kt200油扩散泵的论述及其技术改进

1、摘 要 本文对kt-200油扩散泵的各方面做了详尽叙述。通过介绍kt-200油扩散泵的工作原理、结构特点、性能参数、特性及扩散泵的运用及维护和常见故障与维修方法，使人们进一步了解油扩散泵。通过对油扩散泵的工作过程描写，研究了扩散泵的抽气机理与性能计算。利用在菲克扩散定律基础上建立起来的抽气模型推导出抽速的计算公式，并利用扩散泵抽速与入口压力之间的关系（一般用抽气特性曲线表示）得出：影响抽速原因有很多，如被抽气体的种类和温度；泵的几何尺寸；泵油的种类和蒸气射流的状态（与喷嘴的结构及加热功率等有关）以及泵的出口压力等。透过泵入口压力与出口压力的关系图得到：当泵的出口压力小于泵的最大出口压力时，泵的

2、极限压力不受泵出口压力影响。本文讨论了返油现象并分析其原因：1、凝结于顶喷嘴表面上的油膜的再蒸发。2、泵壁上凝结油膜的再蒸发和爬移。3、喷嘴内喷出的高速油蒸气流碰到泵壁后的散射。4、油蒸气由喷嘴喷出后，由于油蒸气分子的热运动、碰撞、反弹、包括泵油爆沸产生的飞溅和压力起伏引起的泵油分子直接向高真空侧返油。并通过剖析提出增设挡油帽的措施来解决返油现象。结合全文从中得到的结论和规律有：1、扩散泵主要有四个性能参数，即极限真空、抽气速率、出口压强和返油率。（1）极限真空：一般扩散泵的极限真空为0.001pa。主要与泵液在泵壁温度下的饱和蒸气压，扩散泵返油，气体从前置真空向高真空反扩散在入口处产生分压强

3、，泵壁漏气和放气在入口处产生的分压强，泵口的抽速等五个方面有关系。（2）抽气速率：与泵尺寸、泵油种类有关。（3）出口压强：泵的最大出口压强为40pa。2、扩散泵油对抽气性能、极限压力影响特别大，因此对泵油的基本要求是：（1）泵油的分子量要大（2）泵液在室温下的饱和蒸气压要尽量低（3）泵液在沸腾温度下的饱和蒸气压要尽量低（4）化学稳定性要好（5）热稳定性要好（高温下不易分解）（6）抗氧化性能好（与大气接触时不会因氧化改变泵液的性能）。总之通过本文对油扩散泵的详尽讲解，使读者能更深入的明白其工作原理、过程及特性，使人们能更多的学习到有关扩散泵的知识。关键词：抽气速率，返油率，极限真空，出口压强，扩

4、散泵油目录第一章 概述51.1 油扩散泵的来历 51.2 泵的简介51.3 扩散泵的种类 6第二章 扩散泵工作原理 72.1 探讨泵的抽气过程 72.2 扩散泵的抽气机理与性能计算 10第三章 扩散泵的结构特点 123.1 总体结构介绍 123.2 加热器与加热功率 143.3 泵体 143.4 喷嘴 163.4.1 伞形喷嘴（扩散喷嘴）163.4.2 喷射喷嘴173.5 分馏装置 18第四章 油扩散泵的性能参数 194.1 抽气速率 194.2 极限压力 204.3 最大出口压力的论述 22第五章 扩散泵油的特性及返油 235.1 讨论对扩散泵的要求 235.2 工作液的分类 235.3 讨

5、论泵油对极限压力的影响 245.4 泵油的饱和蒸气压 245.5 泵油的返流 24第六章 扩散泵的维护及运用 276.1 扩散泵的维护 276.2 扩散泵的使用 27第七章 扩散泵常见故障及清除办法 28第八章 对油扩散泵的相关技术改进 308.1 对油扩散泵返油现象分析 308.2 探讨扩散泵向前级真空返油的技术改进 308.3 关于改进方案可行性的讨论 31参考文献 32致谢 33第一章 概述1.1 油扩散泵的来历1915年，德国物理学家盖德发表了他研究的扩散泵报告。1916年，美国人郎缪尔制成泵壁带有冷却系统的所谓冷凝泵。这些泵以汞蒸气为工作介质可获得10-5pa的真空。1928年，英国

6、人伯尔奇发现高沸点的衍生物，1936年，希克曼等人制成人工合成油。这两种油在室温下的饱和蒸气压都非常低，从而取代汞作为扩散泵的工作液。从此油扩散泵在高真空领域的工业生产和科学实验中就日渐普遍使用，并奠定了高真空技术的基础。60年代开始，油扩散泵又有了新的发展。主要的改进是泵的材料采用放气量甚小的不锈钢。1.2 泵的简介扩散泵全名叫扩散式蒸气流泵，是蒸气流泵中的一种。但与蒸气喷射泵不同的是，油扩散泵工作在高真空区域，以低压高速油蒸气流作为工作介质。利用低压、高速和定向流动的油蒸气射流原理抽气。产生蒸气流的泵液种类很多，但绝大多数是低饱和蒸气压的油类。泵的抽气过程是被抽气体扩散到油蒸气射流中而被携

7、带到泵出口排出的过程。以扩散泵油做工作液的称油扩散泵，以汞做扩散泵液的则称汞扩散泵，油扩散泵最为常用。扩散泵的极限真空为10-410-5pa工作压力范围为10-110-4pa，抽速范围为几十至几十千升/秒。油扩散泵是获得高真空的主要设备，广泛用于真空冶炼、真空镀膜、空间仿真实验和対油污染不敏感的一些真空系统中。此外与其他高真空或超高真空获得设备相比，油扩散泵除效率低外，它具有单位抽速所需成本较低，结构简单，没有机械运动部件，操作方便，使用寿命长，高可靠性和维修方便等特点，因此它成为一种量大面广的获得高真空的真空泵。油扩散泵除了在一般工业中有广泛应用外，特别适用于那些要求对大工作室（大的被抽容器

8、）进行快速抽真空以及迅速排除被处理材料在处理过程中放出大量气体的工艺过程。例如，真空冶金、真空热处理设备及真空镀膜设备等。油扩散泵采用饱和蒸气压很低、热稳定性好的油如聚苯醚和硅油作为泵的工作液，改革结构，新型油扩散泵在泵口法兰不变和不过分增大泵的外形尺寸条件下，在法兰下部突出的扩大泵腔的断面，其抽气速率可增大20%40%。如在此装设一个大直径扩散喷嘴和液氧冷却的大直径挡油帽等。泵可有通常泵（指没有扩大泵腔断面的泵）的抽气速率，并比较彻底地克服了泵的返油而获得低于10-8pa清洁超高真空。因此，油扩散泵在清洁超高真空的工业生产和科学实验中又取得重要的地位。当油扩散泵用前级泵预抽到低于1pa真空时

9、，开始加热。沸腾时喷嘴喷出高速的蒸气气流，热运动的气体分子扩散到蒸气流中，与定向运动的油蒸气分子碰撞。气体分子因此而获得动量，产生和油蒸气分子运动方向相同的定向流动。到前级，油蒸气被冷凝，释放出气体分子，即被前级泵抽走而达到抽气的目的。泵油的蒸气压直接影响泵的真空性能。但油扩散泵所使用的任何泵油，都是蒸气压不同的多组分的混合物。因此，要提高油扩散泵的抽气和真空性能，泵在工作中自身还要对泵油进行分馏和净化。分馏目的是使高蒸气压组分的油不进入高真空端喷嘴，净化目的是使高蒸气压组分的油在工作过程中不断为前级泵所抽除，使油逐渐趋于纯净。扩散泵是利用气体的扩散现象来排气的，结构简单，操作方便，抽速大（最

10、高可达105l/s）工作范围为110-4pa1.3 扩散泵的种类在中国已经把扩散泵纳入国家标准系列生产，使用已经非常广泛。现有的扩散泵可以不同的分类。 1）按工作液可分为油扩散泵和汞扩散泵。2）按结构材料可分为金属扩散泵和玻璃扩散泵。金属扩散泵可以做得很大，抽速可以做到每秒几十千升。玻璃扩散泵只能做到每秒几百升，但它的突出优点也不可忽视。3) 按扩散泵腔可分为直腔式和突腔式。4) 按型式、结构可分为立式、卧式、单级、多级。目前使用最多的是金属或玻璃立式四级油扩散泵。第二章 扩散泵工作原理2.1 探讨泵的抽气过程扩散泵主要由泵壳、水冷套、喷嘴、导流管和加热器组成。根据喷嘴的多少可分为多级泵和单级

11、泵。扩散泵底部内贮有扩散泵油，上部为进气口，右侧旁下部为出气口，在工作时出气口由机械泵提供前置压强，机械泵充当前置泵。当扩散泵油被加热器（一般为电炉）加热时，产生的油蒸气提供前置压强，机械泵充当前置泵。图2-1为油扩散泵的结构示意图，其抽气工作过程如图2-2所示。图2-1 油扩散泵的结构原理图图2-2 抽气工作过程图中1锅炉，2导流管，3喷嘴，4加热器，5冷凝器，6工作介质，ab射流的抽气表面。在图2-2中的锅炉1内装有工作介质（泵油）6，并用加热器4加热使之沸腾蒸发而产生油蒸气。由于泵内已经预抽真空，压力较低，故泵油可以在较低温度下蒸发。油蒸气经导流管2进入伞形喷嘴3，油蒸气经过喷嘴将压力能

12、转化成动能，形成高速蒸气射流。当油蒸气呈环形状（见图2-2aa-bb断面）从伞形喷嘴以超音速喷出后急剧膨胀，其速度逐渐增大，压力及密度逐渐降低，射流中气体分子的浓度非常低。射流上面的被抽气体因密度差很容易扩散到射流的内部，并与工作蒸气分子碰撞，在射流方向上得到动量，从而被蒸气射流携带到水冷的泵壁处（b-b”）。在b=b”处，工作蒸气大部分被冷凝成油滴沿泵壁回到油锅中循环使用。这样在喷嘴和泵冷却壁之间形成了稳定的工作蒸气流。而被抽气体在b-b”处从冷凝的蒸气射流中释放出来后堆积压缩，最后被下级蒸气射流携带走。经过这样的逐级压缩，最后被前级泵抽走。2.2 扩散泵的抽气机理与性能计算扩散泵的抽气机理

13、是比较复杂的，至今尚无十分圆满的理论来精确计算泵的抽气性能。本书主要介绍在菲克扩散定律基础上建立起来的抽气模型，该模型比较接近泵的实际工作情况。扩散泵的抽气模型如图2-3所示。图2-3 扩散泵的抽气模型图1）、气体分子在蒸气射流中的扩散流量id服从于菲克第一定律，即：id= -add（dn/dx）dad 式中 d气体扩散系数；ad工作蒸气射流的表面积；n气体分子密度2）、气体分子在蒸气射流内部的浓度分布满足于菲克第二定律，即：an at d（a2n/ax2） 设蒸气射流边界上的速度为w，且坐标系选在界面上（见图2-3）。利用初始条件（t=0，蒸气射流在喷嘴处不含气体分子）和边界条件(x=0；在

14、蒸气射流界面上，气体分子密度为常数；x=在远离蒸气射流界面处，气体分子密度为零)：n（x0t=0 ）=0； n（x=0t0）=n0； n（x=t0）=0 可以求出菲克第二定律的解，即nx/2（dt）1/2=no1-erfx/2（dt）1/2 由上式经变换可得出：dn/dx= -（no）/（dt）1/2= -（no）/（doy/nd）1/2 式中 nd蒸气射流密度。ddo/nd将上式代入菲克第一定律，且将dad=2（r×dy）代入，则可得气体分子的扩散流量为id=2no（do/nd）1/20lr（y）/y1/2dy 在蒸气射流界面的抽速为：sd =2（do/nd）1/2l0r（y）/y

15、1/2dy 由图2-3可知r（y）- r（o）=ysins，因此上式可化简为：sd=4/3(do×l/nd) 1/2× r（l）+2r（0） 式中r(l)泵体内径；r（o）喷嘴外经；l蒸气射流有效长度。l值为 l=r(l)-r（o）/sins将l值代入前式，则有sd=4/3dor(l)- dor(0) 1/2 /nd×sins r（l）+2r（0） 从上式可以看出蒸气射流的抽气能力sd与泵的几何尺寸、蒸气流的特性和被抽气体种类有关由于一级喷嘴所能建立的压缩比较小，为了获得较高的压缩比，降低扩散泵的极限压力和提高最大出口压力，油扩散泵多做成多级喷嘴串联的形式，并共用

16、一个泵体。且在泵的设计上应使后级喷嘴的排气量大于前级喷嘴的排气量，即i=sp=s1p1=s2p2=sipi=snpn 式中si和pi为第i级喷嘴的抽速和压力。这样，便保证了由第一级喷嘴排出的气体能顺利地被各级抽走。对于泵的抽速来说，多级泵的抽速完全取决于第一级泵的抽速，故前面对单级喷嘴抽速的理论分析同样适用于多级泵。如果考虑各级喷嘴的过载能力，由于各级蒸气射流对被抽气体的压缩，则后级喷嘴的排气量大于前级喷嘴的排气量，各级的压力为pp1 p2；各级喷嘴的抽速为ss1s2；这也意味着各级喷嘴的抽气面积aa1a2，最后一级喷嘴的抽气面积最小，它决定了泵的最大出口压力。总之，扩散泵的抽气特性与工作蒸气

17、射流是密切相关的。第三章 扩散泵的结构特点3.1 总体结构简介如图3-1 a,b,c所示，扩散泵的主要结构部件有泵体、喷嘴、冷却帽、蒸气流导管和加热器等。现代的油扩散泵都是做成多级的。在多级结构中，利用伞形喷嘴和喷射喷嘴组成泵内的导流系统。图 3-1 a 扩散泵结构图图3-1 b 扩散泵结构图3.2 加热器与加热功率与扩散喷射泵相比，油扩散泵的抽气量和最大出口压力要低的多，所以泵的加热功率也比较低。油扩散泵的锅炉直径通常等于（或小于）泵口直径。抽速大于500l/s的油扩散泵锅炉的热负荷不超过2-2.5w/cm2。在油扩散泵中，油蒸发所消耗的功率通常为总功率的60%-70%，其余部分为补偿各种热

18、损失的功率。在扩散泵中热损失主要有以下几个方面：从加热器表面经过锅炉壁向外界的热传导（占20%-25%）；沿泵壁从热的锅炉向冷的泵体的热传导（占10%-15%）；从导流管表面向泵壁的辐射和气体与蒸气的混合物从导流管向泵壁的热传导（5%-10%）。如果泵的结构比较好，则热损耗可降到总功率的10%-15%。例如，对泵的加热器和锅炉进行隔热保温，可以明显的降低热损耗。如果采用封闭式加热器，锅炉底面和加热器之间没有空气层存在，则加热功率可以很好的利用。3.3 泵体扩散泵的泵体结构如图3-2所示。对于一般的油扩散泵，泵体多做成直筒形；对于大型泵，也有用锥筒形或突腔形泵体。由于圆筒形泵体便于加工，所以目前

19、应用较多。泵口直径d<250mm的泵体用无缝钢管做成；大泵的泵体用4-10mm厚的钢管卷成圆筒焊接而成，焊缝不能漏气。泵内壁应抛光镀镍。图3-2 b所示的突腔泵体可以在不增加泵口尺寸的情况下，使抽速得到较大的提高。 图3-2 突腔泵体结构图凸腔泵体是将直筒形泵体改成为局部鼓形突腔泵体。加工方法仍是用钢板焊接而成。泵的底部截面与泵法兰入口直径仍相同，只是泵体在入口法兰的下部扩大泵腔，扩大的直径延伸到第二级喷嘴射流直射到的泵壁处。由于泵体突腔，扩大了抽气作用空间，增大了第一、二级喷嘴间通道能力，也就提高了抽速。超高真空油扩散泵的泵体一般用不锈钢做成，且进行抛光处理，以减少材料吸放气对真空度的

20、影响。 泵壁冷却也是很重要的问题。不适当的泵壁表面温度，是碰撞在扩散泵内表面的油蒸气分子不易凝聚，沿泵壁向下流的油层表面温度比泵壁温度高很多，易于产生再蒸发，形成油蒸气返流。所以泵壁冷却效率要高。一般在泵壁外面焊上螺旋形铜管或做成水套形式（也可以在水套中间装上螺旋形钢丝）。泵冷却部位通常只限于蒸气流能喷射到的区域，这样可以使从上面冷凝下来的油在回到油锅前受到较高的热度，将溶解在油中的气体放出，避免它再混入油蒸气中进入各级喷嘴，影响泵的真空度。3.4 喷嘴3.4.1 伞形喷嘴伞形喷嘴其特点是喷嘴直径一级比一级大，成塔形。因为喷嘴与泵壁之间的间隙越大，气体扩散的有效面积就越大。位于入口端的第一级主

21、要从增设泵的抽速来考虑。气体经过一次压缩后，压力增大，气体密度较高，在较小的面积里就能通过，所以，后几级喷嘴与泵壁的间隙做的越来越小，这样还可以阻止压力越来越高的气体穿过蒸气流反扩散到高真空端去，使泵的极限压力降低。伞形喷嘴有两个主要的几何参数：1）、喷嘴间隙。如图3-3所示，间隙的大小影响到油蒸气流的流量及泵的性能。一般=0.5-2mm。2）、喷嘴张角。如图3-4所示，张角过大，从喷嘴到泵壁的距离远了。在泵壁附近不能形成较密集的蒸气流，气体反扩散增强，泵抽气性能变坏；张角太小，油分子的水平方向速度增大，容易引起油蒸气反射到高真空端去，并使气体分子向蒸气流中的扩散受到阻碍，也会使泵的抽气性能变

22、坏。一般，张角的选取范围在50-80度，对于不同大小和型式的泵，设计时选取的张角的数值也不同。图3-3 喷嘴间隙图3-4 喷嘴张角总之，喷嘴的尺寸和形状对泵的抽气性能影响很大，在泵的设计、制造和装配时应认真考虑。3.4.2 喷射喷嘴图3-5中1油蒸气，2咽部，3气体，4扩压器。扩散泵末级有用喷射喷嘴的，它与伞形喷嘴不同，它的形状是先渐缩后渐扩，中间有个截面积最小的喉部（见图3-5）.这种喷嘴通常和一个扩压气相配合，来保证泵能承受较高的出口压力。根据流体力学的原理，工作油蒸气经过喷射喷嘴后，在其出口处可获得很高的速度（可达到超音速）再跟据能量守恒定律，流速快的地方则压力较低，故在出口处形成一个低

23、压区。由于被抽气体压力较高将流向此处，并与蒸气射流相混合，被带往泵的出口方向。紧接着喷射喷嘴的是一个扩压器。在扩压器里的流动过程刚好与喷射喷嘴相反，即在扩压器里，将混合后的气体的流速降低，压力提高，以便承受较高的反压力。采用喷射喷嘴和扩压器后，不仅可以提高泵的最大许可出口压力，也可以提高泵在中等压力时的抽速。故一般扩散泵常以喷射喷嘴作为最后一级，也称喷射级。 图3-5 喷射式喷嘴3.5 分馏装置采用分馏装置是消除扩散泵油中挥发性较高的轻馏分对泵的性能产生不良影响的重要手段。一般的扩散泵都是由具有不同的分子量和不同的蒸气压的多种馏分组成的一种混合物。为了防止轻馏分（蒸气压高）油蒸气进入被抽系统影

24、响泵的极限压力，希望第一级喷嘴喷出的蒸气流中不含有轻馏分。而第二、三级的要求可相对低些。为达到这一目的，在泵的结构上采用了可以自动将油的轻、重馏分分开，以满足不同喷嘴需要的分馏装置。分馏装置如图3-6所示，在水冷泵壁上凝结的油液流回锅炉后受到分馏装置的作用延长了油的加热路径，先蒸发的轻馏分供给末级喷嘴，后蒸发的重馏分供给高真空喷嘴，满足了分级供油的要求。实践证明，具有良好的分馏装置的扩散泵，可使油蒸气的返流量大大减少，因而能使泵的极限压力降低近一个数量级。图3-6 分馏装置示意图第四章 油扩散泵的性能参数4.1 抽气速率扩散泵的抽速决定于第一级喷嘴与泵体进气口径间环形面积的大小，当环形面积确定

25、之后，泵的最大抽速基本确定。实际上气体分子由于与蒸气分子的碰撞而总有少部分要反射回去，实际抽速要小于理论抽速。扩散泵的抽速并不是一恒定值，而是随进气口压强而变化的，当进气口压强较高时，抽速较低，当压强在102-103时，扩散泵达到最大抽速。扩散泵的抽速与入口压力之间的关系一般用抽气特性曲线来表示，如图（4-1）所示。从图中可以看出，泵的抽速在入口压力很宽的范围内保持不变（见图中b段）。此时泵的抽速与入口压力无关。但是在较低和较高的入口压力下，泵的抽速出现下降的趋势（图中a段与c段）。在其入口压力范围内，随着压力的降低，气体从前级通过蒸气射流的反扩散增加，由锅炉出来的蒸气流释放气体和泵壁放气也开

26、始影响泵的抽速。当蒸气凝结物流回时，被压缩的气体溶解于凝结物中一起回到锅炉内，并随着重新蒸发的蒸气流流回到高真空喷嘴喷出释放。这部分气体在很大程度上影响了泵的极限压力，并降低了泵的抽速。当反扩散回来的气体和蒸气流释放的气体及泵壁放出气体的总和等于被抽走的气体时，抽速接近于零。当泵的入口压力在正常工作压力范围内时，泵从被抽容器中抽除的气体量较大，这是由于反扩散、泵壁放气以及从油凝结物中释放的气体等反流的气体量与泵的抽气量相比已经可以忽略不计了，因而这时泵的抽速与入口压力无关了。在泵刚开始抽气时，入口压力较高，抽气量也很大，大量的气体分子进入到蒸气射流中与蒸气流分子碰撞，使蒸气射流的定向运动速度衰

27、减，结果使蒸气流中的激波向喷嘴方向移动，致使蒸气射流同泵壁脱离。这时，气体就会从前级侧返流，使泵的抽速较低，接近于前级泵的抽速。泵的抽速受很多因素影响，如被抽气体的种类和温度；泵的几何尺寸；泵油的种类和蒸气射流的状态（与喷嘴的结构及加热功率等有关）以及泵的出口压力等。图4-1 泵抽速与入口压力4.2 极限压力1)、对油扩散泵极限压力的简介与讨论泵的极限压力受很多因素的影响，如前级侧气体的反扩散、泵壁温度下泵油的饱和蒸气压、蒸气流中释放出的气体以及泵壁放气等。其中气体经过蒸气射流的反扩散与蒸气射流下部的气体压力、蒸气射流的密度和速度以及气体的分子量有关。在扩散泵抽除某种规定的气体且泵处于最佳的加

28、热功率情况下，由图4-2可知，当泵的出口压力小于泵的最大（临界出口压力）p2max时，泵的极限压力不受泵出口压力p2的影响。即此时，气体的反扩散对泵极限压力的影响不大。这时候对泵的极限压力起决定作用的是泵油的饱和蒸气压、泵油工作时的裂化分解程度及泵壁的放气。泵油通常是由各种馏分组成的，所以工作时要进行分馏，使高真空喷嘴喷射出的蒸气在泵壁温度下的饱和蒸气压低才行。有时泵油加热到工作温度可能产生局部裂化，放出气态物质，锅炉的表面热负荷越大，则裂化程度越厉害。所以在泵的设计和使用时，应让锅炉的表面热负荷不超过规定值。在一定条件下，泵壁放气也是影响泵极限压力的一个主要因素。如果对泵壁进行烘烤除气，则可

29、降低泵的极限压力。图4-2 泵入口压力与出口压力的关系2)、蒸气压对极限压力的影响扩散泵油的蒸气压决定泵的极限真空，尽量选用饱和蒸气压低的泵油。再则泵油的化学稳定性好，当温度较高时不易裂解或氧化。由于泵油质量上的原因以及长期使用，油中含有蒸气较高的轻馏分和蒸气压较低的重馏分。采用分馏装置使扩散泵油按其蒸气压不同的馏分分离，使蒸气压最低的油分进入第一喷嘴，依次分离，蒸气压最高的油分进入最后一级喷嘴，这样能使泵的极限压强约降低半个数量级，目前广泛使用的三级和四级扩散泵都采用了分馏装置。3)、扩散泵返油对极限压力影响的探讨防止扩散泵返油是提高极限真空度的又一措施。由于扩散泵工作时，工作液的温度较高，

30、难免有一些油蒸气分子由泵口进入被抽容器，这一现象称为返油。返油不仅会影响泵的极限真空度，更严重的是还会污染真空系统和被抽容器，大大降低真空器件的物理性能。现在的扩散泵都在第一级喷嘴上加有一挡油帽以防止返油。4)、气体从前置真空向高真空反扩散在入口处产生分压强。5)、泵壁漏气和放气在入口处产生的分压强。通常，在真空泵初次抽气时，总要很长时间才能达到极限真空。普遍解释是由于泵壁和挡板等表面吸有大量气体和蒸气压较高的脏物，泵液也溶有大量气体和轻馏分，这样必须经长期烘烤和开动扩散泵，才能使表面彻底去气，减少放气量，泵液中的轻馏分才能被机械泵抽走。实际上经多次证明，泵液并不是泵初次抽气时间长的主要影响因

31、素，因为把已经抽到10-8pa量级的泵液倒入装入新泵液复测，其所达到的真空度和时间均与原获得10-8pa量级时差不多。实际上，提高烘烤温度加快器壁除气，才是缩短抽气时间的重要因素之一。6)、泵口抽速的讨论提高泵口的抽气速率也可以提高极限真空。4.3 最大出口压力的论述扩散泵不能单独用来排气。一般要求泵的最大出口压强为40pa。因此必须采用旋片泵作为前级泵以便能使出口压强维持在规定值以下。如果出口压强高于规定值，整个抽气作用就会停止。扩散泵的最大出口压力p2max主要是由最后一级喷嘴的工作状态决定的。它取决于蒸气射流的密度nd、喷嘴的蒸气流量和最后一级喷嘴的结构。为了提高泵的最大出口压力，必须提

32、高蒸气射流的密度和喷嘴的流量，即提高泵的加热功率。最大出口压力与加热功率呈线性关系。在多级扩散泵的结构中，最后一级喷嘴常做成喷射喷嘴结构。油扩散泵的最大出口压力一般规定为40pa。第五章 扩散泵油的特性及返油5.1 讨论对扩散泵油的要求扩散泵工作液对扩散泵的性能影响极大，因而对工作液提出如下要求。（1）为了提高泵的极限真空度，泵液在室温下的饱和蒸气压要尽量低。（2）为了使泵能在较高出口压强下工作，泵液在沸腾温度下的饱和蒸气压要尽量低。（3）化学稳定性要好（无毒，无腐蚀）。（4）热稳定性要好（高温下不分解）。（5）抗氧化性能好（与大气接触时不会因氧化改变泵液的性能）。（6）泵油的分子量要大。常用

33、的扩散泵工作液，石油类有1#、2#、3#，有机硅树脂类有274、275、276，他们的极限压强和饱和蒸气压见表5-1表5-1 国产扩散泵油饱和蒸气压牌号1#2#3#274硅油275硅油276硅油性能极限压强（pa）2.7x10-46.7x10-56.7x10-56.7x10-66.7x10-86.7x10-10饱和蒸气压（pa）5.3x10-42.7x10-62.7x10-62.7x10-62.3x10-88.9x10-115.2 工作液的分类通常，比较常用的扩散泵油可分为两类。（1）石油类扩散泵油。石油类扩散泵液是石油产品经过高真空多级分流得到的，如1#、2#、3#油。这种油容易制造，价格低

34、廉，但饱和蒸气压较高，热稳定性、抗氧化性能较差，容易分解。这样会不可避免地给真空系统带来污染。因为在扩散的油锅中高温、爆沸和金属催化作用，使高分子油裂化为轻气体（如h2）和碳氢化合物（如cn4/c2h6）,限制了扩散泵的极限真空。（2）有机硅树脂类扩散泵液（简称硅油）。有机硅树脂类扩散泵液油分工合成，蒸气压低，抗氧化性能和内高温性能良好，大气中可在250摄氏度下长时间（大于1000小时）使用。真空中在250-375摄氏度下使用寿命很长，根据具体工作环境，可达到一个月或几个月。国产硅油有274、275、276等牌号，它们的结构相似。5.3 讨论泵油对极限压力的影响泵油的种类和成分对泵的极限压力影

35、响很大，在结构相同的扩散泵中，如果使用3号扩散泵油，其极限压力只能达到10-5pa；而改用275号硅油，其极限压力则能达到10-7pa，极限压力可降低两个数量级。真空系统中被抽气体的分压力也随泵油的不同而变化，这就是泵油成分所带来的影响。例如，油扩散泵抽气系统中不加特殊措施很难获得较清洁的真空。5.4 泵油的饱和蒸气压为了获取高真空，希望泵油在常温下有较低的饱和蒸气压。同时又要求泵在较高的出口压力下工作，希望泵油在锅炉温度下有较高的饱和蒸气压。因此，最适合扩散泵工作的泵油其饱和蒸气压随温度变化的关系曲线的斜度要大。泵油的温度与饱和蒸汽压的对应关系可由下式对应求得 p=a-b/t+2.132 式

36、中 p泵油的饱和蒸气压，paa、b常数，与油的种类有关见表5-2t泵油的温度，k 表5-2 各种泵油的蒸气压常数a和b值泵油型号274号硅油275号硅油276号硅油三氯联苯增压泵油扩中1扩轻23号扩散泵油a8.511.469.968.015.590929.5710.64b47605720540033002960495050005400泵油的蒸发潜热q为q=19.15x(b/m)*(kj/kg)式中 m 泵油的分子量。在选择泵油时不仅要考虑泵油的温度与饱和蒸气压的关系，还要计算蒸发时所需要的热量，即产生1kg/s的蒸气流量所需要的功率，即nn/gn=q+c（t2-t1）×（kw

37、5;s）/kg 式中 nn蒸发所需的功率；gn泵工作时所需要的泵油蒸发量，kg/s；c泵油的比热【在100摄氏度时，c=2.1kj/(kg*k)】；t2锅炉内泵油的工作温度，k；t1向锅炉回油的温度，k 。5.5 泵油的返油油扩散泵工作时，不管使用什么样的泵油，即使泵口加冷阱，也总有一部分油蒸气返流进入高真空端。它们在泵口建立的压力，比相对泵壁温度下的饱和油蒸气压还要高很多。这不但影响泵的极限压力，而且还对被抽容器造成污染。在相同温度下，不同的泵油具有不同的返油率；而同一种泵油，温度增高返油率加大。因此，泵的返油率与泵的锅炉的加热功率有关。油扩散泵具有结构简单、使用方便的特点，但泵油返流污染被

38、抽容器，限制了它的被抽范围。因此，这个问题仍是需要人们不断地去探讨解决的问题。研究表明，扩散泵返流油蒸气的来源主要有如下几个方面，如图5-3所示。a：凝结于顶喷嘴表面上的油膜的再蒸发；b：泵壁上凝结油膜的再蒸发和爬行；c：喷嘴内喷出的高速油蒸气流碰到泵壁后的散射；d：油蒸气由喷嘴喷出后，由于油蒸气分子的热运动、碰撞、反弹，包括泵油爆沸产生的飞溅和压力起伏引起的泵油分子直接向高真空侧返流。在上述四种主要返油来源中，以第一种（即a）为最主要，约占整个返油率的70%左右。为了使返油率下降，可针对上述返油源采取对策。通常利用挡油帽和挡油环等来作为降低返油率的主要措施如图5-4.在顶喷嘴上加一个优选形状

39、的挡油帽，可使返油率大大降低。这种挡油帽的挡油效果较好且对泵抽速没有太大的影响，所以在现在扩散泵的设计中经常采用这种结构。在顶喷嘴上方，紧贴泵壁加一挡油环，经实验得知，返油率最多可减少20%。图5-3 扩散泵的主要返油源图5-4 挡油冒与挡油环在对降低泵的返油率有更高要求时，可以在抽气系统上采用各种结构的冷阱和障板。另外，调好泵的最佳加热功率值的方法亦可使返油率减小。在泵加热开始和终止时，返油率将出现峰值，可以用控制泵口处的阀门的方法来克服。第六章 扩散泵的维护及应用6.1 扩散泵的维护1)、扩散泵的清洗扩散泵的零件在装配之前，必须用有机溶剂（如汽油、丙酮、乙醚、酒精）仔细清洗干净，再烘干。2

40、)、密封性能的检查采用专门的检漏仪检查泵体本身是否漏气。通常扩散泵在出厂前均进行检漏，可以直接接到系统上。3)、扩散泵油加扩散泵油，一般是按说明书中的要求加入规定的油量。若泵油过少会影响泵的正常工作。过多，油中轻馏分的量和含有的气体量也多了，这些都在扩散泵工作过程中放出，影响泵的抽气性能。另外，油多升温就慢，因而增加了泵的启动时间，增加了功率，对泵油本身也是一种浪费。因此，装油量适当还是很重要的。关于扩散泵的更换，没有严格规定，视使用条件而定。如果适宜，可连续使用数年不必更换。若已形成油垢、油渣，使真空度降低，则必须把泵取下换油，换油前必须将泵洗干净。6.2 扩散泵的使用1)、扩散泵的启动首先

41、接上预真空泵，把真空系统抽到一定的真空度，対系统进行检漏，如无漏气时再接通冷却水，当压强低于最大出口压强时，便可接通加热器电源给扩散泵加热。新装泵油的扩散泵需要连续工作（也称老练）30小时左右才进入正常工作阶段。在生产中，停止使用的扩散泵，需要加热40分钟以上才能进行正常工作。2)、扩散泵的工作扩散泵在工作过程中，不能使大气与热油接触，否则会使泵油产生剧烈地氧化与分解，泵的真空性能遭到破坏。应经常检查冷却水的温度（一般在10-20摄氏度之间）是否过高。加热功率是否正常。有无漏气及真空度突然变化的现象。预真空泵的预真空能否满足要求。如发现有不正常情况时，必须立即检查处理，必要时停止工作进行检查。

42、3)、扩散泵的停止要停止扩散泵时，将扩散泵加热器电源关掉，在泵充分冷却后，把泵的出气口及预真空泵连接管道上的阀门关闭，再关闭预真空泵的电源。若扩散泵或系统中有较大漏孔，在扩散泵加热电源关闭后，要一直使预真空泵运转到扩散泵的油温降低到60-70摄氏度或到室温，才可以关闭预真空泵，最后关冷却水。此外，如遇系统突然漏气，应关掉扩散泵加热器电源，再进行检查；如突然停电，应关掉泵的电源，对机械泵放大气，再关掉总开关。第七章 讨论扩散泵常见故障及消除方法1）、如果在长时间使用后。扩散泵的工作性能逐渐变坏（即极限压力升高和抽速降低），而其它情况正常，则主要是泵油氧化，质量变坏。此时则应更换泵油。2）、如果泵

43、接入系统后，真空度抽不下去，则首先检查泵所在系统的漏气率是否超过最大许可值；同时检查泵、电炉的供电电压是否正常、泵的冷却是否正常。如果上述方面一切均正常，则可认为是泵芯装配方面的问题、泵芯装配前未清洗干净、泵油不够或质量不好及加热功率未调整好等。如果泵工作一直正常，性能突然变坏，而且不是系统漏气，则可能是电炉丝断了。3）、如果前级真空泵工作不正常或容量不够，也会使扩散泵工作不正常。油扩散泵常见故障及消除办法如表6-1所示表6-1 常见故障及消除方法故障原因消除方法扩散泵不起作用1.系统漏气关闭泵上部阀门、检漏2.电炉不起作用检查电路电源是否接触良好和电炉丝是否烧断3.油温不足检查加热电压和功率是否符合规定4.泵出口压力过高检查前级管道有无漏气，前级泵抽速是否符合要求，工作是否正常5.泵体本身漏气检查前级管道与焊接处，泵底与泵体焊接处是否漏气6.泵体烧穿此时应更换极限