不均 ) ； 2) 涡轮转子的各组成零件在制造中的加工误差，如同轴度、转子端面的平行度、转子体的不对称性等等； 3) 转子的装配质量。如涡轮转子上下叶轮因装配不当产生偏差；涡轮转子在电动机轴上装得不正；或装配时压紧力不足，高速运转后产生松动等。以上诸因素会造成涡轮转子的质量分布不均，形成一定的质量偏心，当转子转动时产生不平衡的离心力，从而使分子泵产生有害的振动和噪音。(2) 由于涡轮分子泵的转速很高，因此防止产生共振也是一个重要问题。在分子泵的设计中应正确地选用工作转速和合理地设计电动机的主轴。(3) 主轴的支承条件，如轴承的精度、安装方式、润滑条件等对分子泵的振动也将产生较大的影响。为了减少分子泵整机工作时的振动，在泵的设计制造中应采取以下措施： (1) 在工艺条件允许的情况下，尽可能提高零部件的加工精度。 (2) 对电动机主轴及涡轮转子等旋转零部件进行严格的动平衡试验。 (3) 为了防止产生共振，确保泵安全运转，泵设计时，应使主轴的工作转速 n 在其各阶临界转速之外。在轴的初步设计时，应对其临界转速进行验算，至少使其与工作转速相差 20 左右，否则应改变轴的尺寸或刚性来达到上述要求。 (4) 对主轴轴承的外侧设置橡胶减振环。橡胶减振环除了具有减振、隔音效果外，还有利于越过共振区，衰减高频振动和噪音的作用。 (5) 为减少分子泵的振动向外传递以及减少外界振动对分子泵的影响，在分子泵的四个支柱下装有四个橡胶垫以起到隔振作用。立式和卧式涡轮分子泵结构特点1) 卧式涡轮分子泵卧式涡轮分子泵特点是其转子主轴水平布置。这种结构的分子泵是双轴流的，吸气口在两组抽气单元的中央，气体吸入后，分别被左右两侧的叶列组合抽走。轴承分别装在各抽气单元的排气侧，见图 22 。图22：卧式涡轮分子泵结构示意图这种型式泵的特点是抽气时转子受力均匀，轴承定位、受力状态好，使用寿命长，且轴承更换过程中，转子位置不动，维修方便。2) 立式涡轮分子泵立式涡轮分子泵结构如图 23 所示。图23：立式涡轮分子泵结构示意图其转子轴垂直安装，只有一组抽气组合叶列。转子叶轮高速旋转时，被抽气体沿着转子组和定子组自高真空端向低真空端压缩，被驱向前级，由前级泵抽走。泵由泵壳、涡轮叶列组件和电动机等组成。现代涡轮分子泵转子和定子之间的间隙较大，通常在 lmm 左右，因此泵工作时很安全。立式泵的装配工艺要比卧式泵简单，所以立式泵发展很快。轴承润滑方式有油脂润滑、油绳润滑和离心供油润滑等方式。分子泵轴承润滑油的性能必须具备以下三个条件，才能满足泵的工作要求： a. 高速下具备良好的润滑性能； b. 饱和蒸气压低于前级泵工作液的饱和蒸气压 c. 粘度适当，使之兼有轴承冷却液的作用。涡轮分子泵损坏的原因及设计上的安全措施涡轮分子泵损坏的原因可分为设计上的和使用上的两方面的原因造成的。在设计上, 有材料方面的问题。如材质的选择、毛坯的管理( 如转子主轴加工后要垂直放置防弯变形) 材料缺陷的检查等, 还有转子整体的力学分析, 转子叶片的固有频率为转轴转数的整数倍时就会发生动片共振。突暴大气瞬间1.05 s,动片也会弯曲振动可达0.49 mm 经7.5 s 弯曲量可达2.04 mm(试验值)、疲劳, 以及转子叶片与定子叶片间隙的合理选定, 加工精度和装配精度等问题都要慎重考虑。当压力突然升高( 大气冲入)时, 转子的叶片很薄很长, 在大气压力作用下, 会使动片与定片相接触, 使转子叶片被打得七零八落, 损坏严重。由于人们对此现象作了分析研究, 使这种情况可以避免发生。由于轴承的故障也能使定片和动片相接触, 甚至材料缺陷也会造成事故的发生。在使用上存在的问题也不少, 在泵口处异物的混入, 如玻璃碎片、垫片、螺钉等, 由于泵体是垂直的, 混入的异物会直接落到高速旋转的叶片上造成事故。泵抽入腐蚀性气体, 如三甲基镓Ga(CH3)3 和三乙基镓GA(C2H5)3 等。在抽吸这种气体时, 它会与转子的铝合金材料起化学反应, 转子的晶界受到腐蚀破坏, 随着气体的压力和浓度的不同, 其破坏的速度也是不同的, 少则几周, 多则几个月。一般将转子叶片进行表面处理, 如制备氧化铝膜或电镀处理等。这样作多少有些改善。但是,材料作到完全没有气孔、针孔, 实际上是不可能的, 就现实而言, 排除上述气体不应该使用普通的涡轮分子泵, 而用专用的涡轮分子泵, 如陶瓷转子耐腐蚀。在抽吸反应性气体时, 气体在泵内遭到压缩、压力增高, 若残余气体成分中水分增加或气体温度遇冷处降低, 其固体生成物会在泵内的间隙处堆积。在转子高速旋转过程中, 这些堆积的固体生成物会与回转体的部分或接触或粘结其上。在这种情况下, 运动的叶片就会遭到损坏。此外, 使用油润滑的轴承这种反应性气体会使润滑油变质, 恶化, 使轴承出现故障, 使回转体损坏。为了减少固体的生成物, 要提高泵温。在半导体制备过程中, 在低压过渡流区域10 Pa 左右时抽除大量的气体会在运转过程中磨擦发热, 使转子叶片, 转子筒的温度增加。一般的铝合金材料, 在150 以上由于它的蠕变特性, 材料的机械强度急剧下降。因此, 回转体的温度上升, 在高速回转时, 可能由于离心力而使叶片遭到破坏的可能性也是有的。图：磁轴承式涡轮分子泵断面图设计上的安全措施在转子设计时, 要进行回转体整体的应力分析, 通过有限单元法计算和电测应力法加以验证, 也有用电镜进行组织结构观察。要避免应力集中, 气体负荷的安全率要合理设定。高速回转体要做精密的动平衡, 动平衡取重时要避免裂纹产生, 以防腐蚀, 疲劳破坏。有时要作超转数试验以考核零件强度。前苏联书籍中给出许可的不平衡量为:D 许可= 6.4m/n ( gcm)式中m 转子的质量, gn 转子的转数, r/min工业用的涡轮分子泵叶片顶端的圆周速度约为150200 m/s, 而近代的涡轮分子泵的圆周速度则高达350450 m/s。由于受材料强度所限很少再高的。因此在叶片的设计上引入等强度的概念, 使叶片的根部的厚度或宽度向外逐渐变薄或变窄。也有在叶片边缘处加圆环或轮箍的以增加叶片的刚度和强度。涡轮分子泵工作转数的选择, 一般都高于一阶临界转数, 所以起动和停机都要经过一阶临界转数, 因此会引起泵瞬间的振动。为了消除这个影响, 在设计传动系统时, 主轴的轴承常用螺旋弹簧或蝶簧支撑下轴承外圈消除轴承间隙以防滑动。弹力一般为24 kg。为了消振, 在轴承外加橡胶阻尼环。阻尼环内径上的胶圈的压缩量为14%16%( 如3.5 橡胶环压缩量为0.5 mm) ,阻尼环的外径上的胶圈的压缩量为8%10%( 如3.0 则压缩量为0.25 mm) 。阻尼环内外有胶圈的作用是将内部振动转为热能而消失, 能对振动起隔离作用。涡轮分子泵利用惰性气体( N2、Ar) 来保护轴承润滑。普通涡轮分子泵被抽气体可以与轴承润滑油自由接触, 若是被抽气体与泵油起化学反应则会破坏轴承的润滑性能, 使轴承工作受到损害, 影响泵的安全工作。例如, 泵抽吸CF4、SiH4、SiCl、SF6 等气体。解决这个问题最初的办法是用一种难以发生化学反应的泵油。由于价格昂贵,运转费用高, 而被第二种办法所代替。即在设计时设有一条可以供应惰性气体充入的气路至上轴承的上方, 以防止被抽气与轴承接触。充入气体的分子量要大些, 可以获得较高的压缩比, 使其返流困难, 以防充入气体对泵入口压力的影响。因此充入气体要选择合适的压力和供气量。因为惰性气体比耐腐蚀的泵油的消耗便宜, 故常用此法来保护油对轴承的润滑。为了不使转子温度过高, 在设计时要确定转子与泵体间的温升。涡轮分子泵转子叶片与被抽气体分子摩擦生热, 使高速回转的转子和泵体之间产生温升T, 通常有如下计算式T = n/k*lnPf式中T 转子与泵体间的温升, n 转子的转数, r/minPf 泵的前级压力, mTorrK 与气体种类有关的常数, 其值如下:抽空气时: K=3713;抽H2 时: K=5203;抽He 时: K=4142;抽Ar 时: K=3097;例: 若泵抽空气K=3731 , 设n=24000r/min ,Pf =210- 2 Torr=20 mTorr , 将值代入上式则得:Tair = n/k*lnPf = 24000/3717*ln20 = 19.4该公式是实验得到的经验公式, 从中可以看出被抽气体的分子量大时则k 值小, 这说明所得的温升T 高, 所以在相同的n 和Pf 的条件下分子量大则T 高。因此在抽除一些高分子量气体时摩擦生热厉害。要很好考虑这个问题, 以防转子温升过高, 消失间隙, 造成转子与定子的碰撞接触, 让成事故。涡轮分子泵设计时要考虑的另一个技术问题是涡轮分子泵在外界强磁场作用下, 泵运转的可靠性问题。涡轮分子泵在有磁场作用的条件下工作时, 转子内有感应涡流存在。会导致转轴和叶片产生热变形。由于转子和定子的间隙很小,一旦发热变形会使转子卡死, 叶片损坏等现象发生。此外还会产生制动力矩, 增加驱动负荷, 降低转速。因此国外有些厂家对各种涡轮分子泵通过实验确定其磁感应的许可值Bmax。涡轮分子泵在强磁场( 均匀的或脉冲磁场) 下工作时, 由于转子叶片的高速转动( 1001000 Hz) ,动片与定片间隙在0.51.0 mm 之间, 一个导体在磁场内移动会产生电磁感应的涡流, 变成热能损失。p B2f/式中p 涡流损失B 磁感应强度f 叶片的旋转频率; 叶片材料的电阻率p 与旋转叶片的形状有关, 叶片的长度大大超过叶片的宽度, 磁场会引起叶片发热, 其主轴也会发热使动片与定片的间隙变化。最大许可的Bmax 值的决定原则是, 即磁场影响使此间隙缩小一半时的B 值, 定为Bmax。在脉冲磁场条件下, 最大许可值为BmaxBmax = (1+t2/t1) 0. 5*Bmax式中t1 接通时间, st2 断开时间, s涡轮分子泵运转时值得注意的几个问题1、返流涡轮分子泵具有提供超清洁、无碳氢化合物的真空环境的能力，故常被用户选用。然而，用户也偶尔会发现涡轮分子泵提供不了不含碳氢化合物的真空环境。经调查发现碳氢化合物的来源，50%是操作失误所带来的问题，如涡轮分子泵的前级泵为油封式旋片泵时，没有控制返流的安全阀，不合理的放气程序都会引起油蒸汽的返流，不合要求的安全阀也会引起油污染。为了在系统中实现无碳氢化合物这一要求，在前级泵不是干式泵的情况下，有必要了解涡轮分子泵的压缩比及如何给泵充气的一些基本知识。2、压缩比涡轮分子泵的压缩比是指前级管道（排气口处）的压力与进气口处的压力之比。由于被抽气体的分子量不同，泵对各种气体的压缩比也不同。气体分子量M 的平方根与压缩比K 的关系如图6所示，泵对氢的压缩比很小，一般为1000 左右，这样一来如果前级管道中氢的压力为110- 7 Torr（13.33 Pa），那么进气口处氢的压力则小1000倍，即为110- 10 Torr（13.33 nPa）。由于氢是超高真空系统中主要的残余气体，所以氢的压缩比是决定涡轮分子泵的极限压力的关键因素。涡轮分子泵对于大分子量的气体，如对那些碳氢化合物分子的压缩比是相当大的，一般高于1012。这个比值根据不同泵，以及不同分子量而不同，由于前级泵的不同和其它因素，涡轮分子泵的前级管道中的碳氢化合物的分压力在10- 4 Torr（13.33 mPa）10- 6 Torr（133.3 Pa）之间，在这种条件下，在泵的入口处碳氢化合物的分压力将低了1012 倍，即为10- 16 Torr（13.33 fPa）或更低。这样几乎是无限小的压力，已超出了可测量的范围，即使最灵敏的质谱仪也难以测出。图6 不同分子量M 的平方根与压缩比的关系曲线3、充气措施(1)为什么要充气当涡轮分子泵关闭或运转极慢时，泵将不再有足够大的压缩比（泵内压力梯度）来阻止前级侧存在的碳氢化合物通过涡轮叶片向真空室进行返流。这种现象称作反扩散或分子返流。在静态条件下，整个系统的压力均衡时，在前级管道侧， 油的分压力通常为10- 4 10- 6 Torr （ 或13.33mPa133.3Pa）最后也会波及到泵的入口处。当泵关闭时，适当地给泵内充气是控制油分子返流，保持真空室内无碳氢化合物的一种有效的措施。当停泵后，碳氢化合物返流很快通过泵进入真空室内，如果系统仍保持在真空状态下，碳氢化合物将会粘在清洁的叶片和真空室的表面上。在随后再运转该系统时，将极难抽除粘着的碳氢化合物。另一方面，在涡轮分子泵停止运转时，如果给泵充入干燥氮气或干燥空气，则该干燥气体将给暴露的表面提供一层气体保护层，而且在系统充气后，返流的碳氢化合物由于与充入的气体混合起来，从而它的粘着能力很弱，在混合气体中碳氢化合物所占比例极小，在下一次抽空时也很快就能被抽走。(2)延迟充气虽然在泵断开电源后就应给泵充气已被大家所接受，且很平常，但是，涡轮分子泵在切断电源后，泵要渐渐地减速，若延迟几秒或几分钟再充气会更好一些。在泵减速到它平时速度的30%50%期间，此时泵仍能起到抽气和压缩作用。能有效地使真空室处在真空状态下且能防止碳氢化合物的返流。延迟充气也能使阀门有足够的时间关闭，在经常停电的情况下，延迟充气是很有用的。为了延迟充气， 前级真空必须维持在1 1000 mHg （1 10- 3 mmHg 1 mmHg 或133.3 mPa133.3 Pa）范围之内，所以在涡轮分子泵与前级泵之间必须有一个真空阀，或者在前级泵内部装一个控制阀，该阀应在电源中断时，使涡轮分子泵与前级泵隔离开来。否则，通过前级泵、前级管道被充气，并导致了油的污染。(3)在何处充气在涡轮分子泵的前级侧充气，能强制使碳氢化合物立刻通过涡轮分子泵流入真空室。另一方面，若在涡轮分子泵吸入侧充气，能达到以清洁气体覆盖表面的目的。并使气流流向涡轮分子泵（自上而下），能暂时阻止、延迟碳氢化合物的返流，也有些涡轮分子泵在压缩级之间进行中间充气，它和在吸入侧充气控制碳氢化合物返流几乎同样有效。在超高真空系统中，在压缩级充气尤其优越。因为中间充气不需要价格昂贵的金属密封的可烘烤的充气阀。(4)怎样充气如果涡轮分子泵置于一个清洁、干燥的周围环境中，就可以充室内的空气。然而充气入口的位置必须仔细选择。如果充气入口位置靠近油封式旋片泵的排气口位置之上，则充入的气体中会含有油蒸汽势必会对真空系统造成污染，而且如果空气是湿的，为了减少以后再抽气的时间，于是要充入干燥氮气或经过干燥器过滤的空气。另外也不一定总是充入大气压力下的气体，若充入气体的压力为几Torr（几hpa）的干燥气体就足以能控制碳氢化合物的返流。4、前级管道设安全阀如果不采用一个操作合理的前级管道安全阀，就有可能即污染涡轮分子泵又污染真空室。当前级泵断电停车时，前级泵就会给自己充气反向通到涡轮分子泵的排气口。这种前级泵充气会输送前级管道返流的泵油，之后通过涡轮分子泵进入真空室，这种现象称为油污染，被污染后涡轮分子泵的叶片就必须在厂家的指导下用氟利昂来清洗。在涡轮分子泵与前级泵之间装上一个真空阀，可以防止反向充气，当停电时立刻关上此阀。理想的情况是，它即能对前级泵入口充气又不致于使泵油返流浸入安全阀。另外，只有当它的压力基本均衡时才能打开安全阀，否则就有可能出现压力冲击前级管道的问题，例如，在断电瞬间前级泵压力将为大气压力，然而前级管道仍可能处于真空状态下。若阀门的两侧压力差很大，一旦通电阀门会立刻打开，含污染油的大气压下的气体将由前级泵冲向前级管道，从而会污染系统。所以安全阀需要一定的延迟开启的时间，以便让前级泵将阀门后的管道内抽成真空，阀前后的压差均衡时才可打开安全阀，总之采取办法来控制阀门的两侧的压力差，不使气流返冲。现在许多直联式旋片泵，在泵内装有安全阀，但阀门密封性能一定要保证，一旦阀门关不上后果相当严重，涡轮分子泵系统就会被油污染，这种问题是可能通过检测事先发现的。在运转的前级泵上安装一个前级真空规管，将泵关闭如果前级压力增加值在101000 mHg （110- 21 torr 或1.333133.3Pa）之间并不再增加，则阀门有效如果压力继续上升很快，直接达到大气压力说明阀门失效。如果阀门的密封良好，检查阀门是否立即开启还是等压力均衡后再开启，观察规管并开前级泵，如果规管马上就跳到几乎是大气压力，说明有返流的蒸汽的冲击。5、操作程序由于涡轮分子泵的种类和型号是多种多样的，每种泵的操作方式由制造厂家提供，涡轮分子泵的操作最简单、最便宜的方法是同时启动涡轮分子泵和前级泵，当涡轮分子泵加速到正常转速时，同时也预抽完了该系统，在此初始高压强预抽阶段，油蒸汽的返流是不可能的。因为这时系统内气体处于粘滞流或层流状态，排出气体的密度大，可阻挡任何碳氢化合物的分子向涡轮分子泵方向返流。当达到分子流态时，涡轮分子泵已进入正常速度运转，在泵高压缩比的情况下运转时，就可防止了油蒸汽的返流。涡轮分子泵的前级泵由一个电纽开关控制，两泵可同时启动和停车。在某些快速循环的系统中，也没有足够的时间，使涡轮分子泵在每一个循环周期内，由于时间短来不及达到正常的运转速度。在这种情况下，就不能随工作循环去周期性地开启涡轮分子泵。此时涡轮分子泵就不得不连续的运转，前级泵粗抽真空室，很快就能达到涡轮分子泵的启动压力，就可以很快打开主阀，涡轮分子泵可以在相对高的压力下工作（节约了时间）也可使粗抽管道返流降到最低程度。如果系统需要有粗抽管道，操作不当也有可能出现返流问题，若是将系统粗抽到太低的压力，粗抽管道内就会出现分子流态。则粗抽泵的油蒸汽就有可能返流到真空室。当压力低于100200 mHg（13.3326.66Pa）时，就会出现这种返流。当真空室粗抽适度后就关闭粗抽阀门，而粗抽泵还在继续运转时，粗抽管道内的压力降低了会出现分子流状态。碳氢化合物会出现返流，并凝结在粗抽阀盖上或阀的密封处。当粗抽阀再打开时，这些凝结物就有可能离开阀盖或密封处而返流向真空室一侧。在下一个高真空循环周期中这些油蒸汽就会迁移到真空室内而遭到污染。为了解决粗抽造成的返流问题，主要是在前级管道中避免分子流态的发生，以防油蒸汽返流。当前级管道中达到前级压力时，关闭粗抽阀对粗抽管道内充气（用一个充气阀和一个可控漏孔），然后关闭粗抽泵。因而粗抽管道内就不可能出现分子流态，防止了返流。使用涡轮分子泵时，通常可不用粗抽管道。如在快速循环的系统中，不设粗抽管道，可以选用那些耐大气冲击的涡轮分子泵。能直接从大气压力下对真空室进行抽真空。上述讨论是涡轮分子泵选用有油的前级泵工作时应注意的事项。在当前研制成功的不同型的干式前级泵可作为涡轮分子泵的前级泵时就解决了有油系统的返流问题，实现清洁的真空获得，如能选用当前出现的那种从大气压一直抽到高真空的新型分子泵工作就更好了。涡轮分子泵抽气系统操作图1 所示的装有单独粗抽管路的涡轮分子泵抽气系统的操作方法与扩散泵抽气系统相似。在开始粗抽以前，高真空阀和粗抽阀是关着的，而前级管道阀是打开的。首先关闭前级阀，启动粗抽泵（兼前级泵），打开粗抽阀开始对真空室进行抽气。在真空室内的压力降到150100 Pa 时关闭粗抽阀，打开前级管道阀，再启动涡轮分子泵（需先接通冷却系统）。如果分子泵入口处装有液氮冷阱，则应在泵加速到额定转速后（一般需510 min）加注液氮。1.涡轮分子泵2.液氮冷阱3.放气阀4.电离规5.热传导规6.粗抽阀7.机械泵8.前级管路阀9.高真空阀图1 典型涡轮分子泵抽气系统粗抽系统的配置随真空室的容积的大小而有所不同。对500 L/s 或更小的涡轮分子泵来说，可采用一台双级旋片泵；1000 L/s 以上的涡轮分子泵则采用以机械泵为前级泵的罗茨泵机组。在压力为100 到150 Pa 时关闭粗抽阀，把真空室切换到涡轮分子泵上。对某些泵，这样做会引起轻微而滞后的瞬时减速，但这对抽气并无影响。正如扩散泵抽气系统那样，涡轮分子泵系统中的最主要的物质是水蒸气，其抽气时间将受液氮冷阱抽速的支配。如果不用液氮冷阱，那么这个系统抽除水蒸气的速度就会比同样抽速的无冷阱扩散泵略慢一些。在高真空抽气过程的起始阶段，泵的很大的未经烘烤的内表面会吸附水，然后再在较低的压力下重新释放出来。这种效应在无阀门的系统中更为明显，因为它可能比未暴露在压力高于150 Pa 的空气环境的有阀门的系统吸附更多的水蒸气。系统停机时，先关闭高真空阀，如果有液氮冷阱的话，还要将冷阱加热。在冷阱达到平衡温度后，关掉前级管道阀，再切断涡轮分子泵电动机的电源使分子泵的转子减速。一般来说，到泵转子完全停止需要十分钟或更长的时间。在分子泵转子减速期间，来自前级管道的碳氢化合物和涡轮分子泵的润滑油蒸气会迅速地向泵的进气口上方区域扩散。为了防止机械泵油蒸气和涡轮分子泵润滑油蒸气的返流，在切断涡轮分子泵电动机的电源后，要用一股干燥的反向气流对分子泵进行放气。例如，应该在泵转子速度下降到最大转速的50 左右时，在泵进气口上方的某处或在转子组件上部连续充入氩气或氮气，直到泵内压力达到大气压。通过从阀门3（见图1）充入气体就可适当地完成这一操作。当涡轮分子泵以额定速度运转时，不应经常充入压力为大气压的气流。这样做对轴的寿命是不利的。当前级管道阀关闭后，即可关掉机械泵系统，并用放气阀对机械泵内进行放气。停机后应立即关掉冷却水以防止内部冷凝。在正常工作时，可把水温调节到略高于露点来消除泵体外部可能形成的冷凝物。启动系统要先接通冷却水流，打开前级管道阀门，再同时启动机械泵和涡轮分子泵。在泵加速到额定转速（一般为5 到10 min）后，就可加注液氮冷阱。此后就可按上节所介绍的步骤对真空室进行抽气。图2 中所给出的不用高真空阀门的抽气系统的操作要比有阀门的抽气系统简便得多。操作时，先打开冷却水和前级管道阀，并同时启动机械泵和涡轮分子泵。如粗抽泵选择得当使真空室的粗抽时间等于加速时间，那么真空系统就能在没有泵油蒸气返流的情况下把真空室抽到其本底压力。1.检漏接口阀2.涡轮分子泵3.放气阀4.电离规5.热传导规6.真空管路阀7.电磁放气阀8.机械泵图2 不用阀门的涡轮分子泵抽气系统无阀门系统在放气和停机时，首先关闭前级管道阀，等泵转速下降到最大转速的50时再在泵的上方充入干燥气体。当系统充到大气压时应关闭放气阀门，否则会造成真空室过压。然后按上述介绍的方法关掉机械泵并停掉冷却水。没有单设粗抽管路的涡轮分子泵系统的操作：先打开分子泵冷却系统和前级管路阀，并同时启动前级（粗抽）机械泵和涡轮分子泵。如果粗抽泵（前级泵）选择得当，使真空室的粗抽时间等于分子泵的加速（启动）时间，则真空系统就能在没有泵油蒸汽返流的情况下把真空室抽到其本底压力。该系统在停机前，要先关闭前级管路阀，然后切断分子泵电源和关闭冷却水。等分子泵转速下降到额定工作转速的一半时，再在泵的入口处充入干燥气体，当系统充到大气压力后，应关闭放气阀门。根据