第2章真空获得技术20130924

1、 第第2章章 真空获得技术真空获得技术 汪贵华汪贵华南京理工大学南京理工大学2012.9 2.1 概述概述 真空系统的种类繁多，典型的真空系统应真空系统的种类繁多，典型的真空系统应包括：待抽空的容器（真空室）、获得真包括：待抽空的容器（真空室）、获得真空的设备（真空泵）、测量真空的器具空的设备（真空泵）、测量真空的器具（真空计）以及必要的管道、阀门和其他（真空计）以及必要的管道、阀门和其他附属设备。附属设备。 能使压力从一个大气压力开始变小，进行能使压力从一个大气压力开始变小，进行排气的泵称为排气的泵称为“前级泵前级泵”， 另一些却只能从较低压力抽到更低压力，另一些却只能从较低压力抽到更低压力

2、，这些真空泵常称为这些真空泵常称为“次级泵次级泵”。真空泵性能指标真空泵性能指标 对于任何一个真空系统而言，都不可能得对于任何一个真空系统而言，都不可能得到绝对真空（压强到绝对真空（压强P=0），而是有一定的压），而是有一定的压强强Pu，称为极限压强（或极限真空），这，称为极限压强（或极限真空），这是该系统所能达到的最低压强，是真空系是该系统所能达到的最低压强，是真空系统的重要指标之一。统的重要指标之一。 第二个主要指标是抽气速率，指在特定压第二个主要指标是抽气速率，指在特定压强下单位时间所抽出气体的体积，它决定强下单位时间所抽出气体的体积，它决定抽真空所需要的时间。抽真空所需要的时间。 1）

3、抽气速率）抽气速率S ：抽气速率简称抽速，它的定义是：在泵：抽气速率简称抽速，它的定义是：在泵进气口处，在任一给定压强下，单位时间内流入泵的气体进气口处，在任一给定压强下，单位时间内流入泵的气体体积数，即体积数，即 式中：式中：Vt时间内从泵进口流入泵的气体体积数；时间内从泵进口流入泵的气体体积数； P1在测定该气体体积时的进口压强。在测定该气体体积时的进口压强。 如单位时间内流入泵内的气体量用如单位时间内流入泵内的气体量用Q表示，则有表示，则有 Q=SP 或或 S=Q/P (3-2) 式（式（3-2）是抽速）是抽速S的另一表达式。的另一表达式。 抽速的单位视选用的体积单位及时间而定，例如体积

4、用升，抽速的单位视选用的体积单位及时间而定，例如体积用升，时间用秒，抽速的单位便是升时间用秒，抽速的单位便是升/秒，其它还有升秒，其它还有升/分，米分，米3/小时等小时等. 抽速在泵的运用压强范围内一般都不是常数。值得注意抽速在泵的运用压强范围内一般都不是常数。值得注意的是，通常说明书给出的泵抽速都是其最大值。的是，通常说明书给出的泵抽速都是其最大值。 1|PPtVS 2）极限压强）极限压强Pu： 泵对一个不漏气、不放气的容泵对一个不漏气、不放气的容器抽气时，经过足够长时间的抽气后，所能达到器抽气时，经过足够长时间的抽气后，所能达到的最低平衡压强。的最低平衡压强。 3)最大工作压强：泵能正常工

5、作的最高压强，如最大工作压强：泵能正常工作的最高压强，如压强超过此值，泵将失去抽气能力。压强超过此值，泵将失去抽气能力。 4）运用范围：指泵具有相当抽气能力时的压强）运用范围：指泵具有相当抽气能力时的压强范围。范围。至今还没有一种泵能直接从大气一直工作至今还没有一种泵能直接从大气一直工作到超高真空。因此，通常是将几种真空泵组合使到超高真空。因此，通常是将几种真空泵组合使用，详细见教材！用，详细见教材！时间常数时间常数与排气时间与排气时间 设一个容器的体积为设一个容器的体积为V，真空泵的抽速为，真空泵的抽速为S=常数，常数，在在dt时间内，泵所抽除的气体量为时间内，泵所抽除的气体量为pSdt,它

6、所造成它所造成的压强变化为的压强变化为dp，对应于，对应于dp的气体量为的气体量为-Vdp（因（因为为dp0,故加一负号）故加一负号） pSdt=-Vdp (3-3) dp/p=-Sdt/V 对上式积分，并考虑到对上式积分，并考虑到t=0时时 ，p=p0,得到得到0exp()SpptV 时间常数为=V/S, 时间常数越大，压强下降得越慢，时间常数反映了抽气的“惰性”。00exp()exp()StpptpV 设抽气时间恰好到了一个时间常数，即设抽气时间恰好到了一个时间常数，即t=则依式则依式(3-6)此时压强为此时压强为 可见时间常数可见时间常数就是压强降为初始值的就是压强降为初始值的1/e所需

7、的时间。不难证实压强降为原值的所需的时间。不难证实压强降为原值的1/10， 即降低一个数量级，需即降低一个数量级，需2.3个时间常个时间常数。数。 由式由式(3-6)可推出排气时间的计算公式为可推出排气时间的计算公式为0010.368pppe00ln2.3lgVpVptSpSp排气状态微分方程及求解排气状态微分方程及求解 按照上式，所示的抽气过程压强下降的规律，只按照上式，所示的抽气过程压强下降的规律，只要抽气时间无限延长就可以达到极低的压强，即要抽气时间无限延长就可以达到极低的压强，即极高真空。极高真空。 但事实并不是这样。考察式但事实并不是这样。考察式(3-3)不难发现，除了不难发现，除了

8、被真空泵排出的气体外，还应考虑表面脱附、渗被真空泵排出的气体外，还应考虑表面脱附、渗透、漏气等因素的影响，考虑到实际系统内影响透、漏气等因素的影响，考虑到实际系统内影响压强变化的各项因素，式压强变化的各项因素，式(3-3)应改进为应改进为00exp()exp()StpptpV 1若若 =0 即真空系统和真空泵处于理想状态，则得到式即真空系统和真空泵处于理想状态，则得到式(3-3)，前面已经求解。，前面已经求解。 例如，对一个体积为例如，对一个体积为V10 L的真空系统，由抽的真空系统，由抽速速S100 L/s的真空泵抽气，从的真空泵抽气，从10-1 Pa抽到抽到10-7Pa需要的排气时间可用式

9、需要的排气时间可用式(3-7)计算，得计算，得t=1.4s这与实这与实际情况不符，其原因是忽略了真空系统内的各种出际情况不符，其原因是忽略了真空系统内的各种出气影响。气影响。Q()d pVdpQSpVdtdt()d pVdpQ SpVdtdt()d pVdpQSpVdtdt()dp Vd pQS pVd td t真空泵分类真空泵分类 真空泵按其工作原理可分为两大类真空泵按其工作原理可分为两大类： 1）压缩型真空泵压缩型真空泵其原理是将气体由泵的入口端压缩到出口端。例如（其原理是将气体由泵的入口端压缩到出口端。例如（1）旋转式机械真空泵；（旋转式机械真空泵；（2）蒸汽流喷射泵；（）蒸汽流喷射泵；

10、（3）涡轮）涡轮分子泵。分子泵。 2）吸附型真空泵）吸附型真空泵 其原理是利用各种吸气作用将气体吸掉。例如（其原理是利用各种吸气作用将气体吸掉。例如（1）离子）离子泵；（泵；（2）吸附泵、低温泵等。在这类泵中气体分子并不）吸附泵、低温泵等。在这类泵中气体分子并不排出泵外，而是被暂时或永久地储存在泵内。排出泵外，而是被暂时或永久地储存在泵内。 任何真空泵，在工作时具有抽气作用，但也总是伴随着出任何真空泵，在工作时具有抽气作用，但也总是伴随着出现一些破坏抽气的效应。例如气体被压缩后要反扩散；分现一些破坏抽气的效应。例如气体被压缩后要反扩散；分子被吸附后还会脱附等。只有在抽气作用强于破坏抽气的子被吸

11、附后还会脱附等。只有在抽气作用强于破坏抽气的因素时，泵才能有效地工作；因素时，泵才能有效地工作； 因此每种泵都有它自己的有效运用压强范围及固有特点。因此每种泵都有它自己的有效运用压强范围及固有特点。设计、制造及运用泵都是以加强抽气作用、抑制相反的因设计、制造及运用泵都是以加强抽气作用、抑制相反的因素为目的。素为目的。2.2 旋转机械真空泵旋转机械真空泵 结构结构 工作原理工作原理 特性特性 应用应用结构与位置工作原理结构与位置工作原理结构结构工作原理工作原理在旋转过程中，旋片始终由空腔和转在旋转过程中，旋片始终由空腔和转子间构成的弯月形体积划分为二部分，子间构成的弯月形体积划分为二部分，有时是

12、三部分。一部分是连通出口阀有时是三部分。一部分是连通出口阀门的排气空腔；一部分是连通进气管门的排气空腔；一部分是连通进气管道的吸气空腔。道的吸气空腔。图（图（a）表示正在吸气，同时把上一工）表示正在吸气，同时把上一工作周期内吸入的气体逐步压缩。作周期内吸入的气体逐步压缩。图（图（b）表示吸气截止（这时吸气空腔）表示吸气截止（这时吸气空腔为最大），将开始压缩。为最大），将开始压缩。图（图（c）表示吸气空腔另一次吸气，排）表示吸气空腔另一次吸气，排气空腔继续压缩。气空腔继续压缩。图（图（d）表示排气空腔内的气体已被压）表示排气空腔内的气体已被压缩到压力大于一个大气压，因此它能缩到压力大于一个大气压

13、，因此它能将排气阀门打开而逸出到大气中，吸将排气阀门打开而逸出到大气中，吸气空腔开始不断吸气。气空腔开始不断吸气。总之：总之： 三个空腔（有时两个）吸气，三个空腔（有时两个）吸气，压缩，排气同时进行！连续运动，压缩，排气同时进行！连续运动，不停止！不停止！转速与油的作用转速与油的作用 在工作时，转子带着旋片不断旋转，就有气体不断排出在工作时，转子带着旋片不断旋转，就有气体不断排出完成抽气作用。转子的转速一般在完成抽气作用。转子的转速一般在450-1450转转/分左右。分左右。 显然如果转子转速愈快，则抽速愈大，但在高的转速下保显然如果转子转速愈快，则抽速愈大，但在高的转速下保证密封非常困难。证

14、密封非常困难。 为保证在排气和吸气空腔间不漏气，除了提高加工精度、为保证在排气和吸气空腔间不漏气，除了提高加工精度、保证紧密接触之外，还采用蒸汽压较低而又有一定粘度的保证紧密接触之外，还采用蒸汽压较低而又有一定粘度的机械泵油作密封填隙。机械泵油作密封填隙。 油的另外两个作用是润滑和帮助在气体压强较低时打开阀油的另外两个作用是润滑和帮助在气体压强较低时打开阀门。机械泵油是通过专门的油路进入泵腔内的。门。机械泵油是通过专门的油路进入泵腔内的。单级泵的极限压强单级泵的极限压强 上述单级泵一般所能达到的极限压强上述单级泵一般所能达到的极限压强PU约为约为1Pa，这主要受限制于密封间的漏气。密封处两端的

15、压这主要受限制于密封间的漏气。密封处两端的压强差也已达到强差也已达到5个数量级，漏气量是决定于这压个数量级，漏气量是决定于这压强差的。强差的。 继续改善单级泵似乎已无多大余地。为此采用双继续改善单级泵似乎已无多大余地。为此采用双级泵结构，即将两个这样的泵串联起来，降低后级泵结构，即将两个这样的泵串联起来，降低后级泵（进气口处的）压强差。级泵（进气口处的）压强差。 双级泵所能达到的极限压强约为双级泵所能达到的极限压强约为10-2Pa数量级。数量级。它主要取决于泵油的饱和蒸汽压强，以及使用过它主要取决于泵油的饱和蒸汽压强，以及使用过程中油被沾污和裂变的情况。程中油被沾污和裂变的情况。双级泵所能达到

16、的极限压强双级泵所能达到的极限压强 双级泵所能达到的极限压强约为双级泵所能达到的极限压强约为10-2Pa数量级。数量级。掺气孔的作用掺气孔的作用 机械泵用于抽除含蒸汽的气体时，蒸汽有时会因压缩而机械泵用于抽除含蒸汽的气体时，蒸汽有时会因压缩而凝结在泵腔中，将泵腔污染了。污染了的泵油通过油路回凝结在泵腔中，将泵腔污染了。污染了的泵油通过油路回到进气端，使泵的极限压强变坏。到进气端，使泵的极限压强变坏。 为了克服蒸汽凝结现象，有些泵专门在排气阀门附近设一为了克服蒸汽凝结现象，有些泵专门在排气阀门附近设一可调节大小的小孔，不断漏进少量空气，帮助打开阀门，可调节大小的小孔，不断漏进少量空气，帮助打开阀

17、门，使蒸汽在凝结之前被排出。该小孔称为掺气孔，具有掺气使蒸汽在凝结之前被排出。该小孔称为掺气孔，具有掺气孔的泵称为掺气式机械泵。孔的泵称为掺气式机械泵。 掺气泵在掺气运用时由于出口端压强增高，漏气较多，掺气泵在掺气运用时由于出口端压强增高，漏气较多，故极限压强有所增高，其抽速特性同时示于图故极限压强有所增高，其抽速特性同时示于图3-3中。中。直联泵直联泵 近来随着工艺、材料的进步，出现了高转速近来随着工艺、材料的进步，出现了高转速（1450转转/分）的机械泵。这种泵能直接与三相感分）的机械泵。这种泵能直接与三相感应电动机联接，因此称直联泵。在同样抽速下，应电动机联接，因此称直联泵。在同样抽速下

18、，直联泵具有体积小、重量轻、成本低的优点；它直联泵具有体积小、重量轻、成本低的优点；它同时还具有低振动、低噪音的优点。同时还具有低振动、低噪音的优点。理想抽速理想抽速 最大吸气空腔的体积为最大吸气空腔的体积为Vmax升升；转子的转速为；转子的转速为 【转数转数/秒秒】，则泵的几何抽速，则泵的几何抽速 Sm=2Vmax 升升/秒秒 （3-20） 由式（由式（3-20）给出的理想抽速实际上是达不到的。）给出的理想抽速实际上是达不到的。这是因为泵内总是存在着所谓有害空间的缘故。这是因为泵内总是存在着所谓有害空间的缘故。 有害空间有害空间 在排气阀门和转子与圆柱形空腔密封间，有一小空间（也在排气阀门和

19、转子与圆柱形空腔密封间，有一小空间（也如图如图3-10所示），这空间内的气体是旋片所扫不出去的，所示），这空间内的气体是旋片所扫不出去的，故称有害空间。有害空间的存在不仅影响了泵的极限压强，故称有害空间。有害空间的存在不仅影响了泵的极限压强，也影响到泵的抽速。也影响到泵的抽速。 令令Pd和和Vmin各表有害空间内气体的压强和各表有害空间内气体的压强和体积。则在有害空间的气体量体积。则在有害空间的气体量PdVmin中，中，总有一部分总有一部分PdVmin,通过漏隙进入吸气空腔，通过漏隙进入吸气空腔，这里的这里的为小于为小于1的系数。因此，在一个工的系数。因此，在一个工作循环中实际排出的气体量为作

20、循环中实际排出的气体量为minmaxdminmaxmaxQ=PV- P V=PV(1-)dPVPV实际抽速的公式实际抽速的公式 于是考虑到有害空间于是考虑到有害空间影响后，抽速影响后，抽速 考虑到在考虑到在Q=0或或S=0时，时，P即为即为Pu,令上式为零，令上式为零，得得minmmax=S (1-)dPVSPVminmax1-0dPVPVminumaxPdPVV(1)umPSSPminmaxdminmaxmaxQ=PV- P V=PV(1-)dPVPV可见，有害空间可见，有害空间Vmin越大，或系数越大，或系数越大，则极限压强就越高，真空度越差。越大，则极限压强就越高，真空度越差。机械泵的运

21、用机械泵的运用 在泵启动时，先接通泵上附属电动机电源，等泵正常工作在泵启动时，先接通泵上附属电动机电源，等泵正常工作后才与被抽系统接通。后才与被抽系统接通。 在停止使用时要防止回油，因为在刚停止机械泵时，被抽在停止使用时要防止回油，因为在刚停止机械泵时，被抽容器还处于真空状态，而泵的出气端始终是大气压，这样容器还处于真空状态，而泵的出气端始终是大气压，这样大气压就会将油通过腔体压回真空系统里去，沾污真空系大气压就会将油通过腔体压回真空系统里去，沾污真空系统，这就是所谓回油现象。统，这就是所谓回油现象。 防止回油的方法可在停止机械泵之前，用铁夹夹住泵和系防止回油的方法可在停止机械泵之前，用铁夹夹

22、住泵和系统联接的橡皮管，然后再关掉电动机电源，统联接的橡皮管，然后再关掉电动机电源， 实际上使用时，采用电磁阀，在关去电源后立即自动切断实际上使用时，采用电磁阀，在关去电源后立即自动切断管路并对泵内灌入大气。管路并对泵内灌入大气。 其他类型的机械泵：其他类型的机械泵： 罗茨泵，极限真空可进入罗茨泵，极限真空可进入10-1Pa。 活塞泵活塞泵 膜片泵膜片泵 爪式泵。爪式泵。 读者可以看教材！读者可以看教材！罗茨泵 罗茨泵有两个转子，其样子像罗茨泵有两个转子，其样子像8字，也有人认为像鞋底，字，也有人认为像鞋底，称为草鞋泵。两个转子相向运动，其工作原理如图称为草鞋泵。两个转子相向运动，其工作原理如

23、图3-14所所示。其中，示。其中，p1为入口处压强，为入口处压强，p2为出口处压强。为出口处压强。 气体进入泵体后，随着转子的旋转，气体气体进入泵体后，随着转子的旋转，气体(图中阴影部分图中阴影部分)从图从图3-14中中(a)到到(b)、(c)、(d)时，被抽气体与前面出气口时，被抽气体与前面出气口连通，被前级泵排除。可以看到，与其他机械泵不同，罗连通，被前级泵排除。可以看到，与其他机械泵不同，罗茨泵没有压缩气体，因此，罗茨泵不能单独对大气排气，茨泵没有压缩气体，因此，罗茨泵不能单独对大气排气，必须配以前级机械泵同时工作，由前级机械泵将罗茨泵排必须配以前级机械泵同时工作，由前级机械泵将罗茨泵排

24、出的气体抽走。出的气体抽走。 虽然罗茨泵没有压缩，但由于其转子转速为虽然罗茨泵没有压缩，但由于其转子转速为30004000 r/min，且转子，且转子与泵壳之间的缝隙很小，仅为与泵壳之间的缝隙很小，仅为0.1mm左右，所以使罗茨泵有压缩比，即左右，所以使罗茨泵有压缩比，即p1/p2不为不为1，而是在，而是在100左右。因此，其极限真空可进入左右。因此，其极限真空可进入10-1Pa。 当前级机械泵工作状况差时，不能将罗茨泵排出的气体及时抽走，会当前级机械泵工作状况差时，不能将罗茨泵排出的气体及时抽走，会造成罗茨泵排气口压力过高，极限真空变差，此时转子受到的阻力增大，造成罗茨泵排气口压力过高，极限

25、真空变差，此时转子受到的阻力增大，摩擦生热较高，容易使电机烧毁。为了避免这一现象，在罗茨泵中有一旁摩擦生热较高，容易使电机烧毁。为了避免这一现象，在罗茨泵中有一旁路保护装置，如图路保护装置，如图3-15所示，当过载保护阀两边的压力差大于几千所示，当过载保护阀两边的压力差大于几千Pa时，时，阀门打开，减轻转子的负载。阀门打开，减轻转子的负载。 罗茨泵本身可无油，与机械泵组成机组作为高真空泵的前级，可减轻油罗茨泵本身可无油，与机械泵组成机组作为高真空泵的前级，可减轻油污染。其抽速较大，有污染。其抽速较大，有20-2000L/s系列的泵组。系列的泵组。2.3 蒸汽流扩散泵蒸汽流扩散泵 蒸汽流扩散泵在

26、真空镀膜系统中获得了蒸汽流扩散泵在真空镀膜系统中获得了 广广泛的应用；泛的应用； 其结构简单；寿命长；真空度能满足多种其结构简单；寿命长；真空度能满足多种系统的需要；成本低。系统的需要；成本低。 小型的泵有用玻璃制造，目前小型的泵有用玻璃制造，目前一般都由金一般都由金属制成属制成。扩散泵的结构扩散泵的结构 底部为蒸发器，内储有扩散泵油。上部为底部为蒸发器，内储有扩散泵油。上部为进气口，右侧旁管为出气口。在工作时出进气口，右侧旁管为出气口。在工作时出气口由机械泵提供前置真空。气口由机械泵提供前置真空。扩散泵的工作原理扩散泵的工作原理 扩散泵是利用被抽气体向蒸汽流扩散泵是利用被抽气体向蒸汽流扩散的

27、现象来实现排气作用的。扩散的现象来实现排气作用的。 当扩散泵油被加热后会产生大量当扩散泵油被加热后会产生大量的油蒸汽，油蒸汽沿着蒸汽导管的油蒸汽，油蒸汽沿着蒸汽导管传输到上部，经伞形喷嘴射出来。传输到上部，经伞形喷嘴射出来。 由于喷嘴外的压强较低由于喷嘴外的压强较低（0.11Pa），于是蒸汽会向下喷），于是蒸汽会向下喷射出较长距离，形成一高速定向射出较长距离，形成一高速定向的蒸汽流。其射流的速度可高达的蒸汽流。其射流的速度可高达200m/s左右，且其压强低于扩散左右，且其压强低于扩散泵进气口上方被抽气体的分压器，泵进气口上方被抽气体的分压器，两者形成两者形成压强差压强差。 这样真空室内的气体分

28、子必然这样真空室内的气体分子必然会向着压强较低的扩散泵喷口会向着压强较低的扩散泵喷口处扩散，同具有较高能量的超处扩散，同具有较高能量的超音速蒸汽分子相碰撞而发生能音速蒸汽分子相碰撞而发生能量交换，驱使被抽气体分子沿量交换，驱使被抽气体分子沿蒸气流方向高速运动并被带往蒸气流方向高速运动并被带往出口处，被机械泵抽走。出口处，被机械泵抽走。 而从喷嘴射出的油蒸气流喷到而从喷嘴射出的油蒸气流喷到水冷的泵壁被冷凝成液体，流水冷的泵壁被冷凝成液体，流回泵底再被重新加热成蒸气。回泵底再被重新加热成蒸气。 这样，在泵内保证了油蒸气的这样，在泵内保证了油蒸气的循环，使扩散泵能连续不断的循环，使扩散泵能连续不断的

29、工作，从而使被抽容器获得较工作，从而使被抽容器获得较高的真空度。高的真空度。压缩比压缩比 PL为前级真空泵压强；为前级真空泵压强；Pu为极限压强为极限压强 压缩比压缩比K W为蒸汽射流的速度，为蒸汽射流的速度，n气体分子的密度，气体分子的密度，L蒸汽蒸汽分子射流的长度，分子射流的长度，D0为蒸汽扩散的扩散系数。为蒸汽扩散的扩散系数。 若射流的流速和射流的长度若射流的流速和射流的长度L愈大，以及气体分愈大，以及气体分子的扩散系数愈小，由此喷嘴所产生的压缩比子的扩散系数愈小，由此喷嘴所产生的压缩比K就愈高。就愈高。0exp()dLun LKPPD多级泵多级泵 一个喷嘴所能建立的压缩比较有限，故近代

30、的泵都用三到一个喷嘴所能建立的压缩比较有限，故近代的泵都用三到四个喷嘴相串联，以获得高的压缩比。这样的泵称为三四个喷嘴相串联，以获得高的压缩比。这样的泵称为三（四）级泵。（四）级泵。 从理论上说，多级泵的压缩比，从理论上说，多级泵的压缩比，为各个喷嘴压缩比之乘积，但为各个喷嘴压缩比之乘积，但实际上它们的极限压强最后取实际上它们的极限压强最后取决于工作液的饱和蒸汽压。决于工作液的饱和蒸汽压。 在抽速方面，通常在设计泵时，在抽速方面，通常在设计泵时，都使得下级喷嘴的排气量大于都使得下级喷嘴的排气量大于上级的，以保证上级排下的气上级的，以保证上级排下的气体能顺利地被抽走，多级泵的体能顺利地被抽走，多

31、级泵的抽速就取决于其最上一个喷嘴抽速就取决于其最上一个喷嘴的抽速。的抽速。扩散泵与机械泵配合使用扩散泵与机械泵配合使用 扩散泵必须与机械泵配合使用才能组成高扩散泵必须与机械泵配合使用才能组成高真空系统，单独使用扩散泵是没有抽气作真空系统，单独使用扩散泵是没有抽气作用的。经验指出，扩散泵的口径一般是镀用的。经验指出，扩散泵的口径一般是镀膜钟罩的三分之一，而扩散泵的抽速大约膜钟罩的三分之一，而扩散泵的抽速大约为钟罩容积的为钟罩容积的45倍，由此便可选择合适抽倍，由此便可选择合适抽速的机械泵。速的机械泵。 返油率返油率 蒸气向真空室的返扩散会造成膜层污染。蒸气向真空室的返扩散会造成膜层污染。如无阻拦

32、装置，返油率可高达如无阻拦装置，返油率可高达 。因此，常在进气口安装因此，常在进气口安装水冷挡板水冷挡板或液氮冷或液氮冷阱，返油率可大大降低，约为原来的阱，返油率可大大降低，约为原来的1/10-1/1000。 3210/.mg cm s分馏泵 扩散泵油在工作过程中会逐渐分解为蒸汽扩散泵油在工作过程中会逐渐分解为蒸汽压低的重馏分（有一类油本身就是多种成压低的重馏分（有一类油本身就是多种成分的混合物），轻馏分的高蒸汽压最后决分的混合物），轻馏分的高蒸汽压最后决定于泵的极限压强。鉴于对极限压强起决定于泵的极限压强。鉴于对极限压强起决定性影响的是第一级（最上的一级）喷嘴定性影响的是第一级（最上的一级）

33、喷嘴处的油蒸汽压，故采用分馏原理，处的油蒸汽压，故采用分馏原理， 将重馏分用于第一级喷嘴，就能取得降低将重馏分用于第一级喷嘴，就能取得降低极限压强的效果。基于这个原理的泵就是极限压强的效果。基于这个原理的泵就是分馏泵，其原理如图分馏泵，其原理如图3-7所示。所示。 分馏原理分馏原理 它的各个喷嘴有自己的蒸它的各个喷嘴有自己的蒸汽导流管，各导流管在底汽导流管，各导流管在底部处开有小孔或留有隙缝，部处开有小孔或留有隙缝，让油可互相连通。让油可互相连通。 工作时，由泵壁回流的油工作时，由泵壁回流的油必须先经外层导流管，才必须先经外层导流管，才能进入内层，在这个过程能进入内层，在这个过程中，蒸汽压高的

34、油馏分便中，蒸汽压高的油馏分便先行在外层蒸发，最后进先行在外层蒸发，最后进入内层的恰好就是蒸汽压入内层的恰好就是蒸汽压最低的成分。最低的成分。 可见，这种泵在工作过程可见，这种泵在工作过程中，有自行分馏的作用。中，有自行分馏的作用。 分馏泵在级数相同的情况分馏泵在级数相同的情况下，比一般泵极限压强降下，比一般泵极限压强降低约半个数量级。低约半个数量级。扩散泵油 在扩散泵发展初期，多用汞作为工作液。但由于在扩散泵发展初期，多用汞作为工作液。但由于汞在室温下具有高达汞在室温下具有高达0.3Pa的饱和蒸汽压，故必的饱和蒸汽压，故必须配以冷阱，以降低饱和蒸汽压，较为麻烦；且须配以冷阱，以降低饱和蒸汽压

35、，较为麻烦；且汞有毒，故后来多采用有机油类作为工作液。汞有毒，故后来多采用有机油类作为工作液。 作为工作液的油类，必须满足下列要求：作为工作液的油类，必须满足下列要求： 在室温下的饱和蒸汽压够低，以提高泵的极限真在室温下的饱和蒸汽压够低，以提高泵的极限真空度；空度； 在加热工作的温度下具有高的饱和蒸汽压，以能在加热工作的温度下具有高的饱和蒸汽压，以能得到高浓度的蒸汽；得到高浓度的蒸汽； 热稳定性、化学稳定性及氧化性好。热稳定性、化学稳定性及氧化性好。 扩散泵油主要有两类，一类是混合物油，一类是扩散泵油主要有两类，一类是混合物油，一类是单质油。单质油。 抽速与压强的关系抽速与压强的关系 对于曲线

36、左支的解释是，压强愈低，对于曲线左支的解释是，压强愈低，逆着蒸汽流反扩散回来的气体的作用逆着蒸汽流反扩散回来的气体的作用显得愈严重，表现为抽速下降。最后显得愈严重，表现为抽速下降。最后当蒸汽流抽气量与反扩散量相等时，当蒸汽流抽气量与反扩散量相等时，抽速便为零。抽速便为零。 对于右支的解释是：随着压强的增高，对于右支的解释是：随着压强的增高，蒸汽碰撞被抽气体更频繁，定向运动蒸汽碰撞被抽气体更频繁，定向运动速度速度w很快衰减，因此抽速下降。很快衰减，因此抽速下降。 由图还可看出，对泵的工作液蒸汽由图还可看出，对泵的工作液蒸汽及工作液裂解物，抽速在及工作液裂解物，抽速在 托托处便跌为零；而对处便跌为

37、零；而对 等等气体，则可延伸到气体，则可延伸到10-11托以后，这表托以后，这表明现代扩散泵的极限则可主要取决于明现代扩散泵的极限则可主要取决于泵油的性能。一般说来，扩散泵的最泵油的性能。一般说来，扩散泵的最大抽速出现在压强为大抽速出现在压强为 托之托之间。间。91010102,HNe Ar He451010极限压强与出口压强的关系 只要出口压强小于它的最大允许值，前级气体的反扩散就只要出口压强小于它的最大允许值，前级气体的反扩散就不足以影响其极限压强，极限压强与出口压强无关，不足以影响其极限压强，极限压强与出口压强无关， 扩散泵的油蒸汽返流扩散泵的油蒸汽返流 在理论上，扩散泵中油蒸汽的运动是

38、由泵在理论上，扩散泵中油蒸汽的运动是由泵嘴往下喷的。但实际上，往往有一些油蒸嘴往下喷的。但实际上，往往有一些油蒸汽反其道而行之，即由第一级喷嘴或其他汽反其道而行之，即由第一级喷嘴或其他地方流往高真空处。这就是油蒸汽的返流。地方流往高真空处。这就是油蒸汽的返流。 油的返流使得泵的实际极限压强比室温下油的返流使得泵的实际极限压强比室温下油的饱和蒸汽压为高。要改善泵的性能，油的饱和蒸汽压为高。要改善泵的性能，就必须设法降低返油量。就必须设法降低返油量。扩散泵的运用扩散泵的运用 使用扩散泵时需要按说明书规定，保证有一定的使用扩散泵时需要按说明书规定，保证有一定的加热功率和冷却水流量；加热功率和冷却水流

39、量； 需待系统内的压强由前级泵抽到低于最大允许出需待系统内的压强由前级泵抽到低于最大允许出口压强后，才能启用。口压强后，才能启用。 停止使用时需待油泵冷却后才能关掉机械泵，如停止使用时需待油泵冷却后才能关掉机械泵，如有可能将扩散泵保持在真空下为好。有可能将扩散泵保持在真空下为好。 最后关去扩散泵冷却水。最后关去扩散泵冷却水。 一般扩散泵内，泵油的使用寿命是很长的。但一般扩散泵内，泵油的使用寿命是很长的。但连续使用一段时间后，及使用中多次暴露于大气连续使用一段时间后，及使用中多次暴露于大气后，如发现泵的极限压强已增加到不能允许的程后，如发现泵的极限压强已增加到不能允许的程度时，可将泵拆下，倒去旧

40、的真空泵油，经严格度时，可将泵拆下，倒去旧的真空泵油，经严格清洗并烘干后，换以新的真空泵油，换油后一般清洗并烘干后，换以新的真空泵油，换油后一般能恢复到原有的水平。能恢复到原有的水平。2.4 涡轮分子泵涡轮分子泵 工作的压强范围：工作的压强范围： 0.1Pa-10-8Pa; 需要前级泵。需要前级泵。 抽速与气体种类有关。抽速与气体种类有关。 获得了广泛的应用。获得了广泛的应用。轮叶的结构轮叶的结构 在泵内装有许多轮叶，每一轮叶上有许多斜置叶片。轮叶在泵内装有许多轮叶，每一轮叶上有许多斜置叶片。轮叶转动时有电风扇轮叶类似的作用，能将气体从一方抽向另转动时有电风扇轮叶类似的作用，能将气体从一方抽向

41、另一方。如图，一方。如图，P1P2，P2/P1称为该片轮叶的压缩比。称为该片轮叶的压缩比。 实际泵中各个轮叶是动轮叶与静轮叶相间安排的，且它们实际泵中各个轮叶是动轮叶与静轮叶相间安排的，且它们之间的倾斜角度互为之间的倾斜角度互为 镜像。镜像。 多个轮叶获得的多个轮叶获得的P2/P1增大了。增大了。 在泵内装有许多轮叶，每一轮叶上有许多斜置叶片。轮叶在泵内装有许多轮叶，每一轮叶上有许多斜置叶片。轮叶转动时有电风扇轮叶类似的作用，能将气体从一方抽向另转动时有电风扇轮叶类似的作用，能将气体从一方抽向另一方。如图，一方。如图，P1P2，P2/P1称为该片轮叶的压缩比。称为该片轮叶的压缩比。 实际泵中各

42、个轮叶是动轮叶与静轮叶相间安排的，且它们实际泵中各个轮叶是动轮叶与静轮叶相间安排的，且它们之间的倾斜角度互为之间的倾斜角度互为 镜像。镜像。 多个轮叶获得的多个轮叶获得的P2/P1增大了。增大了。涡轮分子泵的工作原理涡轮分子泵的工作原理 轮叶旋转时，它和气体间有相对速率轮叶旋转时，它和气体间有相对速率u。现先看轮叶左侧即侧的气体。除了能直接通过现先看轮叶左侧即侧的气体。除了能直接通过轮叶者外，大部分气体分子都以近似于相对速率轮叶者外，大部分气体分子都以近似于相对速率u的方向，碰撞至轮叶的的方向，碰撞至轮叶的D处。处。碰撞于碰撞于D处的分子呈漫散射处的分子呈漫散射:B角部分的分子将再次与气槽的另

43、一壁碰撞；角部分的分子将再次与气槽的另一壁碰撞；A角部分直接进入侧，角部分直接进入侧，C角部分飞回侧。角部分飞回侧。值得注意的是，值得注意的是，A角比之角比之C角是较大的，故分子角是较大的，故分子飞到侧的几率就比返回侧的几率为大。飞到侧的几率就比返回侧的几率为大。同理右侧即侧的气体。这时同理右侧即侧的气体。这时C角部分进入侧，角部分进入侧，A角部分返回侧，角部分返回侧，B角部分再次与气槽的另一壁碰撞。角部分再次与气槽的另一壁碰撞。但是，因但是，因A角比角比C角为大，故大部分分子仍然返角为大，故大部分分子仍然返回侧。回侧。因此，旋转的轮叶就产生压缩作用，即平均说来因此，旋转的轮叶就产生压缩作用，

44、即平均说来将气体从侧压往侧。将气体从侧压往侧。不难理解，这是由于叶片倾斜于其运动方向所造不难理解，这是由于叶片倾斜于其运动方向所造成。成。 令令W12表示分子从侧碰撞表示分子从侧碰撞到轮叶最后传输到侧的几到轮叶最后传输到侧的几率；率； W21表示分子从侧碰撞表示分子从侧碰撞到轮叶最后传输到侧的几到轮叶最后传输到侧的几率；率； N1、N2各表每秒从侧或各表每秒从侧或侧碰撞到轮叶上的分子流侧碰撞到轮叶上的分子流数目；数目； H表示从侧到侧净流的表示从侧到侧净流的分子数对碰撞的分子数分子数对碰撞的分子数N1之之比值，也就是轮叶的何氏系比值，也就是轮叶的何氏系数。于是在稳定时有：数。于是在稳定时有：2

45、121211WNWNHN21211212WHWWNN211212WNNWH 因设温度相等，故因设温度相等，故N2N1=P2P1，即式，即式(3-37)为轮叶压缩作用所产生的压缩比为轮叶压缩作用所产生的压缩比K。从式。从式(3-37)和和(3-38)可见当可见当H=0时，即在零流量时压缩比达到它时，即在零流量时压缩比达到它的最大值；又，当压缩比的最大值；又，当压缩比N2N1=1时，时，H值达到值达到它的最大值。故有它的最大值。故有21211212WHWWNN211212WNNWH2112max12WWNN2112maxWWH 在槽的间隙在槽的间隙s与弦长与弦长b之比之比sb=1的情况下，在大型的

46、情况下，在大型电子计算机上用蒙特卡罗方法，电子计算机上用蒙特卡罗方法， 由方程决定的零流量时的压缩比，和单位压缩比下由方程决定的零流量时的压缩比，和单位压缩比下的何氏系数与速率比的何氏系数与速率比(轮叶的线速率与气体分子最可轮叶的线速率与气体分子最可几速率之比几速率之比)的关系，其计算结果如图的关系，其计算结果如图3-28。 在一般实际情况下，轮叶转速所能达到的速率比值一般在一般实际情况下，轮叶转速所能达到的速率比值一般小于小于2(对常遇气体对常遇气体)。由图可见在这范围内，随着转速的。由图可见在这范围内，随着转速的增加，轮叶的何氏系数和压缩比均有显著的增加，这相当增加，轮叶的何氏系数和压缩比

47、均有显著的增加，这相当于气体分子中有更多的分子直接由侧进入侧，以及以于气体分子中有更多的分子直接由侧进入侧，以及以较接近于切向速率的方向与轮叶的较接近于切向速率的方向与轮叶的D处碰撞。随着叶面角处碰撞。随着叶面角的增加，在同一速率比值下，压缩比有所减少，而的增加，在同一速率比值下，压缩比有所减少，而 对何氏系数则以对何氏系数则以角为角为3040最佳。最佳。涡轮分子泵的结构涡轮分子泵的结构 由于一个轮叶所能得到的压缩比很有限，实际的由于一个轮叶所能得到的压缩比很有限，实际的泵都是由数十个轮叶装于同一转轴上组成转子，泵都是由数十个轮叶装于同一转轴上组成转子，定子上则装有数目相等定子上则装有数目相等

48、(实际少一个实际少一个)的静轮叶。的静轮叶。 泵由四部分组成，泵由四部分组成， 即：带有进气口法兰的泵壳，动轮叶和静轮叶的即：带有进气口法兰的泵壳，动轮叶和静轮叶的涡轮排，由中频电动机和润滑油循环系统构成的涡轮排，由中频电动机和润滑油循环系统构成的驱动装置，泵内其它零件的底座。驱动装置，泵内其它零件的底座。 静轮叶的形状及尺寸与动轮叶完全相同，但叶面静轮叶的形状及尺寸与动轮叶完全相同，但叶面角则两者相反。角则两者相反。 驱动涡轮排动轮叶组的中频电动机置于泵内高压驱动涡轮排动轮叶组的中频电动机置于泵内高压强区。整个涡轮排能达到的压缩比，约为强区。整个涡轮排能达到的压缩比，约为108109 (对对

49、N2)。 立式涡轮分子泵立式涡轮分子泵 图图3-29 立式涡轮分子泵结构和原理立式涡轮分子泵结构和原理1、 动轮叶动轮叶 2、泵壳、泵壳 8、涡轮排、涡轮排 4、中频电动机、中频电动机 5、底座、底座 6、出气口法兰、出气口法兰7、润滑油池、润滑油池 8、静轮叶、静轮叶 9、电机冷却水管、电机冷却水管由于一个轮叶所能得到的压缩比很有限，由于一个轮叶所能得到的压缩比很有限，实际的泵都是由数十个轮叶装于同一转实际的泵都是由数十个轮叶装于同一转轴上组成转子，定子上则装有数目相等轴上组成转子，定子上则装有数目相等(实际少一个实际少一个)的静轮叶。的静轮叶。泵由四部分组成，泵由四部分组成，即：带有进气口

50、法兰的泵壳，动轮叶和即：带有进气口法兰的泵壳，动轮叶和静轮叶的涡轮排，由中频电动机和润滑静轮叶的涡轮排，由中频电动机和润滑油循环系统构成的驱动装置，泵内其它油循环系统构成的驱动装置，泵内其它零件的底座。零件的底座。静轮叶的形状及尺寸与动轮叶完全相同，静轮叶的形状及尺寸与动轮叶完全相同，但叶面角则两者相反。但叶面角则两者相反。驱动涡轮排动轮叶组的中频电动机置于驱动涡轮排动轮叶组的中频电动机置于泵内高压强区。整个涡轮排能达到的压泵内高压强区。整个涡轮排能达到的压缩比，约为缩比，约为108109 (对对N2)。 涡轮分子泵的特性涡轮分子泵的特性 分子泵的抽速与转速的关系分子泵的抽速与转速的关系； 分

51、子泵的抽速与分子量分子泵的抽速与分子量的关系的关系。涡轮分子泵的应用涡轮分子泵的应用 涡轮分子泵正常工作需要小于涡轮分子泵正常工作需要小于1Pa的前置压强，的前置压强，一般的机械泵可做为前级泵。中频电动机的启动，一般的机械泵可做为前级泵。中频电动机的启动，由中频电源内的电子装置控制，在几分钟内升至由中频电源内的电子装置控制，在几分钟内升至额定转速。额定转速。 泵进入正常转速后，为达到极限真空，应对被抽泵进入正常转速后，为达到极限真空，应对被抽容器及泵体烘烤除气。泵体的除气温度为容器及泵体烘烤除气。泵体的除气温度为100120，除气后可得到，除气后可得到10-8Pa的极限压强。的极限压强。 涡轮

52、分子泵对分子量大的气体压缩比大，故极涡轮分子泵对分子量大的气体压缩比大，故极限真空主要决定于分子量小的气体成分，如限真空主要决定于分子量小的气体成分，如H2、He等。此外容器及泵体放出的水汽，亦是影响极等。此外容器及泵体放出的水汽，亦是影响极限真空的重要因素。限真空的重要因素。 由于具有高速旋转的部件，涡轮分子泵不能在磁由于具有高速旋转的部件，涡轮分子泵不能在磁场下运用，因这会产生涡流导致发热、叶片变形场下运用，因这会产生涡流导致发热、叶片变形等效果。一般允许的杂散磁通密度为等效果。一般允许的杂散磁通密度为40110高高斯。斯。 涡轮分子泵具有启动快、停止快的优点，又能承涡轮分子泵具有启动快、

53、停止快的优点，又能承受大气的冲击，是一种很有前途的泵。但对受大气的冲击，是一种很有前途的泵。但对H2、He等轻质气体的压缩比小是其缺点。由于泵内旋等轻质气体的压缩比小是其缺点。由于泵内旋转部件与静止部件间间隙很小，必须注意防止各转部件与静止部件间间隙很小，必须注意防止各种碎屑飞入泵内，造成损伤的事故。种碎屑飞入泵内，造成损伤的事故。2.5 低温吸附泵低温吸附泵 低温吸附泵是利用分子筛的物理吸附作用进行抽气低温吸附泵是利用分子筛的物理吸附作用进行抽气的。为了加强物理吸附作用，一般用液氮冷剂进行的。为了加强物理吸附作用，一般用液氮冷剂进行冷却。冷却。 活性碳、硅胶、活性氧化铝、沸石等是可以吸附气活

54、性碳、硅胶、活性氧化铝、沸石等是可以吸附气体分子的。分子筛是指一些孔径较大的沸石。体分子的。分子筛是指一些孔径较大的沸石。 不论天然的或人工合成的分子不论天然的或人工合成的分子筛，都是一种复杂的硅铝酸物筛，都是一种复杂的硅铝酸物晶体，其组成的通式为晶体，其组成的通式为 xMOn/2A12O3ySiO2mH2O 其中其中M为某种碱金属离子，为某种碱金属离子，n是是它的价数。它的价数。 当晶体中的结合水经过加热和当晶体中的结合水经过加热和同时抽空而脱去的时候，晶体同时抽空而脱去的时候，晶体的物理结构没有变化，结果成的物理结构没有变化，结果成为具有为具有蜂窝状蜂窝状的构造，有很大的构造，有很大的表面

55、积，一般为的表面积，一般为600米米2克克左右。晶体内的空腔和孔道相左右。晶体内的空腔和孔道相互沟通，空腔的体积占分子筛互沟通，空腔的体积占分子筛体积的体积的50以上，并且孔道直以上，并且孔道直径大小均匀、固定，与通常分径大小均匀、固定，与通常分子的大小相当。子的大小相当。 通常人工合成的分子筛是白色粉末，粒度在通常人工合成的分子筛是白色粉末，粒度在0.510微米，微米，无毒、无味、无腐蚀性，不溶于水和有机溶剂，能溶于强无毒、无味、无腐蚀性，不溶于水和有机溶剂，能溶于强酸和强碱。根据不同应用方式的需要，往往将分子筛加工酸和强碱。根据不同应用方式的需要，往往将分子筛加工成条状、片状、球状和微球状

56、。成条状、片状、球状和微球状。 同其它吸附剂相比，分子筛有二个最显著的特点，一个是同其它吸附剂相比，分子筛有二个最显著的特点，一个是选择吸附，另一个是高效吸附。选择吸附，另一个是高效吸附。 空气的主要成分，如空气的主要成分，如N2、O2、Ar等的分子直径约在等的分子直径约在34埃间，均小于埃间，均小于5埃。因此，埃。因此，5A型分子筛对空气的型分子筛对空气的吸附能力最强。油蒸汽等碳氢化物的分子直径较大，吸附能力最强。油蒸汽等碳氢化物的分子直径较大，如如300500馏分的烃类约为馏分的烃类约为15埃，故应用埃，故应用13X型分型分子筛来吸附。子筛来吸附。 分子筛的高效吸附特性：分子筛对分子筛的高

57、效吸附特性：分子筛对H2O、NH3、H2S、CO2等高极性分子具有很高的亲和力，特别是对于水，等高极性分子具有很高的亲和力，特别是对于水，在低分压强或低浓度、高温等十分苛刻的条件下，仍在低分压强或低浓度、高温等十分苛刻的条件下，仍有很高的吸附能量。有很高的吸附能量。 对惰性气体的吸附能力对惰性气体的吸附能力 很小很小 ，只有对活性气体吸附，只有对活性气体吸附能力的几十万分之一。能力的几十万分之一。 分子筛有良好的热稳定性，在大气下可经受分子筛有良好的热稳定性，在大气下可经受7006小时，晶体结构无变化。因此，吸附量饱和后可由加小时，晶体结构无变化。因此，吸附量饱和后可由加热使其恢复吸附能力，但

58、热处理温度以不超过热使其恢复吸附能力，但热处理温度以不超过600为宜。如加热到为宜。如加热到800，则不到，则不到2小时它便重结晶而小时它便重结晶而形成一种类似白硅石般的结构。形成一种类似白硅石般的结构。分子筛吸附泵结构与原理分子筛吸附泵结构与原理 在带有进口法蓝的泵壳内，安放着导热性在带有进口法蓝的泵壳内，安放着导热性能良好的液氮容器和许多翼片，分子筛置能良好的液氮容器和许多翼片，分子筛置放在翼片上。由于分子筛本身导热性能很放在翼片上。由于分子筛本身导热性能很差，所以要用许多翼片，以保证分子筛能差，所以要用许多翼片，以保证分子筛能得到充分的均匀冷却或烘烤。得到充分的均匀冷却或烘烤。 在翼片的

59、四周围有不锈钢制成的网，防止在翼片的四周围有不锈钢制成的网，防止分子筛撒出。分子筛撒出。 在泵壳上设有安全阀。使用时将液在泵壳上设有安全阀。使用时将液N2灌灌入容器后，分子筛即能吸气。入容器后，分子筛即能吸气。 这样的吸附泵大概用了数次以后，就需要这样的吸附泵大概用了数次以后，就需要加热再生一次，再生时用的棒状电热器由加热再生一次，再生时用的棒状电热器由液液N2注入口插入，再生温度为注入口插入，再生温度为300350，半小时即可。半小时即可。 如分子筛吸气能力明显衰退，则需要在如分子筛吸气能力明显衰退，则需要在550下激活。使用结束后，液下激活。使用结束后，液N2消耗完消耗完毕，气体将从分子筛

60、中重新释出，当泵内毕，气体将从分子筛中重新释出，当泵内的压强超过大气压时，把安全阀上的橡胶的压强超过大气压时，把安全阀上的橡胶塞子冲出，气体放到大气中。塞子冲出，气体放到大气中。图图3-11 分子筛吸附泵分子筛吸附泵1.安全阀安全阀 2.分子筛分子筛 3.翼片翼片 4.泵体泵体 5.热反射屏热反射屏 6.进口法兰进口法兰7.液液N2容器容器 吸附泵在初始抽气时，抽速是很大的，泵吸附泵在初始抽气时，抽速是很大的，泵内平衡压强急剧上升以致失去泵的作用。内平衡压强急剧上升以致失去泵的作用。因此在实际使用中往往同时用二个吸附泵，因此在实际使用中往往同时用二个吸附泵，让第一个先将系统中的大部分气体排除掉