常用真空泵简介

1、套空物理鸟枝*Vacuum Physics and Technology赵风周物理学院2011.5第三章真空获得.真空泵的分类与性能二. 企积戎真交泵三. 动畳传逋丈真空泵 毛体楠$式真变泵五起高真空校無技术&利用高速旋转的叶片或高速射流，把动量传输给被抽气体或气体分子，使气体不断地从入口传输到出口的真空泵.(1) 分子泵：牵引分子泵、涡轮分子泵和复合分子泵三大类.(2) 喷射真空泵：水喷射泵、气体喷射泵和蒸汽喷射泵三大类(3) 扩散泵：以油或汞蒸汽作为工作介质汞扩散泵不帶分馆装置，油扩散泵有分饰装置、今&多空泵(Molecular Pump)1.1分子真空泵（分子泵）是1913年德国人盖德（

2、W.Gaeck）发 明的，之后他又以气体的外摩擦作用为分子泵奠定了理论基 础.一J用了气体的外摩擦输运现象，也就是分子牵引力 ,所以称为牵引分子泵.1956年，徳国人贝克（WBik）发明了涡轮分子泵，以高 速旋转的动叶片和静止的定叶片配合来实现抽气，极限压强 可达lOTa以下.1972年出现了涡轮牵引复合分子泵，采用螺旋动密封，可直 接向大气排气.近年来，空气紬承和磁悬浮轴承的应用，使分子泵作为清洁 真空获得设备更加完善.空气轴承（Air Bearing）Ttwust Air Booting磁悬浮轴承(Magnetic Bearing)怪何评钦喉-律步耻机fiMA浮轴承卡向定位单尤3 acti

3、ve axis1.2牵引分子泵的结构特点与抽气原理1-吸气口2 -排气口3-转子4-泵体5-挡块Gaede MDPHolweck MDPMolecular drag pump (MDP)ShaftRotorHolweck stageDynamic sealMotorplugInletImpellerCeramic ball bearingMotorCeramic ball bearing11盖徳理论气体在两个平行平面1. 2之间运动，二平面速度分别为心和 “2,运动方向为Ox.认为气体速度在O垂直方向上非常小(v =vv=o),在Oz和Qy方向，压强为常数.由板问低压气体输运性质可得dv 1

4、dpz-pr = (1-1 )dz _ dv77 动力黏性系数Vx Oa方向上气体的运动速戊B将上式积分，可得两平板间气体速度与通道高度的关系式Vv =丄 -+C7 +C,(1-2) dx 21_fj根据靠近上下两个面的气层受力的平衡条件，可以得到积 分常数C和w, u,u, + uyC =;C _ L 2/ 8 + h y _ dp r z d.t、28z; 2e ,h2 hI （牛一叫” I “|+气27 e+h 2式中&为外摩擦系数，农征師对气体的K1力0通过槽宽为b的通道的气体的流导为S,即通道的抽速+ 丄 1（m / s）式中，m 气体的质帛流率9 kg/ sM 气体的分子呈（1-3

5、）14B由式(1-3),可以得到流量公式 = Op式中，& 外粘滞性系数，对293K的空气， = 1.61x10-38/m叫上表面速度，m/ s(1-4)-忙表面速度，m/s一内粘滞性系数，Pa s0式(1-4)可看成两个单独的流量的和(1-5)(1-6)分界压强代和分界通道长度耳一兰使+丄虫22（6“ O）dx&第一项与压强P有关，第二项为常量3某一瞬问，不是第一项起支配作用就是第二项起支配作用_加 dp0 =也皱2&20 d.v3于是可得一个特征压强久一粘滞流态和分子流态的分界压强“=如（1-7）” Oh讨论：（1）粘滞流态和分子流态的流量与抽速 分界压砂把压長范围分成两个区域 卩沖,区域

6、，气体为粘滞流状态(1-8)(1-9)(1-10)(1-11)q = AL讪一叫也21dxS = 肪-世也2121 dvP9,区域，气体为分子流状态0 = “!+“讪切一比生220 drS=l竺肪竺空22pO dv讨论：（2）分界通道长度耳J分界压强几处定为通道长度x的原点，v=0J p=pMni 其坐标为=耳分界通道尺度 p.pptm区城，气体为粘滞流状态，压强为12/; dj大气7(1-12)转子叶片进气IMIOI32SH岀气口(1-13)P = 1 l.61/(r)(1-17)(1-18)2若进气管道流导为S、则实际抽速为S = (I/s) +S|2抽速与叶轮的转速之间大致有如下

7、关系S xgu32600转 MxlOOO/min332、摘速与入口圧强的关聚2分子泵的抽速在分子流压强范围内几乎不变，但在过渡流和 粘滞流范围内，由于大部分分子不能与叶列碰撞，抽速会迅 速下降.PUMPING SPEEDInlet PrMMM* (mtMr)3、压编比与转速和相对分子质量的关聚2压缩比与转速和相对分子 质量的平方根有指数关系K ocexp(G“) (1-19)2分子量大的气体，压缩比 高涡轮分子泵获得清 洁真空的物理基础4、压编比与前级压枣的关聚36385、摘速与气体种类的关聚一/氮剂N速为10087654帀322010080604020O1 ss6、涓轮分子泵应用特点 工作压

8、力范围宽，在10-10-Pa范围内具有稳定抽速； 起动时间短，能抽除各种气体和蕉汽； 分子泵适用于在要求清洁的高真空和超高真空的仪器及设备 上使用.也可用来作为离子泵、升华泵、低温泵等气体捕集 超高真空泵的前级预抽真空泵使用，这将获得更低的极限压 力或更清洁的无碳氢化合物的真空环境.1.5 复合分子泵(Compound molecular pump)40:复合式分子泵是涡轮分子泵与牵引分子泵的串联组合，集两 种泵的优点于一体，在很宽的压强范围内(101 Fa)具有较 大的抽速和较高的压缩比，大大提高了出口压强.复合式分子泵的形式很多，按结构分，主要有两种： 涡轮叶片与筒式牵引泵的串联组合 涡轮

9、叶片与盘式牵引泵的串联组合涡轮级主要用来提高泵的抽速，一般采用有利于提离抽速的 叶片形状，级数在10级以内.牵引级主要用来增加泵的压缩 比，提高泵的出口压强:在复合分子泵的设计中，必须处理好涡轮级与牵引级之间的 应配和衔接关系.仁涓轮叶片与筒式牵引泵的组合42Compound molecular pump with Holweck stage2、洌轮叶片与盘茨牵引泵的组合Chaiacteristic List of TMR MDR and CMPTMPMDPCMP (TMP + MDP)Pumping bpwdHighRelaiively binallHighForeline pressure

10、Vcr low ( 1 Pa)High (1000 to 2000 Pa)High (1000 io 2000 Pa)Tnuniliondl flow iierkHinancePt)orGoodG(mx1StructureCompkxCompactComplex; with TMP dcnKnl Compaci： without TMP ekmeniMaiwfacturvDiflicullEasvDifficult; with TMPetementBasy; without 1 MP element二、喷射 箕空泵（Jet Vacuum Pump）喷射真空泵是利用液体或者气体的高速射流携带被抽

11、气体 ,使被抽容器内获得一定真空度的一种低真空泵.按工作介质可分为水喷射泵、大气喷射泵和水蒸汽喷射泵喷射泵特点：a）结构简单、工作稳定可靠b）可抽除含有水蕉汽.粉尘的气体、易燃易爆气体和腐蚀性气 体c）抽气量大，应用广泛：冶金、化工、食品制造等领域缺点：抽气效率低，能量损失大2.1水喷射泵o水喷射泵是用水作为工作介质，通过高速射流来引射被抽 气体，使容器达到一定真空度的粗真空获得设备单级泵的极限压强为3.3kPa两级串联可获得好一些的真 空度，主要受水饱和蒸汽压的限制.可单独使用，也可作为其他真空泵的前级211工作原理462J2水啖射泵的结构念喷嘴的作用是将水的压强转变成动能，其结构对泵的性能

12、影 响较大，常用锥形收缩型.流线型和多孔型.&吸入室一般为圆筒形，截面积为喷嘴出口面积的610倍*扩散器由渐缩段、喉管、渐扩段组成.渐缩段使气体顺利进 入喉管(1530*)；喉管使液体与气体均匀混合，进行质量迁 移和能量传递；渐扩段是将气液混合介质动能转变为压力能2.13水啖射泵的性能参数丄水喷射泵的主要性能参数为极限压强.抽气量、抽速和体积 引射系数.丄 极限压强决定于水温对应的饱和蒸汽压丄抽速与被抽气体的压强、温度有关，与泵的排气压强有关, 与工作介质的体积流量.温度、压强有关S =K G(1-20)K:与被抽气体有关的常效，=0.85G*：工作介质的体积流虽7 ,:工作介质的温度；工作介质的压强 rA：被抽气体的温度；“A：被抽气体的压强PB:泵的排气压强；/V泵的极限压强48丄当PxPr PxPnP时，泵的抽速为(1-21)注意：此时泵的抽速与被抽气体的压强无关丄 体积引射系数为泵的抽速与工作介质体积流率之比(1